СПОСОБ СМАЗКИ ТУРБОАГРЕГАТА Российский патент 2001 года по МПК F01D25/20 F01M1/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам смазки узлов трения, и может быть использовано в нефтехимической промышленности, а также в судовой технике, где используются турбокомпрессорные агрегаты.

Известны способы смазки, вязкими минеральными маслами, где смазочная жидкость содержащаяся в маслобаке, движется через насосы, трубопроводы, фильтры, охладители (Гулин Е.Н. Справочник по горюче-смазочным материалам, Л., Судостроение, 1987, стр. 13-14). Данный способ смазки сложен и недостаточно надежен.

Наиболее близким способом смазки по назначению к заявленному изобретению является автономно-гравитационная система смазки подшипников турбокомпрессора (А. Д. Межерецкий. Турбокомпрессоры систем наддува дизелей, Л., Судостроение, 1986, стр. 26-27). Масло из сборной цистерны насосом нагнетается через фильтр и охладитель в напорную цистерну, установленную на значительной высоте выше уровня подшипников турбоагрегата. Из напорной цистерны масло по трубопроводу самотеком через фильтры подается к подшипникам, а затем стекает в сборную цистерну. Емкость напорной цистерны обеспечивает подачу достаточного количества масла в течение 25-30 мин после выхода из строя насоса.

Температура масла на входе в подшипник должна находиться в пределах 40-50^oC, на выходе - в пределах 45-55^oC. Максимальная температура масла на выходе не должна превышать 75^oC. Плотность масла для подшипников скольжения при 15^oC должна составлять 0,875 - 0,915 кг/м³, а вязкость при 50^oC - 25-41,5 мм²/с.

Данный способ смазки имеет ряд существенных недостатков
- использование в качестве смазывающей жидкости минерального масла, обладающего высокой вязкостью, приводит к большим потерям мощности на трение и требует установки охладителей для поддержания температурного режима в системе смазки;
- сложность способа за счет использования большого количества разнообразного оборудования и его значительные габариты, достигающие 5 - 9 м в высоту;
- сложность обслуживания;
- высокая металлоемкость оборудования, используемого в системе смазки.

Данный способ смазки имеет возможность модернизации с целью повышения надежности.

При создании изобретения ставилась задача повышения надежности, уменьшения потерь мощности на трение и упрощения способа смазки за счет перевода режима смазывания на маловязкие жидкости (МВЖ).

Поставленная задача решается тем, что способ смазки турбоагрегата осуществляют путем подачи маловязкой жидкости, находящейся в малогабаритной емкости, расположенной непосредственно под турбоагрегатом, через фильтр к насосному колесу, дополнительно установленному на одном валу с рабочими колесами турбоагрегата. Насосное колесо подает маловязкую жидкость на смазку подшипников скольжения, откуда МВЖ сливается в емкость.

Во избежание утечек МВЖ во время пуска и останова турбоагрегата подшипники скольжения снабжают уплотнительными элементами, что способствует рациональной организации движения МВЖ по системе с высоким уровнем экологичности.

Уплотнительные элементы изготавливают из антифрикционного материала, например фторопласта или его производных, что обеспечивает надежность способа смазки и повышает долговечность подшипников скольжения.

Использование для смазки МВЖ позволяет упростить схему движения смазочной жидкости в турбоагрегате и существенно снизить потери на трение. Заявленный способ позволяет перевести работу турбоагрегата на смазку маловязкими жидкостями с вязкостью, приближающейся к 1 мм²/с (вода, топливо, охлаждающие жидкости и др.), что приводит к снижению потерь мощности на трение в подшипниках скольжения в 10-15 раз, так как они пропорциональны вязкости смазочной жидкости.

Размещение емкости непосредственно под агрегатом обеспечивает нормальный слив МВЖ из подшипников скольжения, а также отбор МВЖ насосным колесом и подачу ее к подшипникам скольжения. Работа способа осуществляется при значительно меньшем количестве смазывающей жидкости, благодаря упрощению способа смазки и незначительным потерям на трение, и в результате отпадает необходимость использования больших габаритов цистерн и охладителей. В результате, способ может работать с малогабаритной емкостью, система становится компактной, уменьшается длина трубопровода, исключаются маслонасосы и т.д.

Подача МВЖ через фильтр к рабочему колесу, дополнительно установленному на одном валу с рабочими колесами турбоагрегата, позволяет рационально организовать движение смазочной жидкости и отказаться от использования отдельного насоса, нуждающегося в дополнительном приводе.

Поступление МВЖ на смазку подшипников скольжения, работающих на маловязких жидкостях, например, "Подшипниковое устройство", патент РФ N 2132980, 1999 г. , повышает надежность опор скольжения и существенно снижает коэффициент трения в подшипнике, что ведет к упрощению способа смазки турбоагрегата в целом.

Во время работы МВЖ поступает к уплотнительным элементам подшипников скольжения и разгерметизирует их, обеспечивая слив жидкости в емкость, в результате способ смазки турбоагрегата становится замкнутым.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема движения смазочной жидкости в системе смазки.

Способ смазки турбоагрегата осуществляется следующим образом. Из малогабаритной емкости 1 МВЖ поступает в фильтр 2. Емкость 1 расположена непосредственно под турбоагрегатом (на чертеже не обозначен) и подключена через всасывающий патрубок 3, по которому МВЖ поступает к насосному колесу 4, зафиксированному на одном валу с рабочими колесами турбоагрегата - компрессорным 5 и турбинным 6. Далее нагнетаемая МВЖ подается к подшипникам скольжения 7 и 8, снабженным уплотнительными элементами, изготовленными из фторопласта, после чего по патрубкам 9 и 10 сливается в малогабаритную емкость 1. Затем цикл смазки повторяется заново.

При подключении насосного колеса 4 к малогабаритной емкости 1 соединительные патрубки должны иметь как можно меньше поворотов, вентилей и другой вспомогательной арматуры, чтобы избежать увеличения сопротивлений всасывающих магистралей.

Во время стоянки турбоагрегата уплотнительные элементы (на чертеже не обозначены) подшипников скольжения 7 и 8 за счет воздействия специальных пружин (на чертеже не обозначены) прижимаются рабочими поверхностями к валу и герметизируют подшипники скольжения, и воспринимают действующую радиальную нагрузку от вала турбоагрегата.

При запуске наблюдается кратковременный процесс сухого трения в зоне контакта антифрикционного материала с валом и восприятие незначительной по величине осевой нагрузки. Одновременно с этим насосное колесо 4 забирает из малогабаритной емкости 1 через фильтр 2 и всасывающий патрубок 3 МВЖ и подает под избыточным давлением к подшипникам скольжения 7 и 8. При этом гидравлические силы воздействуют на торцовую поверхность уплотнительного элемента, который перемещается в осевом направлении, деформируется, освобождает вал от силового контакта и обеспечивает слив жидкости через сливные патрубки 9 и 10. Подшипники скольжения 7 и 8 начинают работать в режиме гидродинамической смазки на маловязкой жидкости, воспринимая рабочие осевую и радиальные нагрузки.

При остановке, по мере уменьшения частоты вращения вала, давление, развиваемое насосным колесом 4, падает и специальные пружины, действующие на уплотнительный элемент подшипников скольжения 7 и 8, преодолевают гидравлические силы. Уплотнительный элемент подшипников скольжения 7 и 8 перемещается в осевом направлении, деформируется и герметизирует подшипники скольжения 7 и 8.

Заявленный способ смазки турбоагрегата обладает следующими достоинствами:
- полностью отсутствует вероятность срыва несущего смазочного слоя в следствие загрязнения частицами износа деталей и нагара, топливом и продуктами его неполного сгорания;
- упрощается способ смазки, что уменьшает количество используемого оборудования и снижает металлоемкость и массогабаритные характеристики агрегата;
- при переходе на смазку МВЖ, в подшипниковых узлах понижается коэффициент трения, что повышает мощность турбокомпрессора по сравнению с агрегатами, имеющими обычные узлы трения.

Способ предназначен для смазки узлов трения и может быть использован в нефтехимической промышленности, а также в судовой технике, где используются турбокомпрессорные агрегаты. Способ смазки турбоагрегата осуществляют путем подачи маловязкой жидкости из емкости, расположенной непосредственно под турбоагрегатом, через фильтр к насосному колесу, дополнительно установленному на одном валу с рабочими колесами турбоагрегата, затем на смазку подшипников скольжения, после чего маловязкая жидкость сливается в емкость. Подшипники скольжения снабжают уплотнительными элементами, изготовленными из антифрикционного материала, которые обеспечивают герметизацию подшипника скольжения в период пуска и останова агрегата. Технический результат - повышение надежности турбоагрегата. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ смазки турбоагрегата путем подачи маловязкой жидкости из емкости, расположенной непосредственно под турбоагрегатом, через фильтр к насосному колесу, дополнительно установленному на одном валу с рабочими колесами турбоагрегата, затем на смазку подшипников скольжения, после чего маловязкая жидкость сливается в емкость. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подшипники скольжения снабжают уплотнительными элементами. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что уплотнительные элементы изготавливают из антифрикционного материала.