PL173382B1 - Turbina z turbosprężarką doładowującą napędzaną gazami spalinowymi i z przepływem promieniowym - Google Patents

Abstract

1. Turbina z turbosprezarka dolado- wujaca napedzana gazami spalinowymi i z przeplywem promieniowym, majaca rzad po- jedynczych przestawnych lopatek kie- rujacych, z których kazda jest obracana za pomoca umieszczonego w obudowie walka przestawiajacego, przy czym kazdy walek przestawiajacy jest uruchamiany za pomoca wychylnej dzwigni, znamienna tym, ze kazde dwie sasiednie dzwignie wychylne (21, 21b) sprzezone sa za pomoca, elementu laczacego (2 4 , 24b), przy czym elementy laczace maja w swoich punktach zamocowania z dzwignia wy- chylna os (25) obrotu, zas odstep (A) miedzy osiami (25) obrotu elementu laczacego odpo- wiada odstepowi (B) miedzy dwoma sasiedni- mi walkami przestawiajacymi (19). FIG. 3 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest turbina z turbosprężarką doład(^^'^^n^gią;.ą napędzaną gazami spalinowymi i z przepływem promieniowym, mająca rząd pojedynczych przestawnych łopatek kierujących, z których każda jest obracana za pomocą umieszczonego w obudowie wałka przestawiającego, przy czym każdy wałek przestawiajacy jest uruchamiany, za pomocą wychylnej dźwigni.

Tego typu turbiny są przykładowo od dawna znane przy turbosprężarkach doładowujących. Jako zwykłą operację mającą na celu poprawienie przyspieszenia i zachowania się momentu obrotowego stosuje się jeden możliwy środek tj. przestawianie łopatek kierujących w turbinie. Przykładowo dotyczą tego opisy patentowe Europejskiego Urzędu Patentowego nr EP 226444Bł lub EP 227 475 B1. Za pomocą przestawnych łopatek kierujących turbiny można uzyskać przy danej przepustowości większy spadek. Dzięki temu wzrasta wydajność turbiny, prędkość obrotowa turbiny i w końcu ciśnienie doładowania. Ze względu na to, że przestawne

173 382 łopatki podczas tzw. gorącej eksploatacji nie zakleszczają się, muszą one być wbudowywane z zasadniczo dobranym luzem. Zwłaszcza w stanie dokręconym przepływ szczelinowy na główce i na stopie łopatki może wpływać bardzo negatywnie na przepływ główny w kanale. W przypadku maszyny według opisu nr EP 226 444 B1 zaradzono temu, dzięki temu, że utworzona została osiowo przesuwna ściana kanału obudowy obok przestawnych łopatek i podczas eksploatacjijest dociskana względem przestawnych łopatek.

Przestawne łopatki sązwykle, jak to podano w opisie patentowym nr 227 475 B1, napędzane za pomocą wspólnego pierścienia rowkowego. Ten pierścień rowkowy jest obracany i z tego powodu musi być ułożyskowany.

Celem wynalazku jest uproszczenie mechanizmu przestawiania w turbinie z turbosprężarką doładowującą napędzaną gazami spalinowymi i z przepływem promieniowym typu opisanego na wstępie.

Cel ten został osiągnięty dzięki temu, że każde dwie sąsiednie dźwignie wychylne sprzężone są za pomocą elementu łączącego, przy czym elementy łączące mają w swoich punktach zamocowania z dźwignią wychylną oś obrotu, zaś odstęp między osiami obrotu elementu łączącego odpowiada odstępowi między dwoma sąsiednimi wałkami przestawiającymi.

Korzystnie elementy łączące stanowią płaskie łączniki z kołkami, przy czym kołki wchodzą do odpowiednich otworów w dźwigniach wychylnych.

Korzystnie łączniki są wykonane jako dwuczęściowe i mają trzeci przegub obrotowy.

Korzystnie elementy łączące stanowią przeguby łańcucha typu drabinkowego tulejkowego, przy czym tworzące przeguby łańcucha trzpienie są osiami obrotu elementów łączących, a dźwignie wychylne są utworzone w postaci koła łańcuchowego.

Korzystnie cięciwa każdej łopatki kierującej jest mniejsza od największej średnicy odpowiedniego dla niej wałka przestawiającego, zaś patrząc w kierunku osiowym, profil łopatki leży całkowicie wewnątrz zewnętrznego w kierunku promieniowym konturu jej wałka przestawiającego.

Korzystnie łopatka kierująca z jej przypisanym wałkiem przestawiającym i dźwignia wychylna są wykonane jako jedna część tworząc jednostkę przestawiającą.

Korzystnie każda jednostka przestawiająca jest przesuwna osiowo i jest dociskana za pomocą elementu sprężynuj ącego do ściany kanału obudowy.

Korzystnie każdy przestawiający wałek jest przewidziany z dwoma osiowo sąsiadującymi punktami łożyskowania, pomiędzy, którymi usytuowana jest pierścieniowa komora, do której kierowane jest sprężone powietrze.

Zaletą wynalazku jest zwłaszcza to, że w ten sposób za pomocą uproszczonych środków zapewniony jest synhroniczny ruch wychylania i taki sam ruch kątowy wszystkich dźwigni. Można zrezygnować z dotychczas powszechnego współpracującego wykonania i łożyskowania pierścienia rowkowego.

Celowe jest, gdy elementy łączące są wykonane dwuczęściowo i są wyposażone w trzeci przegub obrotowy. Tego typu elementy łączące mogą wyrównywać różną rozszerzalność cieplną podczas eksploatacji oraz ewentualne niedokładności wykonawcze i montażowe.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie silnik czterocylindrowy zasilany za pomocą turbosprężarki doładowującej napędzanej gazami spalinowymi, fig.2 - turbinę w częściowym przekroju wzdłużnym, fig.3 - mechanizm obrotowy w widoku, czołowym, fig.4 - widok dźwigni wychylnej z łącznikami, fig.5 - częściowy widok mechanizmu obrotowego z całkowicie otwartą palisadą kieruuącią fig.6 - częściowy widok mechanizmu obrotowego z całkowicie zamkniętą palisadą kierującą, fig.7 - częściowy przekrój przez łożyskowanie wałka przestawiającego, fig.8 - częściowy przekrój przez mechanizm obrotowy w innym przykładzie wykonania.

Na rysunku pokazano jedynie te elementy, które są niezbędne dla zrozumienia wynalazku. Nie pokazano na fig. 1 przykładowo obudowy z przewodami do- i odprowadzającymi, wirnika z ułożyskowaniem i innych. Kierunek przepływu czynnika roboczego zaznaczono strzałkami.

173 382

Silnik 1 spalinowy pokazany na fig.1 jest silnikiem typu diesel. Gazy wydechowe w poszczególnych cylindrach płyną do zbiornika 2 spalin, w którym wyrównują się uderzenia fali ciśnienia. Z mniej więcej stałym ciśnieniem spaliny docierają do turbiny 4 poprzez przewód 3 spalin, która pracuje sposobem piętrzącym. Uruchamiana przed turbiną sprężarka 5 transportuje zassane i sprężone powietrze atmosferyczne przewodem doładowującym 6 do zbiornika powietrza 7 doładowania, z którego powietrze to dociera do poszczególnych cylindrów. Turbina posiada zmienny przekrój zastępczy w postaci przestawnych łopatek kierujących 18 (fig.2).

Na fig.2 pokazana częściowo turbina gazowa posiada promieniowy, uzyskany spiralnie dopływ do ułopatkowania i osiowy odpływ z ułopatkowania. Ściankami ograniczającymi przepływowy kanał 11 pod prąd łopatek wirujących 15 są lewe i prawe ścianki obudowy 14. W obszarze łopatek wiruj ących 15 kanał 11 jest wewnątrz ograniczony przez piastę 12 wirnika 16 z łopatkami wirującymi i z zewnątrz przez przebiegające w pobliżu ścianki obudowy 14.

Przestawne łopatki kierujące 18 są wykonane korzystnie jako jedna część z ich przestawiającym wałkiem 19. Wałek 19 jest ułożyskowany w obudowie 14wotworze 13, który przechodzi przez obudowę 14. Na swoim, wystajacym z otworu końcu wałek jest wyposażony w dźwignię wychyłną21. Dźwignia ta wykonana razem z wałkiem 19 i łopatką kieruj ącą 18 jako jedna część, przykładowo część odlewana.

Do chłodzenia przestawiającego wałka 19 przewidziano omywanie sprężonym powietrzem. Do zaopatrzenia w potrzebne powietrze można przewidzieć przykładowo, zgodnie z fig. 1 idący pod prąd względem sprężarki przewód obejściowy 8 z umieszczonym w nim regulatorem

9. Każdy przestawiający wałek 19 jest pi^r^^^,wi<^^^^iny z dwoma osiowo sąsiadującymi punktami łożyskowania. Pomiędzy tymi punktami usytuowana jest w otworach łożyskowych 13 obudowy pierścieniowa komora 17, do której kierowane jest sprężone powietrze. W czasie pełnienia swojej funkcji chłodzącej i piętrzącej sprężone powietrze opływa punkty łożyskowania wałków przestawiających i dociera przez szczelinę łożyska do strumienia gazu z jednej strony i do atmosfery z drugiej strony.

Jak to jest widoczne na fig.2 i zwłaszcza na fig.4, cięciwa S każdej łopatki kierującej 18 jest mniejsza od największej średnicy odpowiedniego dla niej wałka przestawiającego 19. Patrząc w kierunku osiowym, profil łopatki leży całkowicie wewnątrz zewnętrznego w kierunku promieniowym konturu jej wałka przestawiającego. Dzięki temu jednostka składająca się z łopatki i wałka przestawiającego może być wyjęta z otworu łożyska.

Aby uniknąć luzu na wolnym końcu główki łopatki kierującej 18 każda jednostka przestawiająca jest przesuwna w kierunku osiowym w otworze łożyska. Jak to pokazano na fig.7, wałki przestawiające 19 są wykonane jako puste wewnątrz. W pustej przestrzeni wstawione sąelementy sprężynujące, tu sprężyny śrubowe 22. Elementy sprężynujące opierają się na pierścieniu 20, który jest w odpowiedni sposób zamocowany w obudowie 14. Wierzchołek łopatki kierującej jest dociskany do przeciwległej ściany 23 kanału obudowy za pomocą elementów sprężynujących.

Właściwe przestawianie łopatek kierujących 18 w palisadzie następuje za pomocąwychylnej dźwigni 21. Każde dwie sąsiednie wychylne dźwignie 21 są sprzężone za pomocą elementu łączącego dla zapewnienia synchronicznego wychylania dźwigni. Na fig.2 do 6 pokazano płaskie łączniki 24 z kołkami. Kołki wchodzą do odpowiednich otworów w dźwigniach wychylnych. Tworzą one osie 25 obrotu na ich miejscach mocowania z wychylną dźwignią 21. Aby wszystkie wychylne dźwignie 21 wykonywały takie samo przesunięcie kątowe, odstęp A między osiami 25 obrotu elementu łączącego musi odpowiadać odstępowi B między dwoma sąsiednimi wałkami przestawiającymi 19.

W tym przykładzie wykonania łączniki wykonane sąjako dwuczęściowe. Obie części 24 i 24 są przewidziane z trzecim przegubem 26 na ich miejscach połączenia. Tego typu elementy łączące mogą kompensować niedokładności wykonawcze i montażowe oraz różną rozszerzalność cieplną, jak to jest wyjaśnione na fig.4.

Przestawianie kątowe dźwigni następuje zapomocąnieuwidocz.nionego elementu uruchamiającego, jak na przykład znanego z konstrukcji sprężarek. Jak pokazano na fig. 3, może

173 382 przykładowo tłok zahaczać o przedłużoną dźwignię przestawiającą 21a. Przestawienie realizowane jest korzystnie w sposób automatyczny w zależności od parametrów eksploatacyjnych takich jak ciśnienie doładowania, prędkość obrotowa itd.

Na fig.5 pokazano częściowy widok, w którym palisada jest w pozycji pełnego otwarcia. Nie ma znaczenia, że krawędzie wejściowe łopatek nie znajduUąsię w pozycji promieniowej, ponieważ palisada jest i tak zasilana ze spirali o prawidłowym kącie napływu.

Na fig.6 pokazano częściowy widok, w którym palisada jest w pozycji pełnego zamknięcia, która odpowiada najmniejszemu obciążeniu częściowemu uruchamiającemu.

Na fig. 8 pokazano przykład wykonania wynalazku, w którym elementy łączące są przegubami 24b łańcucha typu drabinkowego tulejkowego. Tworzące przeguby łańcucha trzpienie są osiami obrotu 25 elementów łączących, a dźwignie wychylne 21b są utworzone w postaci koła łańcuchowego.

173 382

« 23 iq fig 7

FIG. 4

173 382

173 382

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Turbina z turbosprężarką doładowującą napędzaną gazami spalinowymi i z przepływem promieniowym, mająca rząd pojedynczych przestawnych łopatek kierujących, z których każdajest obracana za pomocą umieszczonego w obudowie wałka przestawiającego, przy czym każdy wałek przestawiający jest uruchamiany za pomocą wychylnej dźwigni, znamienna tym, że każde dwie sąsiednie dźwignie wychylne (21,21b) sprzężone są za pomocą, elementu łączącego (24,24b), przy czym elementy łączące mają w swoich punktach zamocowania z dźwignią wychylną oś (25) obrotu, zaś odstęp (A) między osiami (25) obrotu elementu łączącego odpowiada odstępowi (B) między dwoma sąsiednimi wałkami przestawiającymi (19 ).
2. 2. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy łączące (24) stanowią płaskie łączniki z kołkami, przy czym kołki wchodzą do odpowiednich otworów w dźwigniach wychylnych.
3. 3. Turbina według zastrz. 2, znamienna tym, że łączniki są wykonane jako dwuczęściowe i mają trzeci przegub obrotowy (26).
4. 4. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy (24b) łączące stanowią przeguby łańcucha typu drabinkowego tulejkowego, przy czym tworzące przeguby łańcucha trzpienie są osiami obrotu (25) elementów łączących, a dźwignie wychylne (21b) sąutworzone w postaci koła łańcuchowego.
5. 5. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że cięciwa (S) każdej łopatki kierującej (18) jest mniejsza od największej średnicy odpowiedniego dla niej wałka przestawiającego (19), zaś patrząc w kierunku osiowym, profil łopatki leży całkowicie wewnątrz zewnętrznego w kierunku promieniowym konturu jej wałka przestawiającego.
6. 6. Turbina według zastrz. 5, znamienna tym, że łopatka kierująca (18) z jej przypisanym wałkiem przestawiającym (19) i dźwignia wychylna (21) są, wykonane jako jedna część tworząc jednostkę przestawiającą.
7. 7. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że każda jednostka przestawiająca jest przesuwna osiowo i jest dociskana za pomocąelementu sprężynującego do ściany (23) kanału obudowy (14).
8. 8. Turbina według zastrz. 1, znamienna tym, że każdy przestawiający wałek (19 ) jest przewidziany z dwoma osiowo sąsiadującymi punktami łożyskowania, pomiędzy, którymi usytuowana jest pierścieniowa komora (17), do której kierowane jest sprężone powietrze.