способ повышения эффективности лабиринтных уплотнений ротора турбокомпрессора наддува двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Способ повышения эффективности лабиринтных уплотнений ротора турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что от автономного источника подают сжатый воздух в полости между секциями лабиринтных уплотнений, причем площадь сечения f канала, через который подают сжатый воздух от автономного источника к полостям, образованным секциями лабиринтных уплотнений, выбирают из соотношения

где S - площадь зазора между корпусом турбокомпрессора и гребешками лабиринтных уплотнений, а z₁ и z₂ - количество секций лабиринтных уплотнений слева и справа от канала подвода сжатого воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям ротора турбокомпрессора наддува двигателя внутреннего сгорания, в частности к способам предотвращения утечек газа через лабиринтные уплотнения.

Известен способ сокращения утечек газа через лабиринтные уплотнения, использованный в одной из модификаций турбокомпрессора типа ТК 34 тепловозного дизеля, который заключается в том, что при работе турбокомпрессора сжатый воздух из напорного патрубка компрессора поступает по каналу к полости между секциями лабиринтных уплотнений ротора со стороны турбинного колеса и создает противодавление, препятствующее попаданию газа из проточной части турбины в лабиринтные уплотнения и далее в систему смазки подшипников турбокомпрессора (книга А.Г.Аврунина "Тепловозные дизели 2Д100, 10Д100», М., "Транспорт", 1970, стр.78-81).

Недостатком известного способа защиты лабиринтных уплотнений от попадания газа из проточной части турбины является его неэффективность из-за низкого давления сжатого воздуха в напорном патрубке компрессора при низких оборотах ротора турбокомпрессора в случае работы тепловозного дизеля в режиме холостого хода и на промежуточных режимах (таблица 2 статьи "Результаты испытаний дизеля 10Д100 и его охлаждающих устройств" в Трудах ЦНИИ МПС, ВНИИЖТ, вып. 359, 1968. "Исследование и усовершенствование тепловозных дизелей и холодильников").

Известен способ сокращения утечек газа через лабиринтные уплотнения, принятый за прототип, использованный в унифицированном турбокомпрессоре типа ТК 34Н-19, который заключается в том, что сжатый воздух в полость между лабиринтными уплотнениями ротора подают от внешнего источника, например из воздушного ресивера двигателя внутреннего сгорания после второй ступени наддува (http://www.penza.com.ru/skbt).

Недостатком известного способа защиты лабиринтных уплотнений является его неэффективность, вызванная неоптимальностью соотношения площади сечения канала подвода сжатого воздуха к полости между лабиринтными уплотнениями и площади эквивалентного сечения лабиринтных уплотнений. Под площадью эквивалентного сечения лабиринтных уплотнений, в данном случае, понимается площадь сечения отверстия, расход воздуха через которое равен расходу воздуха через лабиринтные уплотнения при равном давлении воздуха на входе. При величине площади сечения канала подвода сжатого воздуха меньшей, чем площадь эквивалентного сечения лабиринтных уплотнений, давление в полости между секциями лабиринтных уплотнений будет незначительно отличаться от атмосферного, и газ из лопаточного аппарата турбины пройдет через лабиринтные уплотнения, вызывая отложение нагара в его секциях. Образующийся нагар, накапливаясь, будет препятствовать свободному вращению ротора турбокомпрессора, снижая его обороты и ухудшая воздухоснабжение и рабочие параметры дизеля. Подтверждением недостаточной эффективности способа защиты лабиринтных уплотнений, принятого за прототип, является необходимость периодической очистки секций лабиринтных уплотнений подобных турбокомпрессоров (RU, пат. №2044929, кл. F04D 29/70, 1995 г.).

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности лабиринтных уплотнений ротора турбокомпрессора наддува двигателя внутреннего сгорания и исключение нагарообразования в секциях лабиринтных уплотнений путем повышения давления в полостях, образованных секциями лабиринтных уплотнений.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения эффективности лабиринтных уплотнений ротора турбокомпрессора наддува двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в том, что подают сжатый воздух в полость между секциями лабиринтных уплотнений ротора от автономного источника, площадь сечения f канала подвода сжатого воздуха в полость между секциями лабиринтных уплотнений выбирают из соотношения , где S - площадь зазора между корпусом турбокомпрессора и гребешками лабиринтных уплотнений, а z₁ и z₂ - количество секций лабиринтных уплотнений слева и справа от канала подвода сжатого воздуха.

На чертеже схематично представлено устройство лабиринтных уплотнений вала турбокомпрессора со стороны турбины.

Устройство (см. чертеж) для реализации предлагаемого способа состоит из корпуса 1 турбокомпрессора наддува двигателя внутреннего сгорания, например для тепловоза, с каналом 2 для подвода сжатого воздуха от автономного источника 3, например компрессора с механическим приводом, ротора 4, на котором установлены рабочие колеса турбины и компрессора (на чертеже не показаны), гребешков 5 секций лабиринтных уплотнений 6, образующих полость 7, в которую подводится сжатый воздух от автономного источника 3. Гребешки 5 секций лабиринтных уплотнений отделены от ротора 4 зазором .

Способ повышения давления в полостях, образованных секциями лабиринтных уплотнений, осуществляется тем, что площадь сечения f канала, через который подают сжатый воздух от автономного источника, выбирают из соотношения , где S - площадь зазора между корпусом турбокомпрессора и гребешками лабиринтных уплотнений, а z₁ и z₂ - количество секций лабиринтных уплотнений слева и справа от канала подвода сжатого воздуха.