ТУРБОКОМПРЕССОР НАДДУВА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F04D25/04 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в турбокомпрессорной технике наддува дизельных двигателей, применительно в подшипниковых узлах.

Известен турбокомпрессор наддува дизельного двигателя, содержащий ротор с колесами компрессора и турбины, расположенными в соответствующих корпусах, и средний корпус с подшипниковыми втулками в виде стакана и плавающими вставками [1]. Торцовые поверхности втулок и вставок выполнены коническими, что улучшает условия их смазки на переходных режимах работы турбокомпрессора.

Недостаток известного устройства состоит в том, что большая площадь конических сопряженных поверхностей увеличивает механические потери турбокомпрессора и снижает его производительность.

Наиболее близким известным техническим решением в качестве прототипа является турбокомпрессор наддува дизельного двигателя, содержащий средний, турбинный и компрессорный корпусы, две втулки вращения, упорный подшипник и ротор с упорными шайбами и с турбинным и компрессорным колесами, вал которого свободно входит во внутренние отверстия втулок вращения, рабочие поверхности упорного подшипника обращены к соответствующим упорным шайбам, две втулки вращения и упорный подшипник установлены в среднем корпусе, в котором выполнены отверстия подачи и слива масла, в средней части каждой втулки вращения выполнена кольцевая канавка с радиальными отверстиями, равномерно распределенными по окружности [2] . Через отверстия подачи масла среднего корпуса нагнетается масло, которое вначале заполняет пространство между внутренней поверхностью среднего корпуса и наружной поверхностью втулки вращения и далее масло заполняет через радиальные отверстия втулок вращения пространство между внутренней поверхностью втулок вращения и наружной поверхностью вала ротора турбокомпрессора. Таким образом, каждая втулка вращения выполняет функцию плавающего в масле подшипника скольжения, что обеспечивает необходимую скорость вращения вала ротора турбокомпрессора.

Недостаток прототипа состоит в том, что при незначительном изменении давления подводимого масла резко меняется тангенциальная составляющая потока масла во внутренней полости втулки вращения, так как масло направляется в полость втулки вращения в радиальном направлении и под действием центробежных сил часть раскрученного масла устремляется обратно из полости втулки вращения. Изменение тангенциальной составляющей потока масла нежелательно изменяет скорость вращения втулки, что приводит к большим механическим потерям в плавающем подшипнике скольжения и снижению производительности и ресурса турбокомпрессора.

Целью изобретения является повышение производительности и ресурса турбокомпрессора за счет уменьшения механических потерь в плавающем подшипнике скольжения.

Сущность изобретения состоит в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: среднего, турбинного и компрессорного корпусов, двух втулок вращения, упорного подшипника и ротора с упорными шайбами и с турбинным и компрессорным колесами, вал которого свободно входит во внутренние отверстия втулок вращения, рабочие поверхности упорного подшипника обращены к соответствующим упорным шайбам, две втулки вращения и упорный подшипник установлены в среднем корпусе, в котором выполнены отверстия подачи и слива масла, в средней части каждой втулки вращения выполнена кольцевая канавка с радиальными отверстиями, равномерно распределенными по окружности, в предлагаемом турбокомпрессоре наддува дизельного двигателя отверстия в кольцевой канавке каждой втулки вращения выполнены под углом 30-60^o к радиальному направлению в сторону вращения вала ротора турбокомпрессора.

Новизна изобретения состоит в том, что отверстия в кольцевой канавке каждой втулки вращения выполнены под углом 30-60^o к радиальному направлению в сторону вращения вала ротора турбокомпрессора, что обеспечивает повышение производительности и ресурса турбокомпрессора за счет уменьшения механических потерь в плавающем подшипнике скольжения.

Общий вид турбокомпрессора наддува дизельного двигателя представлен на фиг. 1. Поперечное сечение кольцевой канавки втулки вращения (плавающего подшипника скольжения), поясняющее принцип работы заявляемого изобретения, изображено на фиг.2. На фиг.1 и фиг.2 обозначено:
1 - втулки вращения;
2 - упорный подшипник;
3 - корпус компрессора;
4 - отверстие для подачи масла;
5 - средний корпус;
6 - вал ротора турбокомпрессора;
7 - корпус турбины;
8 и 9 - полости для масла;
10 - наклонные радиальные отверстия;
11 - отверстие для подвода масла к втулке вращения;
12 - кольцевая канавка;
13 и 14 - направления вращения втулки и ротора турбокомпрессора.

В исходном положении втулки вращения 1 и упорный подшипник 2 погружены в масле. Корпус компрессора 3 выполнен в виде улитки. Отверстие 4 в среднем корпусе 5 соединено с магистралью подачи масла. Вал 6 ротора турбокомпрессора жестко соединен с упорными шайбами и с рабочими колесами турбины и компрессора. Корпус турбины 7 содержит фланец для крепления к выпускному коллектору отработавших газов дизельного двигателя. Концентрические полости 8 и 9 заполнены маслом. Наклонные радиальные отверстия 10 выполнены под углом 30-60^o в направлении вращения ротора 6 и равномерно распределены вдоль поверхности втулки вращения 1. Отверстие 11 выполнено для подвода масла к кольцевой канавке 12. Втулка вращения 1 и вал ротора 6 вращаются в согласованных направлениях 13 и 14.

Предлагаемый турбокомпрессор наддува дизельного двигателя работает следующим образом.

Выхлопные газы дизельного двигателя известным образом направляются на лопатки рабочего колеса, установленного в корпусе 7 турбины, раскручивая ее. Так как на одном валу ротора 6 турбины установлено в корпусе 3 колесо с лопатками компрессора, то компрессор нагнетает атмосферный воздух для подачи его в рабочие полости камер сгорания цилиндров дизельного двигателя.

В качестве плавающих подшипников скольжения в предлагаемом турбокомпрессоре используются две втулки вращения 1, которые свободно размещены во внутренней полости среднего корпуса 5 турбокомпрессора, образуя полость 9 для масла, в которой вращается втулка 1 в направлении 13. Скорость вращения втулки 1 примерно в два раза меньше скорости вращения вала ротора 6.

Так как в предлагаемом турбокомпрессоре наклонные радиальные отверстия 10 выполнены под углом в направлении вращения 13 вала ротора 6, то при возможных вариациях давления подводимого масла радиальная составляющая центробежной силы выталкивания масла из полости 8 уменьшается на 20-28% за счет увеличения тангенциальной составляющей потока подводимого масла на соответствующую величину, пропорциональную cos(60...30^o). Это обеспечивает равномерное вращение втулки 1 и уменьшение механических потерь плавающего подшипника скольжения. Увеличение угла наклона радиальных отверстий 10 более, чем на 60^o является не рациональным, так как увеличиваются потери давления масла в подшипниках скольжения за счет увеличения длины наклонных радиальных отверстий 10.

Промышленная осуществимость предлагаемого турбокомпрессора наддува дизельного двигателя обосновывается тем, что в нем используются известные в аналоге [1] и прототипе [2] типовые узлы и элементы по своему прямому функциональному назначению [3]. Заявляемый турбокомпрессор серийно выпускается с 2001 г. в Обществе с ограниченной ответственностью "Сервис-Турбо", п.Новый Быт Чеховского района, Московская область.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что повышается производительность и ресурс турбокомпрессора за счет уменьшения механических потерь в плавающем подшипнике скольжения на величину, пропорциональную тангенциальной составляющей потока нагнетаемого масла, примерно на 20-28%.

Литература:
1. Патент Российской Федерации 2006681, МПК F 04 D 25/04, F 02 B 37/00, приоритет 30.01.94 г.(аналог).

2. Лямцев Б. Ф. , Микеров Л.Е. Турбокомпрессоры для наддува двигателей внутреннего сгорания. Теория, конструкция и расчет: Учебное пособие / Ярославский Гос. техн. ун-т-Ярославль, 1995г., с.25 (прототип).

3. Macinmes П. , Johnston A.E. Comparison of power loss between full floating and semi-floating turbocharger bearing, C46/82 Conference publication "Turbocharging and turbochargers". Institution of Mechanical Engineers, London, 1982.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в турбокомпрессорной технике наддува дизельных двигателей, применительно в подшипниковых узлах. Турбокомпрессор наддува дизельного двигателя содержит средний, турбинный и компрессорный корпусы, две втулки вращения, упорный подшипник и ротор с упорными шайбами и с турбинным и компрессорным колесами, вал которого свободно входит во внутренние отверстия втулок вращения, рабочие поверхности упорного подшипника обращены к соответствующим упорным шайбам, в средней части каждой втулки вращения выполнена кольцевая канавка (фиг. 2) с наклонными радиальными отверстиями под углом 30-60^o к радиальному направлению в сторону вращения вала ротора турбокомпрессора и равномерно распределенными по окружности кольцевой канавки, что обеспечивает повышение производительности и ресурса турбокомпрессора. 2 ил.

Турбокомпрессор наддува дизельного двигателя, содержащий средний, турбинный и компрессорный корпусы, две втулки вращения, упорный подшипник и ротор с упорными шайбами и с турбинным и компрессорным колесами, вал которого свободно входит во внутренние отверстия втулок вращения, рабочие поверхности упорного подшипника обращены к соответствующим упорным шайбам, две втулки вращения и упорный подшипник установлены в среднем корпусе, в котором выполнены отверстия подачи и слива масла, в средней части каждой втулки вращения выполнена кольцевая канавка с радиальными отверстиями, равномерно распределенными по окружности, отличающийся тем, что отверстия в кольцевой канавке каждой втулки вращения выполнены под углом 30-60° к радиальному направлению в сторону вращения вала ротора турбокомпрессора.