RU195576U1

RU195576U1 - Turbogenerator

Info

Publication number: RU195576U1
Application number: RU2019131247U
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Хрипач; Лев Юрьевич Лежнев; Алексей Павлович Татарников; Алексей Николаевич Васюков; Дмитрий Анатольевич Петриченко; Борис Аркадьевич Папкин
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2020-01-31

Abstract

Полезная модель относится к области двигателестроения, а в частности к турбогенераторам. Турбогенератор содержит корпус, передний подшипник скольжения, переднюю крышку, заднюю крышку, задний подшипник скольжения, турбину с валом. На валу турбины концентрично установлен ротор, статор электрической машины, упорный подшипник. Статор электрической машины установлен в корпус через уплотнительные кольца и зафиксирован от радиального и осевого перемещения установочными винтами. На переднюю крышку установлена втулка охлаждения, имеющая отверстия под штуцеры подачи и слива охлаждающей жидкости. Во втулку охлаждения с помощью уплотнительных элементов установлена крышка втулки охлаждения, образуя в сборе полость охлаждения. На втулку охлаждения установлены тепловой экран и сопловой аппарат турбины, на котором установлены тепловые экраны штуцеров. Тепловой экран выполнен из высокотемпературных сплавов с низкой теплопроводностью. Тепловые экраны штуцеров выполнены из тонколистовой нержавеющей стали. Ротор электрической машины зафиксирован от радиального смещения лысками, а от осевого смещения - дистанционной втулкой и дистанционной втулкой малой посредством гайки. Уплотнительные кольца выполнены из бутадиен-нитрильного каучука, образуют герметичное соединение между элементами. Технический результат заключается в повышении надежности работы турбогенератора, приводимого в движение за счет энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, достигаемой улучшением охлаждения статорной части электрогенератора, снижением теплового воздействия на штуцеры подвода охлаждающей жидкости, снижением теплового потока в статор от корпуса турбогенератора, снижением тепловой нагрузки на передний подшипниковый узел, снижением теплового воздействия на подводящие шланги и корпус турбогенератора. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to the field of engine building, and in particular to turbogenerators. The turbogenerator comprises a housing, a front sliding bearing, a front cover, a rear cover, a rear sliding bearing, a turbine with a shaft. A rotor, a stator of an electric machine, and a thrust bearing are concentrically mounted on the turbine shaft. The stator of the electric machine is installed in the housing through the sealing rings and is fixed from radial and axial movement by set screws. A cooling sleeve is installed on the front cover, which has holes for the supply and discharge of coolant. The cover of the cooling sleeve is installed in the cooling sleeve with the help of sealing elements, forming the cooling cavity as an assembly. A heat shield and a turbine nozzle apparatus are installed on the cooling sleeve, on which the heat shields of the fittings are installed. The heat shield is made of high temperature alloys with low thermal conductivity. The heat shields of the fittings are made of stainless steel sheet. The rotor of the electric machine is fixed from radial displacement by flats, and from axial displacement by a remote sleeve and a small remote sleeve by means of a nut. O-rings are made of nitrile butadiene rubber, form a tight connection between the elements. The technical result consists in increasing the reliability of the turbogenerator, driven by the energy of the exhaust gases of the internal combustion engine, achieved by improving the cooling of the stator part of the generator, reducing the thermal effect on the coolant supply fittings, reducing the heat flux to the stator from the turbogenerator body, and reducing the heat load on front bearing assembly, reducing thermal effects on the supply hoses and turbine generator housing. 5 cp f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, а в частности к турбогенераторам, приводимым в движение за счет энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.The utility model relates to engine building, and in particular to turbogenerators driven by the energy of the exhaust gases of an internal combustion engine.

Основной областью применения турбогенераторов является двигатель-генераторные установки на базе двигателей внутреннего сгорания, двигатели внутреннего сгорания в составе транспортных средств, в том числе гибридных.The main field of application of turbogenerators is engine-generator sets based on internal combustion engines, internal combustion engines in vehicles, including hybrid ones.

Ежегодный рост цен на углеводородные топлива, а также ужесточение экологических норм по выбросам вредных веществ с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания, как транспортных, так и для генераторных установок приводит к увеличению интереса к устройствам, повышающим эффективность использования энергии сгоревшего топлива. Снижение удельного расхода топлива и повышение суммарной эффективности энергоустановок обеспечивается применением турбогенератором в системах выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которые используют энергию отработавших газов для выработки электрической энергии.The annual increase in prices for hydrocarbon fuels, as well as toughening environmental standards for emissions of harmful substances from exhaust gases of internal combustion engines, both transport and generator sets, leads to an increase in interest in devices that increase the efficiency of use of energy of burned fuel. Reducing specific fuel consumption and increasing the total efficiency of power plants is ensured by the use of a turbogenerator in exhaust systems of internal combustion engines, which use the energy of exhaust gases to generate electrical energy.

Из уровня техники известен генератор возбуждения со сложной выхлопной турбиной (CN 101709668 А, 19.05.2010). В указанном патенте раскрыт турбогенератор, содержащий турбину, заднюю крышку, переднюю крышку, ротор и статор. Турбина располагается в центре направляющего аппарата турбины, закрепленного на задней крышке турбогенератора с помощью болтов, статор содержит сердечник и обмотки статора, снаружи располагается втулка статора, которая прижимается и фиксируется между передней и задней крышкой турбогенератора. Недостатками представленной конструкции является отсутствие теплового экрана, который ограничивает тепловой поток в корпус генератора, что увеличивает тепловую нагрузку на весь узел в целом, направляющий аппарат турбины закреплен непосредственно на корпусе, в котором располагается статор с обмотками, не имеющий какого-либо охлаждения, частота вращения ротора турбины для работы в диапазоне высокой эффективности составляет десятки тысяч оборотов в минуту, поэтому применение подшипников качения без системы смазки и охлаждения не обеспечит долговременной работы турбогенератора, контактные группы на роторе, питающие контур возбуждения не смогут обеспечить надежного контакта при долговременной работе, крепление постоянных магнитов винтами через стальные прокладки снижают магнитный поток в статор, а также не обеспечат жесткости конструкции на большой частоте вращения, использование постоянных магнитов в статоре осложнено высокой температурой вследствие чего они размагничиваются.The prior art excitation generator with a complex exhaust turbine (CN 101709668 A, 05/19/2010). The said patent discloses a turbogenerator comprising a turbine, a back cover, a front cover, a rotor and a stator. The turbine is located in the center of the turbine guide apparatus, mounted on the back cover of the turbogenerator with bolts, the stator contains the core and stator windings, the stator sleeve is located outside, which is pressed and fixed between the front and back covers of the turbogenerator. The disadvantages of the presented design is the lack of a heat shield that limits the heat flux to the generator housing, which increases the heat load on the entire assembly as a whole, the turbine guide apparatus is mounted directly on the housing in which the stator with windings is located, which does not have any cooling, and the rotation frequency the turbine rotor for operation in the high efficiency range is tens of thousands of revolutions per minute, so the use of rolling bearings without a lubrication and cooling system does not provide It means long-term operation of the turbogenerator, contact groups on the rotor supplying the excitation circuit cannot ensure reliable contact during long-term operation, fixing permanent magnets with screws through steel gaskets reduces the magnetic flux to the stator, and also does not provide structural rigidity at high speed, the use of permanent magnets in the stator is complicated by high temperature, as a result of which they are demagnetized.

Из уровня техники известна улучшенная центростремительная турбина (FR 2545153 А1, 02.11.1984). В указанном патенте раскрыт турбогенератор с направляющим аппаратом турбины с разделительным элементами потока, которые могут быть перекрыты при необходимости для регулирования проходного сечения и изменения параметров отработавших газов. Состоит из направляющего аппарата турбины, турбинного колеса с валом, установленном через упорные конические подшипники в корпус турбогенератора. На валу консольно закреплен ротор электрического генератора, статор которого расположен концентрично в корпусе. К недостаткам представленной конструкции следует отнести отсутствие ребер охлаждения, что повлечет за собой перегрев статорной части и выход ее из строя, отсутствие уплотнительных элементов между корпусом турбогенератора и валом турбины в зоне за колесом турбины, и при высокой температуре в подшипниковом узле может возникнуть закоксовывание моторного масла и выход узла из строя, отсутствие уплотнительных элементов и конструктивных элементов для обеспечения защиты ротора электрической машины от попадания в ее зону моторного масла.An improved centripetal turbine is known from the prior art (FR 2545153 A1, 02/02/1984). The said patent discloses a turbogenerator with a turbine guide apparatus with flow dividing elements, which can be shut off if necessary to control the flow area and change the parameters of the exhaust gases. It consists of a guiding apparatus of the turbine, a turbine wheel with a shaft mounted through persistent tapered bearings in the housing of the turbogenerator. The rotor of an electric generator, the stator of which is located concentrically in the housing, is cantilevered on the shaft. The disadvantages of this design include the absence of cooling fins, which will lead to overheating of the stator part and its failure, the absence of sealing elements between the turbogenerator body and the turbine shaft in the area behind the turbine wheel, and coking of engine oil can occur at high temperatures in the bearing assembly and the failure of the assembly, the absence of sealing elements and structural elements to ensure the protection of the rotor of the electric machine from getting motor oil into its zone.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является турбогенератор (US 2009/0250933 А1, 08.10.2009), состоящий из турбины, работающей на отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, электрического генератора, имеющего ротор, соединенный с турбиной и статор, имеющий обмотку без железа (ironless coil), расположенную концентрично с ротором. При подаче отработавших газов вырабатывается электрическая энергия. Конструкция предусматривает использование двух радиальных подшипников скольжения и одного упорного с принудительной подачей масла в зону трения, полости охлаждения пространства за турбиной, ротора электрического генератора с постоянными магнитами.The closest analogue (prototype) of the proposed utility model is a turbogenerator (US 2009/0250933 A1, 10/08/2009), consisting of a turbine operating on the exhaust gases of an internal combustion engine, an electric generator having a rotor connected to the turbine and a stator having a winding without iron (ironless coil), located concentrically with the rotor. When the exhaust gas is supplied, electrical energy is generated. The design provides for the use of two radial plain bearings and one persistent one with forced oil supply to the friction zone, a cooling cavity behind the turbine, and a rotor of an electric generator with permanent magnets.

К недостаткам данной конструкции следует отнести:The disadvantages of this design include:

- отсутствие полости охлаждения в зоне статора, а также отсутствие ребер охлаждения, что повлечет за собой перегрев статорной части и выход ее из строя;- the absence of a cooling cavity in the stator zone, as well as the absence of cooling fins, which will entail overheating of the stator part and its failure;

- отсутствие элементов закрепления ротора на валу турбины, что делает конструкцию сложнособираемой или неразборной, а также влечет за собой сложность в обеспечении балансировки такого узла;- the lack of fixing elements of the rotor on the turbine shaft, which makes the structure difficult to assemble or non-separable, and also entails the difficulty in balancing such a node;

- отсутствие сливных отверстий из полости электрической машины будет приводить к выходу ее из строя ввиду того, что скопившееся масло будет создавать дополнительное гидродинамическое сопротивление;- the absence of drain holes from the cavity of the electric machine will lead to its failure due to the fact that the accumulated oil will create additional hydrodynamic resistance;

- отсутствие уплотнительных элементов в канавках на валу турбины перед колесом турбины может привести к попаданию масла, которое под воздействием высокой температуры приведет к закоксовыванию и постепенному выходу подвижного соединения из строя;- the absence of sealing elements in the grooves on the turbine shaft in front of the turbine wheel can lead to oil ingress, which, under the influence of high temperature, will lead to coking and gradual failure of the movable joint;

- близкое расположение переднего подшипникового узла к турбине может привести к перегреву узла и снижению вязкости масла, что впоследствии приведет к повышенному износу.- the close location of the front bearing assembly to the turbine can lead to overheating of the assembly and a decrease in oil viscosity, which will subsequently lead to increased wear.

Задача, решаемая полезной моделью, направлена на разработку турбогенератора, приводимого в движение за счет энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, обладающего повышенной надежностью, как отдельных элементов турбогенератора, так и всего узла в сборе в процессе работы турбогенератора.The problem solved by the utility model is aimed at developing a turbogenerator driven by the energy of the exhaust gases of an internal combustion engine, which has increased reliability of both individual elements of the turbogenerator and the entire assembly in the process of operation of the turbogenerator.

Технический результат заключается в повышении надежности работы турбогенератора, приводимого в движение за счет энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, достигаемой улучшением охлаждения статорной части электрогенератора, снижением теплового воздействия на штуцеры подвода охлаждающей жидкости, снижением теплового потока в статор от корпуса турбогенератора, снижением тепловой нагрузки на передний подшипниковый узел, снижением теплового воздействия на подводящие шланги и корпус турбогенератора.The technical result consists in increasing the reliability of the turbogenerator, driven by the energy of the exhaust gases of the internal combustion engine, achieved by improving the cooling of the stator part of the generator, reducing the thermal effect on the coolant supply fittings, reducing the heat flux to the stator from the turbogenerator body, and reducing the heat load on front bearing assembly, reducing thermal effects on the supply hoses and turbine generator housing.

Технический результат достигается тем, что турбогенератор, содержащий корпус, передний подшипник скольжения, заднюю крышку, установленную на корпус через уплотнительные элементы, задний подшипник скольжения, запрессованный в заднюю крышку, в которой расположены отверстия под штуцеры подачи и слива масла из подшипника, турбину с валом, установленную в подшипники скольжения, на которой концентрично установлен ротор, статор электрической машины, установленный концентрично в корпус, упорный подшипник, пробку, которая герметично закрывает полость турбогенератора, причем статор электрической машины установлен в корпус через уплотнительные кольца и зафиксирован от радиального и осевого перемещения установочными винтами, а на корпусе располагаются кожух охлаждения со штуцерами подачи и слива охлаждающей жидкости, установленный через уплотнительные кольца и зафиксированный гайкой, который совместно со сквозной проточкой и окнами на корпусе, а также наружной поверхностью статора отделенной от корпуса уплотнительными кольцами образует полость охлаждения непосредственно поверхности статора, передняя крышка, установленная через уплотнительные элементы, на которой установлена втулка охлаждения через уплотнительные элементы, имеющая отверстия под штуцеры подачи и слива охлаждающей жидкости, причем во втулку охлаждения с помощью уплотнительных элементов установлена крышка втулки охлаждения, образуя в сборе полость охлаждения, а на втулку охлаждения установлены тепловой экран кольцевой формы, выполненный из высокотемпературных сплавов с низкой теплопроводностью, который имеет малую площадь контакта со втулкой, ограничивающий тепловой поток от отработавших газов в сторону корпуса турбогенератора, направляющий сопловой аппарат турбины, тепловые экраны штуцеров, выполненные из тонколистовой нержавеющей стали, установленные на направляющий сопловой аппарат, причем ротор электрической машины зафиксирован от радиального смещения лысками, а от осевого смещения дистанционной втулкой и дистанционной втулкой малой посредством гайки, причем уплотнительные кольца выполнены из бутадиен-нитрильного каучука, образующие герметичное соединение между элементами.The technical result is achieved in that a turbogenerator comprising a housing, a front plain bearing, a back cover mounted to the housing through the sealing elements, a rear plain bearing pressed into the rear cover, in which are openings for the oil supply and drain connections from the bearing, a turbine with a shaft installed in plain bearings, on which the rotor is concentrically mounted, an electric machine stator installed concentrically in the housing, a thrust bearing, a stopper that seals tightly cavity of the turbogenerator, and the stator of the electric machine is installed in the housing through the sealing rings and secured against radial and axial movement by set screws, and on the housing there is a cooling casing with coolant supply and drain fittings installed through the sealing rings and fixed by a nut, which together with a through groove and windows on the housing, as well as the outer surface of the stator separated from the housing by the sealing rings forms a cooling cavity directly the surface of the stator, the front cover installed through the sealing elements, on which the cooling sleeve is installed through the sealing elements, which have openings for the coolant supply and drain fittings, and the cooling sleeve cover is installed in the cooling sleeve with the help of the sealing elements, forming the cooling cavity as an assembly, and a cooling ring is mounted on the cooling sleeve, made of high-temperature alloys with low thermal conductivity, which has a small contact area with about the sleeve, restricting the heat flow from the exhaust gases to the side of the turbogenerator body, the guide nozzle apparatus of the turbine, the heat shields of the fittings made of stainless steel sheet mounted on the guide nozzle apparatus, the rotor of the electric machine being fixed from radial displacement by flats, and from the axial displacement of the remote a sleeve and a small remote sleeve by means of a nut, the o-rings being made of nitrile butadiene rubber, forming a tight joint s between elements.

Конструкция турбогенератора также имеет следующие дополнительные отличия:The design of the turbogenerator also has the following additional differences:

- для слива масла из внутреннего пространства электрогенератора в нижней части корпуса предусмотрены отверстия для штуцеров;- for draining oil from the inner space of the generator in the lower part of the housing provides holes for fittings;

- для упрощения изготовления и облегчения процесса сборки турбогенератора передний подшипник скольжения запрессован в переднюю крышку, а пробка установлена на заднюю крышку через уплотнительную прокладку и выполнена резьбовой;- to simplify the manufacture and facilitate the assembly process of the turbogenerator, the front sliding bearing is pressed into the front cover, and the plug is installed on the back cover through the gasket and is threaded;

- турбина с валом имеет проточки на валу за колесом турбины, в которые установлены уплотнительные кольца, сделанные из чугуна, имеющие разрезную пружинную конструкцию и зафиксированные за счет трения наружной поверхности о поверхность отверстия во втулке охлаждения, для предотвращения прорыва отработавших газов внутрь турбогенератора и для предотвращения попадания моторного масла в турбину;- a turbine with a shaft has grooves on the shaft behind the turbine wheel, into which sealing rings made of cast iron are installed, having a split spring construction and fixed due to friction of the outer surface against the surface of the hole in the cooling sleeve, to prevent exhaust gas from breaking into the turbogenerator and to prevent engine oil entering the turbine;

- статор электрической машины зафиксирован от проворота посредством установочных винтов и имеет внутри обмоток датчики температур, для измерения температуры обмоток и снижения нагрузки на генератор при превышении допустимой температуры, что повысит надежность турбогенератора;- the stator of the electric machine is fixed from turning by means of set screws and has temperature sensors inside the windings to measure the temperature of the windings and reduce the load on the generator when the permissible temperature is exceeded, which will increase the reliability of the turbogenerator;

- для предотвращения попадания масла в электрогенератор маслоотражательные экраны, установленные на корпус и на переднюю крышку, имеют соосный и минимальный зазор между внутренними торцевыми поверхностями маслоотражательных экранов и турбиной с валом.- to prevent oil from entering the electric generator, the oil reflector screens mounted on the housing and on the front cover have a coaxial and minimal clearance between the internal end surfaces of the oil reflector screens and the turbine with the shaft.

Полезная модель иллюстрируется четырьмя чертежами, на которых представлен общий вид турбогенератора (фиг. 1), общий вид турбогенератора в разрезе (фиг. 2), вид спереди (фиг. 3) поперечный разрез турбогенератора (фиг. 4),The utility model is illustrated by four drawings, which show a General view of the turbogenerator (Fig. 1), a General view of the turbogenerator in section (Fig. 2), front view (Fig. 3) cross section of the turbogenerator (Fig. 4),

Турбогенератор состоит из корпуса 1 с кожухом охлаждения 2, в котором располагаются штуцеры 3, через которые производится подача и слив охлаждающей жидкости для электромашины и уплотнительные кольца 4. На корпус 1 с помощью болтового соединения с центрированием по опорному пояску установлена передняя крышка 5 через уплотнительное кольцо 6 с установленным в переднюю крышку передним подшипником скольжения 7, которая имеет резьбовые отверстия (на чертеже не обозначены) для подвода и слива масла с установленными в них штуцерами 8 и 9 через уплотнительные элементы (на чертеже не обозначены). На корпус 1 установлена задняя крышка 10 с установленным в нее задним подшипником скольжения 11 через уплотнительное кольцо 12, которая имеет резьбовые отверстия (на чертеже не обозначены) для подвода и слива масла с установленными в них штуцерами 13 и 14 через уплотнительные элементы (на чертеже не обозначены). На переднюю крышку 5 с помощью болтового соединения установлена втулка охлаждения 15 через уплотнительное кольцо 16, в которой располагаются отверстиями подвода и отвода охлаждающей жидкости, в которые установлены штуцеры 17 и 18 через уплотнительные элементы (на чертеже не обозначены) и крышка 19 через уплотнительные кольца 20 и 21, образующие полость охлаждения. На втулку охлаждения 15 установлен тепловой экран 22. В подшипники скольжения 7 и 11 установлена турбина 23, имеющая посадочные лыски под ротор электрической машины 25, зафиксированный на валу посредством дистанционной втулки 26, дистанционной втулки малой 27 и гайки 28. Между дистанционной втулкой 26 и дистанционной втулки малой 27 располагается упорный подшипник 29, зафиксированный на корпусе 1 посредством опорного пояска и болтовых соединений. В корпус 1 установлен статор электрической машины 30 с выводными контактами обмоток и датчиков температур (на чертеже не обозначены) через уплотнительные кольца 41 и зафиксирован установочными винтами 24. На втулку охлаждения 15 устанавливается направляющий аппарат турбины 31, зафиксированный на ней с помощью болтового соединения проставками 32, который имеет фланцы для подключения турбогенератора в систему выпуска отработавших газов, на который также установлены тепловые экраны штуцеров 42. Для защиты ротора и статора электрической машины от попадания в них масла с одной стороны на корпусе 1 с помощью болтового соединения и опорного пояска установлен маслоотражательный экран 33, а с другой стороны на передней крышке 5 с помощью болтового соединения и опорного пояска установлен маслоотражательный экран 34. На заднюю крышку 10 установлена резьбовая пробка 35 через прокладку 36. Для подвода и слива масла к упорному подшипнику 29 в корпусе 1 предусмотрены резьбовые отверстия (на чертеже не обозначены) под штуцер подачи масла 37, установленного через уплотнительные элементы и сливной штуцер 38 установленного через уплотнительные элементы, а также имеются два резьбовых отверстия (на чертеже не обозначены) под штуцеры 39 для слива масла попавшего в электрическую машину. На валу турбины 23 установлены уплотнительные пружинные чугунные кольца 40, ограничивающие попадание отработавших газов в полость генератора, и моторного масла в полость турбины.The turbogenerator consists of a housing 1 with a cooling casing 2, in which fittings 3 are located, through which coolant is supplied and drained for the electric machine and O-rings 4. On the housing 1, a front cover 5 is installed through the o-ring by means of a bolted connection along the support band through the o-ring 6 with a front plain bearing 7 installed in the front cover, which has threaded holes (not indicated in the drawing) for supplying and draining oil with fittings 8 and 9 installed in them through a seal itelnye elements (not marked in the figure). A back cover 10 is installed on the housing 1 with a rear plain bearing 11 installed in it through an o-ring 12, which has threaded holes (not indicated in the drawing) for supplying and draining oil with fittings 13 and 14 installed in them through sealing elements (not shown in the drawing marked). A cooling sleeve 15 is installed on the front cover 5 by means of a bolted connection through a sealing ring 16, in which there are coolant inlet and outlet openings, into which the fittings 17 and 18 are installed through sealing elements (not indicated in the drawing) and the cover 19 through the sealing rings 20 and 21 forming a cooling cavity. A heat shield 22 is mounted on the cooling sleeve 15. A turbine 23 is installed in the sliding bearings 7 and 11, having landing flats under the rotor of the electric machine 25, fixed to the shaft by the distance sleeve 26, the distance sleeve 27 and the nut 28. Between the distance sleeve 26 and the distance sleeve small 27 is a thrust bearing 29, fixed on the housing 1 by means of a support belt and bolted connections. The stator of the electric machine 30 is installed in the housing 1 with the output contacts of the windings and temperature sensors (not indicated in the drawing) through the sealing rings 41 and fixed with set screws 24. A turbine guide device 31 is mounted on the cooling sleeve 15, fixed to it by means of a bolt connection with spacers 32 , which has flanges for connecting a turbogenerator to the exhaust system, on which the heat shields of the fittings 42 are also installed. To protect the rotor and stator of the electric machine, t of oil getting into them, on one side of the housing 1 with the help of a bolted connection and a support girdle an oil reflector 33 is installed, and on the other hand, an oil reflector 34 is installed on the front cover 5 with a bolt connection and a support girdle 34. A screw plug is installed on the back cover 10 35 through the gasket 36. For supplying and draining oil to the thrust bearing 29, threaded holes (not indicated in the drawing) are provided in the housing 1 for the oil supply fitting 37 installed through the sealing elements and the drain piece CER 38 installed via seal members, and there are two threaded holes (not marked in the figure) under the fittings 39 for draining the oil caught in the electric machine. On the shaft of the turbine 23 is installed a spring-loaded cast iron spring ring 40, restricting the ingress of exhaust gases into the cavity of the generator, and engine oil into the cavity of the turbine.

Тепловой экран 22 в виде кольцевой формы, выполнен из высокотемпературных сплавов с низкой теплопроводностью, имеет малую площадь контакта со втулкой охлаждения 15, ограничивающий тепловой поток от отработавших газов в сторону корпуса турбогенератораThe heat shield 22 in the form of an annular shape, made of high-temperature alloys with low thermal conductivity, has a small contact area with the cooling sleeve 15, limiting the heat flux from the exhaust gases to the side of the turbine generator

Уплотнительные кольца 4, 6, 12, 41 выполнены из бутадиен-нитрильного каучука, а 16, 20, 21 из фторкаучука образуют герметичное соединение между элементами.The sealing rings 4, 6, 12, 41 are made of nitrile butadiene rubber, and the fluorine rubber 16, 20, 21 form a tight connection between the elements.

Тепловые экраны штуцеров 42, выполненные из тонколистовой нержавеющей стали, установлены на направляющий сопловой аппарат 31, что позволяет дополнительно снизить тепловое воздействие на штуцеры подвода охлаждающей жидкости и снизить тепловой поток в корпус турбогенератора.The heat shields of the fittings 42 made of stainless steel sheet are mounted on the nozzle guide 31, which further reduces the thermal effect on the coolant supply fittings and reduces the heat flux into the turbogenerator body.

Работа турбогенератора производится следующим образом: Направляющий аппарат турбины 31, являющийся несущим элементом турбогенератора, установлен в систему выпуска двигателя внутреннего сгорания посредством фланцев. Направляющий аппарат турбины 31 установлен на втулке охлаждения 15 посредством проставок болтового соединения и проставок 32, втулка охлаждения в свою очередь закреплена с помощью болтового соединения на передней крышке 5 соединенной болтовым соединением с корпусом 1, на котором установлена задняя крышка 10 образующие вместе основной корпусной узел. Отработавшие газы двигателя попадают из соплового аппарата турбины 31 на лопатки турбины 23, на которой установлен ротор электрической машины 25, закрепленный посредством дистанционной втулки 26, дистанционной втулки малой 27 и гайки 28, турбина 23 располагается в радиальных подшипниках скольжения 7 и 11, а осевое перемещение ограничено фланцами дистанционных втулок 26, 27 и расположением упорного подшипника 29. Крутящий момент, появляющийся на валу благодаря отработавшим газам, передается посредством турбины 23 на ротор электрической машины 25, магнитное поле которого, при вращении относительно статора 30, закрепленного в корпусе 1 винтами 24, наводит в обмотках статора ЭДС, вследствие чего на клеммах статора электрической машины 30, подключенной к электрической нагрузке, протекает электрический ток, приводящий к появлению тормозного крутящего момента. Для смазки подшипников скольжения 7 и 11 в передней крышке 5 и задней крышке 10 предусмотрены отверстия для установки штуцеров подвода масла из системы смазки двигателя внутреннего сгорания 8 и 13, и штуцеров слива масла в картер двигателя внутреннего сгорания 9 и 14. Смазка упорного подшипника производится через штуцер подвода масла 37, установленный в корпусе 1, и через штуцер 38 масло сливается в картер двигателя.The operation of the turbogenerator is as follows: The guide apparatus of the turbine 31, which is the bearing element of the turbogenerator, is installed in the exhaust system of the internal combustion engine by means of flanges. The guide apparatus of the turbine 31 is mounted on the cooling sleeve 15 by means of bolt-on spacers and spacers 32, the cooling sleeve, in turn, is bolted to the front cover 5 by bolting to the housing 1 on which the back cover 10 is mounted, which form the main body assembly together. Engine exhaust gas flows from the nozzle apparatus of the turbine 31 onto the blades of the turbine 23, on which the rotor of the electric machine 25 is mounted, fixed by means of the remote sleeve 26, the small remote sleeve 27 and nut 28, the turbine 23 is located in radial plain bearings 7 and 11, and axial movement limited by the flanges of the spacer sleeves 26, 27 and the location of the thrust bearing 29. The torque that appears on the shaft due to the exhaust gases is transmitted through the turbine 23 to the rotor of the electric machine 25, mag whose magnetic field, when rotating relative to the stator 30, mounted in the housing 1 by screws 24, induces an EMF in the stator windings, as a result of which an electric current flows at the terminals of the stator of the electric machine 30 connected to the electric load, which leads to the appearance of braking torque. To lubricate the sliding bearings 7 and 11 in the front cover 5 and the rear cover 10, holes are provided for installing oil supply fittings from the lubrication system of the internal combustion engine 8 and 13, and oil drain fittings in the crankcase of the internal combustion engine 9 and 14. The thrust bearing is lubricated through an oil supply fitting 37 mounted in the housing 1, and through the fitting 38, the oil is drained into the crankcase.

Для передачи крутящего момента на турбине с валом 23 имеются лыски, а на роторе электрической машины 13 имеется паз, за счет чего обеспечивается фиксация. Положение ротора электрической машины 13 относительно турбины с валом 23 обеспечивается за счет дистанционной втулки 14 и фланца подшипника 15 закрепленные с помощью гайки 16. Положение ротора электрической машины 13 относительно статора электрической машины 17 обеспечивается геометрическими размерами и упорным подшипником 17, располагающимся между дистанционной втулкой 14 и фланцем подшипника 15 и закрепленном на корпусе 1 посредством болтового соединения.To transmit torque on the turbine with a shaft 23 there are flats, and on the rotor of the electric machine 13 there is a groove, due to which fixing is provided. The position of the rotor of the electric machine 13 relative to the turbine with the shaft 23 is ensured by the spacer sleeve 14 and the bearing flange 15 secured with a nut 16. The position of the rotor of the electric machine 13 relative to the stator of the electric machine 17 is provided by the geometric dimensions and the thrust bearing 17 located between the spacer sleeve 14 and bearing flange 15 and mounted on the housing 1 by means of a bolted connection.

Для обеспечения стабильной работы турбогенератор имеет две полости охлаждения во втулке охлаждения 9 совместно с резьбовой крышкой 10 и в корпусе 1 образованной кожухом охлаждения 2, статором 30 и уплотнительными кольцами 41 со штуцерами подвода и слива охлаждающей жидкости 3 и 4. Для обеспечения легкого скольжения турбины 23 сна установлена в подшипниках скольжения 7 и 11, расположенных в передней и задней крышке 5 и 10 соответственно, в которых располагаются каналы подвода и слива масла к подшипникам. Конфигурация масляных каналов выполнена таким образом, что масло подводится к упорному подшипнику 29. Чтобы обеспечить защиту электрических компонентов от попадания масла на корпус 1 установлены маслоотражательные экраны 33 и 34. Для защиты от воздействия окружающей среды на задний подшипник 11 на заднюю крышку 10 устанавливается пробка 35 через прокладку 36.To ensure stable operation, the turbogenerator has two cooling cavities in the cooling sleeve 9 together with a threaded cover 10 and in the housing 1 formed by a cooling casing 2, a stator 30 and sealing rings 41 with coolant supply and drain fittings 3 and 4. To ensure easy sliding of the turbine 23 sleep is installed in sliding bearings 7 and 11 located in the front and rear cover 5 and 10, respectively, in which the channels for supplying and draining oil to the bearings are located. The configuration of the oil channels is such that the oil is supplied to the thrust bearing 29. In order to protect the electrical components from oil entering the housing 1, oil shields 33 and 34 are installed. To protect against environmental influences, a stopper 35 is installed on the rear bearing 11 on the rear cover 10 through gasket 36.

Улучшение охлаждения статорной части электрогенератора 30 реализуется за счет непосредственной подачи охлаждающей жидкости на наружную поверхность статора 30 через проточку и окна на корпусе турбогенератора 1, которые через уплотнительные кольца 41 образуют полость охлаждения непосредственно поверхности статора. Снижение теплового потока в статор 30 от корпуса 1 турбогенератора обусловлено снижением площади контакта за счет установки уплотнительных колец 41 и фиксации статора стопорными винтами 24. Снижением тепловой нагрузки на передний подшипниковый узел, представляющий собой передний подшипник 7, запрессованный в переднюю крышку турбогенератора 5, на которой расположена втулка охлаждения 15, при пропускании охлаждающей жидкости через которую производится охлаждение масла и подшипникового узла.Improving the cooling of the stator part of the electric generator 30 is realized by directly supplying cooling liquid to the outer surface of the stator 30 through a groove and windows on the housing of the turbogenerator 1, which through the sealing rings 41 form a cooling cavity directly to the stator surface. The decrease in heat flow to the stator 30 from the turbogenerator body 1 is due to a decrease in the contact area due to the installation of the sealing rings 41 and the stator is fixed with lock screws 24. The heat load on the front bearing assembly, which is a front bearing 7, pressed into the front cover of the turbogenerator 5, on which a cooling sleeve 15 is located, while passing a coolant through which the oil and bearing assembly are cooled.

Снижением теплового воздействия на корпус 1 турбогенератора и подводящие шланги (на чертеже не обозначены), подключаемые к штуцерам 17, за счет тепловых экранов штуцеров 42 и от разогретого до высокой температуры направляющего аппарата турбины 31 в сторону корпуса турбогенератора.By reducing the thermal effect on the turbogenerator body 1 and the supply hoses (not indicated in the drawing) connected to the fittings 17, due to the heat shields of the fittings 42 and from the guide apparatus of the turbine 31 heated to a high temperature to the side of the turbogenerator body.

Кроме того, корпус 1 турбогенератора, за счет своей конструкции, а именно за счет сквозной проточки на корпусе, существенно улучшает охлаждение электрической машины, поскольку охлаждающая жидкость подается непосредственно на поверхность статора 30 электрической машины.In addition, the housing 1 of the turbogenerator, due to its design, namely due to the through groove on the housing, significantly improves the cooling of the electric machine, since the coolant is supplied directly to the surface of the stator 30 of the electric machine.

Таким образом, за счет улучшения охлаждения статорной части электрогенератора, снижения теплового воздействия на штуцеры подвода охлаждающей жидкости, снижения теплового потока в статор от корпуса турбогенератора, снижения тепловой нагрузки на передний подшипниковый узел, снижения теплового воздействия на подводящие шланги и корпус турбогенератора, достигается повышение надежности работы турбогенератора, приводимого в движение за счет энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.Thus, by improving the cooling of the stator part of the generator, reducing the thermal effect on the coolant supply fittings, reducing the heat flux to the stator from the turbogenerator housing, reducing the heat load on the front bearing assembly, reducing the thermal effect on the supply hoses and the turbogenerator housing, an increase in reliability is achieved the operation of a turbogenerator driven by the energy of the exhaust gases of an internal combustion engine.

Claims

1. A turbogenerator comprising a housing, a front plain bearing, a rear cover mounted to the housing through the sealing elements, a rear plain bearing pressed into the rear cover, in which are openings for the oil supply and drain connections from the bearing, a turbine with a shaft installed in the bearings slip, on which the rotor is concentrically mounted, the stator of the electric machine, mounted concentrically in the housing, the thrust bearing, the plug, which tightly closes the cavity of the turbogenerator m, that the stator of the electric machine is installed in the housing through the sealing rings and secured against radial and axial movement by set screws, and on the housing there is a cooling casing with coolant supply and drain fittings installed through the sealing rings and fixed with a nut, which together with the through groove and windows on the housing, as well as the outer surface of the stator, separated from the housing by o-rings, forms a cooling cavity directly to the surface of the stator, per the back cover installed through the sealing elements, on which the cooling sleeve is installed through the sealing elements, which have openings for the coolant supply and drain fittings; moreover, the cooling sleeve cover is installed in the cooling sleeve with the help of the sealing elements, forming the cooling cavity as an assembly, and on the cooling sleeve a ring-shaped heat shield is installed made of high-temperature alloys with low thermal conductivity, which has a small contact area with the sleeve, limiting heat flow from the exhaust gases to the side of the turbogenerator body, guiding nozzle apparatus of the turbine, heat shields of fittings made of stainless steel sheet mounted on the guiding nozzle apparatus, the rotor of the electric machine being fixed from radial displacement by flats, and from axial displacement by a remote sleeve and a remote a small sleeve by means of a nut, the sealing rings being made of nitrile butadiene rubber, forming a tight connection between the elements.

2. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that in the lower part of the housing there are holes for fittings for draining oil from the inner space of the generator.

3. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that the front plain bearing is pressed into the front cover, and the plug is mounted on the rear cover through a gasket and is threaded.

4. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that the turbine with a shaft has grooves on the shaft behind the turbine wheel, into which sealing rings are made of cast iron, having a split spring structure and fixed by friction of the outer surface against the surface of the hole in the cooling sleeve .

5. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that the stator of the electric machine is fixed against rotation by tight fit and has temperature sensors inside the windings.

6. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that it comprises oil reflection screens mounted on the housing and on the front cover, which provide structurally coaxial and minimal clearance between the internal end surfaces of the oil reflection screens and the turbine with a shaft.