(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21 ) N u m e r zg ło s z e n ia : (22) Data zgłoszenia: (5 1) IntCl6: F01D 17/12 F02C 6/12 (54)Turbina z turbosprężarką doładowującą napędzaną gazami spalinowymi i z przepływem promieniowym (30) Pierwszeństwo: ,DE,P (73) Uprawniony z patentu: Asea Brown Boveri AG, Baden, CH (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 20/94 (72) Twórcy wynalazku: Josef Baets, Baden, CH Marcel Zehnder, Niederwil, CH (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/98 (74) Pełnomocnik: Dziarnowska Monika, POLSERVICE PL B1 (5 7 ) 1. Turbina z turbosprężarką doładowującą 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 przestawiający jest uruchamiany za pomocą wychylnej dźwigni, 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. FIG. 4

2 Turbina z turbosprężarką doładowującą napędzaną gazami spalinowymi i z przepływem promieniowym Zastrzeżenia patentowe 1. Turbina z turbosprężarką doładowującą 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 przestawiający jest uruchamiany za pomocą wychylnej dźwigni, 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. 2. Turbina według zastrz, i, znamienna tym, że łopatka kierująca (18) z jej przypisanym wałkiem przestawiającym (19) i dźwignia wychylna (21) są wykonane jako jedna część tworząc jednostkę przestawiającą. 3. Turbina według zastrz. 2, znamienna tym, że każda jednostka przestawiająca jest przesuwna osiowo i jest dociskana za pomocą elementu sprężynującego do ściany (23) kanału obudowy (14). 4. 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. 5. Turbina według zastrz. 1, 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 (3) między dwoma sąsiednimi wałkami przestawiającymi (19). 6. Turbina według zastrz. 5, znam ienna tym, że elementy łączące (24) stanowią płaskie łączniki z kołkami, przy czym kołki wchodzą do odpowiednich otworów w dźwigniach wychylnych. 7. Turbina według zastrz. 6, znamienna tym, że łączniki są wykonane jako dwuczęściowe i mają trzeci przegub obrotowy (26). 8. Turbina według zastrz. 5, 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) są utworzone w postaci koła łańcuchowego. * * * Przedmiotem wynalazku jest turbina z turbosprężarką doładowującą 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 przestawiający 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 B1 lub EP B1. Za pomocą przestawnych

3 łopatek kierujących turbiny można uzyskać przy danej przepustowości większy spadek. Dzięki temu wzrasta wydajność turbiny, prędkość obrotowa turbiny i w końcu ciśnienie dż e o ł pa dr zo ew s at an wi a n. e Z łe o wp az tg k l i ę dp u o dn ca z t ao s, tzw. gorącejeksploatacjinie zakleszczają się, m uszą 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 B1 zaradzono temu, dzięki temu, że utworzona została osiowo przesuwna ściana kanału obudowy obok przestawnych łopatek i podczas eksploatacji jest dociskana względem przestawnych łopatek. Przestawne łopatki są zwykle, jak to podano w opisie patentowym nr B1, napędzane za pomocą wspólnego pierścienia rowkowego. Ten pierścień rowkowy jest obracany i z tego powodu musi być ułożyskowany. Ponadto wałki napędzające łopatek przestawnych mają mniejszą średnicę od cięciwy łopatki przestawnej. Prowadzi to do tego, że przykładowo z powodu demontażu wałka przestawiającego dźwignia wychylna musi zostać oddzielona od wałka przestawiającego. Celem wynalazku jest w przypadku turbiny z przepływem promieniowym typu opisanego na wstępie zredukowanie aparatu kierującego razem z mechanizmem przestawiającym do kilku pojedynczych części. Cel ten został osiągnięty dzięki temu, że 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 elem entu sprężynującego 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. Korzystnie 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. Zaletą wynalazku jest zwłaszcza to, że dana jest możliwość wykonania łopatki kierującej z przypisanym jej wałkiem przestawiającym i dźwignię wychylną jako jedną część. W ten sposób wykonaną jednostkę przestawiającą można wprowadzać do obudowy lub z niej wyjmować bez stwarzania otworu wejściowego do wnętrza obudowy. Celowe jest, gdy każda jednostka przestawiająca jest przesuwna osiowo i jest dociskana do przeciwległej względem końca główki łopatki kierującej, ściany kanału za pomocą elementu sprężynującego. Można wyeliminować w ten sposób luzy łopatki kierującej na swobodnym końcu główki. Gdy każdy wałek przestawiający jest wyposażony w dwa sąsiadujące punkty łożyskowania, to w obudowie między tymi punktami tworzy się zasilana sprężonym powietrzem kom ora pierścieniowa. Dzięki temu wałki przestawiające są chłodzone i zapobiega się przeciekaniu czynnika roboczego na zewnątrz z kanału przez punkty łożyskowania.

4 Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie silnik czterocylindrowy, zasilany za pomocą turbospężarki 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 kierującą, 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 doprowadzającymi, wirnika z ułożyskowaniem i innych. Kierunek przepływu czynnika roboczego zaznaczono strzałkami. 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 m niej 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 figurze 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 wirujących 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. W ałek 19 jest ułożyskowany w obudowie 14 w otworze 13, który przechodzi przez obudowę 14. Na swoim, wystającym z otworu końcu wałek jest wyposażony w dźwignię wychylną 21. Dźwignia ta wykonana razem z wałkiem 19 i łopatką kierującą 18 jako jedna część, przykładowo część odlewana. Do chłodzenia przedstawiającego 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 przewidziany 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 są elementy sprężynujące, tu sprężyny śrubowe 22. Elementy sprężynujące opierają się na pierścieniu 20, który jest w odpowiedni zamocowany w obudowie 14.

5 Wierzchołek łopatki kierującej jest dociskany do przeciwległej ściany 23 kanału obudowy za pomocą elementów sprężynujących. Właściwe przestawianie łopatek kierujących 18 w palisadzie następuje za pomocą wychylnej 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 przedstawiającymi 19. W tym przykładzie wykonania łączniki wykonane są jako 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 za pomocą nieuwidocznionego elementu ur uchamiającego, jak na przykład znanego z konstrukcji sprężarek. Jak pokazano na fig. 3, może 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 figurze 5 pokazano częściowy widok, w którym palisada jest w pozycji pełnego otwarcia. Nie ma znaczenia, że krawędzie wejściowe łopatek nie znajdują się w pozycji promieniowej, ponieważ palisada jest i tak zasilana ze spirali o prawidłowym kącie napływu. Na figurze 6 pokazano częściowy widok, w którym palisada jest w pozycji pełnego zamknięcia, która odpowiada najm niejszem u obciążeniu częściowemu urucham iającemu. Na figurze 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.

6 FIG. 5 FIG. 6 FIG. 7 FIG. 4

7 FIG. 8

8 FIG. 1 FIG. 2 FIG. 3 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł