Изобретение относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам, применяемым, например, для наддува двигателей внутреннего сгорания, и в частности к подшипниковым узлам, выполненным в виде подшипников скольжения с плавающими втулками.
Уже известен турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, маслораспределительную и маслосливную полости и ротор с размещенными на его торцах колесом турбины и колесом компрессора, установленный на двух опорах, выполненных в виде цилиндрических подшипников скольжения, размещенных по обе стороны от маслораспределительной полости /патент EP 0021738, F 16 C 17/18, опубл. 1983 г./.
Указанный турбокомпрессор не обеспечивает надежной работы в связи с ограниченной смазывающей способностью подшипников скольжения во всем рабочем диапазоне.
Известен также турбокомпрессор для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус, маслораспределительную и маслосливную полости и ротор с размещенными на его торцах колесом турбины и колесом компрессора, установленный во втулке на двух опорах, выполненных в виде цилиндрических подшипников скольжения, размещенных по обе стороны от маслораспределительной полости, причем на внутренней цилиндрической поверхности каждой опоры выполнена по меньшей мере одна винтовая канавка для смазывающего масла, с разным направлением винта в каждой опоре ротора /авторское свидетельство СССР N 1701955, F 02 B 37/00, 1989 г./.
Этот турбокомпрессор наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату и взят в качестве прототипа. Смазывающая способность его подшипников скольжения несколько улучшена, хотя и существенно снижается при повышенной вязкости масла, в условиях эксплуатации при высокой температуре окружающей среды и при снижении давления масла на входе.
Задача изобретения состоит в повышении надежности турбокомпрессора при высокотемпературной эксплуатации, пониженном давлении масла на входе или его повышенной вязкости.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата в известном турбокомпрессоре, например, для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащем ротор с размещенными на его консолях колесами компрессора и турбины, установленный в подшипниках скольжения, каждый из которых снабжен по меньшей мере одной винтовой канавкой на внутренней цилиндрической поверхности примыкающих к ротору торцевых опор подшипниковой втулки, снабженной маслораспределительной полостью, заключенной между ее опорами и сообщенной с маслоподводящей магистралью, и размещенной с зазором и зафиксированной от проворота в корпусе подшипников, снабженном охлаждающими полостями и маслосливных отверстием, причем направление подъема винта канавки в каждом подшипнике скольжения выполнено разным, согласно изобретению подшипниковая втулка снабжена соосными выемками, размещенными в ее торцах, подшипники скольжения выполнены в виде отдельных плавающих вставок с наружными торцевыми фланцами, сопряженных с зазором своими наружными поверхностями с внутренними поверхностями торцевых выемок, а каждая из наружных поверхностей вставок снабжена по меньшей мере одной винтовой канавкой, сообщенной с маслораспределительной полостью, и направление подъема винта канавок, размещенных на внутренней и наружной поверхностях одной плавающей вставки, совпадают, а угол подъема винта канавки плавающей вставки, примыкающей к колесу турбины, ориентирован в направлении против часовой стрелки при любом направлении вращения ротора и угол подъема винта канавки плавающей вставки, примыкающей к колесу компрессора, ориентирован в направлении по часовой стрелке при любом направлении вращения ротора.
Поверхность сопряжения торцевых выемок и плавающих вставок может быть выполнена цилиндрической или конической или по любому сложному профилю. Она может быть подвергнута предварительной механической обработке, например, хонингованию.
Винтовые канавки могут быть выполнены с симметричным и несимметричным профилем в поперечном сечении, каждая сторона канавки может быть выполнена с радиальной или тангенциальной направленностью.
Канавки могут быть выполнены с равномерным или переменным шагом по длине вставки и с равномерной или переменной глубиной, причем глубина канавки со стороны турбины может превышать глубину канавки со стороны колеса компрессора. Винтовые канавки могут быть многозаходными и количество заходов предпочтительно может быть выполнено равным 2-4, причем минимальная величина указанного предела соответствует канавке на вставке, примыкающей к колесу компрессора, а максимальная - канавке, примыкающей к колесу турбины. Величина шага винта канавок предпочтительно может быть выполнена равной 5-56 мм, причем минимальная величина этого предела соответствует канавке на вставке, примыкающей к колесу турбины, а максимальная - канавке на вставке, примыкающей к колесу компрессора.
Торцевая поверхность выемок в подшипниковой втулке, прилегающая к торцевой поверхности плавающих вставок, может быть выполнена конической, предпочтительно под углом 45-60o к оси ротора.
Плавающие вставки могут быть выполнены с применением металлокерамики или пористых материалов.
Проведенный анализ патентной и научно-технической литературы не выявил известности заявленной совокупности существенных признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежавми.
На фиг. 1 представлен предлагаемый турбокомпрессор, продольный разрез через опорно-подшипниковый узел.
На фиг. 2 показан опорно-подшипниковый узел в увеличенном масштабе.
В корпусе 1 подшипников, снабженном охлаждающими полостями 2, маслоподводящей магистралью 3 и маслосливным отверстием 4, установлена с зазором подшипниковая втулка 5, зафиксированная от проворота. В торцах подшипниковой втулки 5 выполнены соосные выемки 6 с внутренней торцевой поверхностью 7, которая может быть выполнена конической. Две торцевые опоры подшипниковой втулки 5 выполнены в виде подшипников скольжения, представляющих собой отдельные от подшипниковой втулки плавающие вставки 8, сопряженные с зазором своими наружными поверхностями 9 с внутренними поверхностями 10 торцевых выемок 6 и снабженные наружными торцевыми фланцами 11. Ротор 12 турбокомпрессора с размещенными на его консолях 13 колесами 14 компрессора и 15 турбины установлен на торцевых опорах подшипниковой втулки 5 на двух плавающих вставках 8. Перпендикулярно оси ротора 12 установлена маслоподводящая магистраль 3, патрубок которой служит фиксатором от проворота втулки 5 в корпусе 1.
Внутренняя цилиндрическая поверхность 16 плавающих вставок 8, примыкающая с зазором к ротору 12, а также наружная поверхность 9 плавающих вставок 8 снабжены по меньшей мере по одной винтовой канавкой 17 каждая.
Внутри подшипниковой втулки 5 предусмотрена маслораспределительная полость 18, а винтовые канавки размещены с возможностью сообщения с этой маслорапределительной полостью 18.
Направления подъема винта канавок 17, размещенных на внутренней 16 и наружной 9 поверхностях одной плавающей вставки 8, совпадают. Направление подъема винта канавки 17 в каждом подшипнике скольжения, примыкающем к колесу 14 компрессора и к колесу 15 турбины, выполнено разным, причем угол подъема винта канавки 17 плавающей вставки 8, примыкающей к колесу турбины, ориентирован в направлении против часовой стрелки при любом направлении вращения ротора, а угол подъема винта канавки 17 плавающей вставки, примыкающей к колесу компрессора, ориентирован в направлении по часовой стрелке при любом направлении вращения ротора.
Поверхность сопряжения торцевых выемок /внутренняя поверхность 10/ и плавающих вставок/ наружная поверхность 9/ могут быть выполнены цилиндрической или конической или по любому профилю или подвергнуты специальной механической обработке, например хонингованию.
Винтовые канавки 17 могут быть выполнены как одно-, так и многозаходными, предпочтительно с количеством заходов, равным 2-4, причем минимальная величина этого предела соответствует канавке на вставке, примыкающей к колесу компрессора, а максимальная - к колесу турбины. Глубина канавки 17 со стороны колеса турбины может превышать глубину канавки со стороны колеса компрессора. Винтовые канавки 17 могут быть выполнены с симметричным и несимметричным профилем в поперечном сечении, а их стороны - как с радиальной, так и тангенциальной направленностью, с равномерной и переменной глубиной по длине вставки 8 и с равномерным и переменным шагом, причем величина последнего предпочтительно равны 5-56 мм, а минимальная величина предела соответствует канавке на вставке, примыкающей к колесу турбины, и максимальная - колесу компрессора.
Плавающие вставки 8 могут быть выполнены с применением металлокерамики или пористых металлов.
Для лучшего прохождения смазки из маслораспределительной полости 18 к винтовым канавкам предусмотрено направленное расширение канала подвода смазки - внутренняя торцевая поверхность 7 плавающей вставки 8 выполнена конической под углом 45-60o к оси ротора 12.
В процессе работы турбокомпрессора отработавшие газы из двигателя поступают в турбину и приводят во вращение колесо 15 турбины и колесо 14 компрессора. Ротор 12 вращаются в плавающих вставках 8. Частота вращения вставок составляет около половины частоты вращения вала ротора 12 и определяется величиной зазора между ротором и вставкой 8, геометрией вставок 5 и другими факторами. При этом относительные скорости вала ротора 12 и вставок 8 меньше, чем при выполнении подшипниковой втулки 5 вместе с опорами для ротора в виде цельной неподвижной конструкции. Выполнение плавающих вставок отдельными от подшипниковой втулки снижает механические потери.
Зазоры между наружной поверхностью плавающей вставки 8 и внутренней поверхностью 10 торцевых выемок 6, между корпусом 1 подшипников и сопряженной поверхностью подшипниковой втулки 5, а также полость, образованная винтовыми канавками 17, образуют масляные слои, к которым масло подводится через маслоподводящую магистраль 3 под давлением 0,05-0,35 МПа. Зазор между патрубком этой магистрали 3 и корпусом 1 подшипников допускает некоторое перемещение подшипниковой втулки 5 в корпусе 1 как в осевом, так и в радиальном направлении. Наличие зазора между корпусом 1 и втулкой 5 обеспечивает демпфирование втулки и высокую несущую способность подшипника.
Маслораспределительная полость 18 служит аккумулятором смазки, в особенности при резком увеличении частоты вращения ротора, например, на переходных режимах, внезапном понижении давления масла в подводящей магистрали, при изменении вязкости масла или при высокотемпературной эксплуатации.
Улучшенная смазка подшипников скольжения при оптимальной подаче его по оптимально расcчитанным, в основном горизонтально направленным каналам подвода к подшипникам снижает механические потери и повышает надежность работы турбокомпрессора.
Предлагаемое техническое решение является новым, имеющим изобретательский уровень и промышленно применимо в автотракторной промышленности.
Таким образом, использование предлагаемого турбокомпрессора с оптимально разработанным опорно-подшипниковым узлом позволит существенно улучшить смазку его подшипников и повысить надежность работы при любой нагрузке двигателя, даже в условиях его работы при высоких температурах окружающей среды и на переходных режимах.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ТУРБОКОМПРЕССОР | 2007 |
|
RU2339850C1 |
ТУРБОКОМПРЕССОР | 1992 |
|
RU2006681C1 |
Турбокомпрессор | 1982 |
|
SU1040200A1 |
Турбокомпрессор | 1990 |
|
SU1776885A1 |
ТУРБОКОМПРЕССОР НАДДУВА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2002 |
|
RU2224139C2 |
Турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания | 2020 |
|
RU2750220C1 |
ТУРБОКОМПРЕССОР | 2001 |
|
RU2216647C2 |
Подшипники вала турбокомпрессора | 2020 |
|
RU2744104C1 |
ТУРБОКОМПРЕССОР | 2001 |
|
RU2202052C2 |
ОПОРНЫЙ СЕГМЕНТНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ | 2016 |
|
RU2619408C1 |
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам, применяемым, например, для наддува двигателей внутреннего сгорания, в частности к подшипниковым узлам, выполненным в виде подшипников скольжения с плавающими втулками, и позволяет повысить надежность путем улучшения смазки подшипников. Это достигается тем, что подшипниковая втулка снабжена соосными выемками, размещенными в ее торцах, подшипники скольжения выполнены в виде отдельных плавающих вставок, сопряженных с зазором своими наружными поверхностями с внутренними поверхностями торцевых выемок, а каждая из наружных поверхностей вставок снабжена по меньшей мере одной винтовой канавкой, сообщенной с маслораспределительной полостью, плавающие вставки выполнены с наружными торцевыми фланцами, направления подъема винта канавок, размещенных на внутренних и наружных поверхностях одной плавающей вставки, совпадают, причем угол подъема винта канавки плавающей вставки, примыкающей к колесу турбины, ориентирован в направлении против часовой стрелки при любом направлении вращения ротора и угол подъема винта канавки плавающей вставки, примыкающей к колесу компрессора, ориентирован в направлении по часовой стрелке при любом направлении вращения ротора. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.
Турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания | 1989 |
|
SU1701955A1 |
ТУРБОКОМПРЕССОР | 1993 |
|
RU2034175C1 |
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР | 0 |
|
SU273364A1 |
US 4595340 А, 17.06.1986 | |||
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ОТАПЛИВАЕМОЕ ЗДАНИЕ С ТЕПЛИЦЕЙ | 2015 |
|
RU2606891C1 |
Авторы
Даты
2001-08-20—Публикация
2000-04-24—Подача