Turbocompresor.

Un turbocompresor con una carcasa (1) de turbina que tiene un canal (8) en espiral a la salida de una tobera (9)de escape,

la cual a su vez está situada a la salida de una rueda (4) de la turbina soportada con el giro permitidosobre una carcasa (3) del cojinete y que sirve para guiar a los gases de escape desde el canal (8) en espiral hacia larueda (4) de la turbina, teniendo dicha tobera (9) de escape una pluralidad de álabes (15) de la tobera entre paredes(10, 11) de introducción de escape delantera y posterior, respectivamente, atravesando ejes (16a, 16b) de los álabesfijados a lados opuestos de cada uno de dichos álabes (15) de la tobera las paredes (10, 11) delantera y posterior yestando soportados con el giro permitido, estando diseñada la pared (11) posterior para que tenga un hueco (19)entre dicha pared (11) posterior y la carcasa (1) de la turbina.

caracterizado porque un dispositivo (25) de sellado para impedir que los gases de escape procedentes de dichocanal (8) en espiral se escapen a través de dicho hueco (19) hacia la rueda (4) de la turbina está situado aguasarriba, en una dirección de circulación de los gases de escape, de agujeros pasantes (24) a través de los cuales losejes (16a, 16b) de los álabes atraviesan la pared (11) posterior, por lo cual la presión en dicho hueco (19) quecomunica con dichos agujeros pasantes (24) de la pared (11) posterior se mantiene menor que la presión en latobera (9) de escape para desplazar a los álabes (15) de la tobera hacia la pared (11) posterior.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2008/003284.

Solicitante: IHI CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-1, TOYOSU 3-CHOME KOTO-KU TOKYO 135-8710 JAPON.

Inventor/es: MATSUYAMA,YOSHIMITSU.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D17/16 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 17/00 Regulación o control mediante variación del flujo (para inversión del sentido de marcha F01D 1/30; por variación de la posición de los álabes del rotor F01D 7/00; especialmente para el arranque F01D 19/00; para la parada F01D 21/00; regulación o control en general G05). › obturando los inyectores.
  • F02B37/24 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02B MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES DE COMBUSTION EN GENERAL (válvulas operadas cíclicamente para este efecto F01L; lubricación de los motores de combustión interna F01M; silenciadores o dispositivos de escape para este efecto F01N; refrigeración de motores de combustión interna F01P; turbinas de combustión interna F02C; plantas motrices en las que los motores utilizan productos de combustión F02C, F02G). › F02B 37/00 Motores caracterizados por estar provistos de   bombas accionadas al menos una parte del tiempo por gases de escape (caracterizados por la introducción de combustible en los cilindros mediante el empleo de un fluido auxiliar F02B 13/00; caracterizados por la prolongación de la carga F02B 29/06; caracterizados por los pasajes para la conducción de la carga desde la bomba hasta la lumbrera de admisión del motor F02B 33/44). › utilizando las bombas o turbinas con porta-álabes ajustables.
  • F02B39/00 F02B […] › Partes constitutivas, detalles o accesorios relativos a bombas de accionamiento de la alimentación o del barrido,   no cubiertos por los grupos F02B 33/00 - F02B 37/00.

PDF original: ES-2395843_T3.pdf

 

Turbocompresor.

Fragmento de la descripción:

Turbocompresor.

Campo Técnico El presente invento se refiere a un turbocompresor que es de estructura simple y que puede reducir la turbulencia de los gases de escape en la salida de la rueda de una turbina para mejorar la eficiencia de una turbina.

Técnica Anterior La figura 1 muestra un turbocompresor de desplazamiento variable convencional al cual se aplica el invento. En el turbocompresor, las carcasas 1 de la turbina y 2 del compresor están ensambladas integralmente a través de una carcasa 3 del cojinete mediante tornillos 3a y 3b de fijación, estando una rueda 4 de la turbina situada dentro de la carcasa 1 de la turbina conectada a una rueda 5 del compresor situada dentro de la carcasa 2 del compresor por un árbol 7 de la turbina soportado con el giro permitido por medio de un cojinete 6 situado dentro la carcasa 3 del cojinete.

Como se muestra a escala ampliada en la figura 2, la carcasa 3 del cojinete está provista, en su lado de la carcasa de la turbina, de una tobera 9 de escape mediante la cual los gases de escape introducidos en el interior de un canal 8 en espiral de la carcasa 1 de la turbina son guiados hacia la rueda 4 de la turbina.

La tobera 9 de escape comprende paredes 10 y 11 de introducción de escape delantera y posterior en los lados de las carcasas 1 de la turbina y 3 del cojinete, respectivamente, ensambladas integralmente entre sí con una distancia requerida entre ellas mediante, por ejemplo, tres elementos 12 de fijación dispuestos circunferencialmente. Durante el ensamblaje de la turbina y de las carcasas 1 de la turbina y 3 del cojinete, un elemento 13 de fijación fijado sobre una superficie frontal de la pared 10 delantera (una superficie lateral de la carcasa 3 del cojinete) es aprisionado por las carcasas 1 y 3 para fijar la tobera 9 de escape. Durante el ensamblaje, la tobera 9 de escape se posiciona con respecto a la carcasa 3 del cojinete mediante un pasador 14 de posicionamiento.

Entre las paredes 10 y 11 están situados en forma de anillo una pluralidad de álabes 15 de la tobera. En las figuras 1 y 2, cada uno de los álabes 15 de la tobera está soportado doblemente de tal manera que el álabe 15 de la tobera tiene ejes 16a y 16b del álabe fijados a los lados opuestos del álabe 15 y que atraviesan las paredes 10 delantera y 11 posterior, respectivamente.

En la figura 1, los números de referencia 17a, 17b, 17c y 17d designan un mecanismo de transmisión concatenado para el control del ángulo de apertura de los álabes 15 a través de los ejes 16a del álabe; y un canal 18 en espiral conformado en la carcasa 2 del compresor.

Entre la carcasa 1 de la turbina y la pared 11 posterior de la tobera 9 de escape se proporciona un hueco 19 que es indeseado por naturaleza y que se proporciona sin embargo como contramedida frente a, por ejemplo, una posible deformación térmica de la carcasa 1 de la turbina entre los periodos durante los cuales está caliente y los periodos durante los cuales está fría y frente a posibles variaciones en la precisión de las piezas a ser ensambladas.

De forma desventajosa, el hueco 19 puede provocar que los gases de escape del canal 8 en espiral se escapen inútilmente hacia una salida 20 de la rueda de la turbina. De esta manera, con el fin de tapar el hueco 19, se ha propuesto situar segmentos 21 de sellado entre un perímetro exterior de una extensión 11’ situada aguas abajo de la pared 11 posterior y una superficie 1’ interior de la carcasa 1 de la turbina que está situada enfrente de la extensión 11’ para impedir la fuga de gases y para absorber la deformación térmica (véase la Literatura de Patente 1) .

En el documento JP 2006-125588A, como se muestra en la figura 2, en la periferia exterior de la extensión 11’ de la pared 11 posterior está conformada una ranura 22 anular, en cuyo interior están insertados generalmente dos segmentos 21 de sellado estando sus huecos o recortes cerrados no alineados o solapados unos con otros, proporcionando de ese modo un dispositivo 23 de sellado. Los segmentos 21 están presionados en sus periferias exteriores contra la superficie 1’ exterior de la carcasa 1 de la turbina por la fuerza elástica de los propios segmentos para impedir las fugas de gases. En el documento JP H03-106132U, cada uno de los álabes de la tobera tiene un primer eje y un segundo eje que se extiende en una dirección que se aleja del primer eje. El primer eje del álabe de la tobera está soportado por un elemento con forma de anillo que conforma una pared situada enfrente de una pared de la tobera. El elemento con forma de anillo se puede deslizar axialmente hacia la carcasa de la turbina. Por lo tanto, la separación entre las caras finales de los álabes de tobera variable y una cara final situada enfrente del elemento con forma de anillo es constante incluso aunque se varíe el volumen de expansión térmica. El documento US 6.314.736 explica un turbocompresor con una pluralidad de álabes de tobera variable. La dimensión en anchura del hueco existente entre los extremos de los álabes de tobera y las paredes que definen la tobera se puede ajustar entre una dimensión del hueco de substancialmente cero y una dimensión de hueco máxima.

Sumario del Invento Problemas Técnicos En los turbocompresores convencionales, como se muestra en la figura 2, se ha ideado algún dispositivo 23 de sellado para impedir las fugas de gases por el hueco 19; sin embargo, incluso con dicho dispositivo 23 de sellado ideado, es difícil y limitativo mejorar de forma substancial la eficiencia de la turbina.

De esta forma, el inventor ha realizado diferentes investigaciones y experimentos sobre factores diferentes a las fugas de gases que afectan a la eficiencia de la turbina para descubrir que cuanto más turbulentos son los gases de salida en la salida 20 de la rueda de la turbina, más disminuye la eficiencia de la turbina, y que cuanto menos turbulentos son los gases de salida en la salida 20 de la rueda de la turbina, más aumenta la eficiencia de la turbina.

Con el dispositivo 23 de sellado convencional con los segmentos 21 situados entre la periferia exterior de la extensión 11’ y la superficie 1’ interior de la carcasa 1 de la turbina como se muestra en la figura 2, la presión P2 en el hueco 19 es mayor que la presión P1 en la tobera 9 de escape; es decir, P2 > P1. De esta manera, como se muestra mediante una flecha A, los gases de escape del hueco 19 pasan a través de un hueco S existente entre el eje 16b del álabe y un agujero pasante 24 al interior de la tobera 9 de escape mientras existen separaciones previamente proporcionadas entre los álabes 15 de la tobera y las paredes delantera y posterior 10 y 11, respectivamente, para hacer que los álabes 15 de la tobera puedan pivotar y girar; dichas separaciones pueden ser de dimensiones diferentes dependiendo de los turbocompresores individuales. De esta forma, se descubrió que, debido a la diferencia de presión P2 > P1, los respectivos ejes 16b de los álabes 15 de la tobera son empujados hacia la pared 10 delantera proporcionando de ese modo una mayor separación C entre los respectivos álabes 15 de la tobera y la pared 11 posterior.

El inventor descubrió que dicha mayor separación C producida entre los respectivos álabes 15 de la tobera y la pared 11 posterior hace aumentar la turbulencia de los gases de escape en la salida 20 de la rueda de la turbina, produciendo como resultado una disminución de la eficiencia de la turbina.

El invento se realizó a la vista de lo anterior y tiene por objeto proporcionar un turbocompresor que sea de estructura simple y que pueda reducir la turbulencia de los gases de escape en la salida de la rueda de la turbina para mejorar la eficiencia de una turbina.

Solución a Problemas El invento está dirigido a un turbocompresor con una carcasa de la turbina que tiene un canal en espiral a la salida de una tobera de escape, la cual a su vez está situada a la salida de una rueda de turbina soportada con el giro permitido en una carcasa del cojinete y que sirve para guiar los gases de escape desde el canal en espiral hacia la rueda de la turbina, teniendo la citada tobera de escape una pluralidad de álabes de la tobera entre paredes de introducción de escape delantera y posterior en los lados de las carcasas del cojinete y de la turbina, respectivamente, atravesando ejes de los álabes fijados a lados opuestos de cada uno de dichos álabes de la tobera las paredes delantera y posterior y estando soportados con el giro permitido, estando diseñada la pared posterior para que tenga un hueco entre dicha pared posterior y la carcasa de la turbina, caracterizado porque un dispositivo de sellado para impedir que los gases de escape procedentes de dicho canal en espiral... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un turbocompresor con una carcasa (1) de turbina que tiene un canal (8) en espiral a la salida de una tobera (9) de escape, la cual a su vez está situada a la salida de una rueda (4) de la turbina soportada con el giro permitido 5 sobre una carcasa (3) del cojinete y que sirve para guiar a los gases de escape desde el canal (8) en espiral hacia la rueda (4) de la turbina, teniendo dicha tobera (9) de escape una pluralidad de álabes (15) de la tobera entre paredes (10, 11) de introducción de escape delantera y posterior, respectivamente, atravesando ejes (16a, 16b) de los álabes fijados a lados opuestos de cada uno de dichos álabes (15) de la tobera las paredes (10, 11) delantera y posterior y estando soportados con el giro permitido, estando diseñada la pared (11) posterior para que tenga un hueco (19)

entre dicha pared (11) posterior y la carcasa (1) de la turbina. caracterizado porque un dispositivo (25) de sellado para impedir que los gases de escape procedentes de dicho canal (8) en espiral se escapen a través de dicho hueco (19) hacia la rueda (4) de la turbina está situado aguas arriba, en una dirección de circulación de los gases de escape, de agujeros pasantes (24) a través de los cuales los ejes (16a, 16b) de los álabes atraviesan la pared (11) posterior, por lo cual la presión en dicho hueco (19) que comunica con dichos agujeros pasantes (24) de la pared (11) posterior se mantiene menor que la presión en la tobera (9) de escape para desplazar a los álabes (15) de la tobera hacia la pared (11) posterior.

2. Un turbocompresor como se reivindica en la reivindicación 1, en el cual una parte de cada uno de los ejes (16b)

de los álabes que atraviesan la pared (11) posterior, la cual está fijada al correspondiente álabe (15) de la tobera, 20 está conformada por una pestaña (35) que rodea a un correspondiente agujero pasante (24) .


 

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