СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ТУРБОКОМПРЕССОРА Российский патент 2006 года по МПК F04D29/04 

Изобретение относится к агрегатам турбонаддува двигателей внутреннего сгорания, а именно к системам уплотнений подшипниковых узлов турбонаддувных агрегатов, которые могут использоваться как со стороны компрессорного узла, так и со стороны турбины и предназначены для защиты проточных полостей компрессора и турбины, а следовательно, и двигателя внутреннего сгорания от попадания масла.

Известна система уплотнений турбокомпрессора, имеющего ротор, крышки, компрессорное и турбинное колеса, установленные с зазором относительно торцов корпуса подшипниковых узлов, содержащая съемную втулку кольцедержателя, не менее одного разрезного подпружиненного уплотнительного кольца (А.Э. Симон, В.Н. Каминский и др. «Турбонаддув высокооборотных дизелей». - М.: Машиностроение, 1976, стр.189-204). Недостатком данной разработки является недостаточная надежность защиты проточной полости компрессора и турбины от попадания масла.

Технической задачей является предотвращение попадания масла после уплотнительных колец в проточные полости компрессора и турбины, отвести основную массу утечек в магистраль слива масла из турбокомпрессора.

Данная задача решается за счет системы уплотнений подшипниковых узлов турбокомпрессора, преимущественно со стороны компрессорной ступени, содержащего ротор, крышки, турбинное и компрессорное колеса, установленные с зазором относительно торцов корпуса подшипникового узла, содержащей съемную втулку-кольцедержатель, не менее одного разрезного пружинящего уплотнительного кольца, полость, образованную зазором между тыльной стороной колеса и торцом корпуса подшипникового узла, соединенную посредством радиальной щелевой полости с замкнутым кольцевым маслосборником, имеющим поднутрение, направленное в сторону ротора.

Радиальная щелевая полость образована внутренней стороной крышки и торцом подшипникового узла. Замкнутый кольцевой маслосборник расположен на периферийной части торцовой поверхности корпуса подшипниковых узлов, соединен в нижней точке посредством отверстия с патрубком слива масла. Размеры замкнутого кольцевого маслосборника являются расчетными и зависят от величины зазора. Кольцевой маслосборник может быть расположен не только со стороны компрессора, но и со стороны турбины. Оптимальные размеры замкнутого кольцевого маслосборника находятся в следующей зависимости:

D₁=(1,1÷1,2)D_К; t=(5÷6)b; L=(2÷2,5)b; М=(4÷4,5)b,

где D₁ - наружный диаметр щелевой радиальной полости в корпусе подшипниковых узлов;

D_К - диаметр колеса компрессора (колеса турбины);

b - величина зазора;

t - ширина замкнутого кольцевого маслосборника;

L - глубина поднутрения замкнутого кольцевого маслосборника;

М - высота замкнутого кольцевого маслосборника.

Рассматриваемый тип уплотнений сочетает принципы действия лабиринтных и торцовых уплотнений. Качество уплотнений в практике производства турбонаддувных агрегатов определяют по нормированному показателю утечки масла, который для вновь изготовляемых уплотнительных колец не должен превышать Q_ут≤0,17 см³/мин. По мере износа уплотнений утечка масла возрастает, особенно со стороны компрессора, где в зоне уплотнений давление воздуха всегда ниже атмосферного и масло подсасывается компрессором. Для турбинной ступени утечка масла увеличивается менее интенсивно, чем со стороны компрессора, из-за избыточного давления (подпора) выхлопных газов в зоне уплотнений.

На чертеже изображен турбокомпрессор в разрезе. Турбокомпрессор имеет компрессорное колесо 1, турбинное колесо 2, крышку 3, маслоотражательную крышку 4, ротор 5. Система уплотнений содержит съемную втулку-кольцедержатель 6, разрезные пружинящие уплотнительные кольца 7. Колесо 1 компрессора установлено с зазором относительно торца корпуса 8 подшипникового узла, образуя полость 9, соединенную посредством радиальной щелевой полости 10, образованной внутренней поверхностью крышки 11 и торцовой поверхностью корпуса 8 подшипниковых узлов, с замкнутым кольцевым маслосборником 12, расположенным на периферийной части торцовой поверхности корпуса 8 подшипниковых узлов. Кольцевой замкнутый маслосборник 12 имеет поднутрение, направленное в сторону ротора 5, и соединен в нижней части посредством отверстия 13 с патрубком слива масла (не показано). Размеры кольцевого замкнутого маслосборника являются расчетными и зависят от величины зазора (b).

D₁=(1,1÷1,2)D_К; t=(5÷6)b; L=(2÷2,5)b;

h=(1,1÷1,2)b; М=(4÷4,5)b,

где D₁ - наружный диаметр щелевой радиальной полости;

D_К - диаметр колеса компрессора (колеса турбины);

b - величина зазора;

t - ширина замкнутого кольцевого маслосборника;

L - глубина поднутрения замкнутого кольцевого маслосборника;

М - высота замкнутого кольцевого маслосборника.

Система уплотнений подшипниковых узлов турбокомпрессора работает следующим образом. Утечки масла после разрезных пружинящих уплотнительных колец 7 попадают в полость 9, образованную зазором между тыльной стороной компрессорного колеса 1 и торцом корпуса 8 подшипникового узла, смешиваются с воздушным потоком и в виде масловоздушной взвеси за счет центробежных сил перемещаются к периферии колеса 1 компрессора и далее через радиально щелевую полость 10 на высоте D₁ попадают в замкнутый кольцевой маслосборник 12, в котором за счет разницы удельных масс масла и воздуха, а также вихревого движения происходит сепарация масла. Стекая по стенкам в замкнутой кольцевой полости маслосборника 12 в нижнюю часть, масло через отверстие 13 отводится в патрубок слива масла (не показано).

Таким образом, такая система уплотнений подшипниковых узлов турбокомпрессора обеспечивает существенное повышение эффективности разрезных пружинящих уплотнительных колец 6, предотвращая попадание масла в проточные полости компрессора и турбины, увеличивает ресурс работы уплотнительных узлов, улучшает работу двигателя.

Изобретение относится к агрегатам системы наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания карбюраторных и дизельных, а именно к системам уплотнений подшипниковых узлов турбонаддувных агрегатов. Данное техническое решение позволяет обеспечить повышение эффективности уплотнительных колец, предотвратить попадание масла в проточные полости компрессора и турбины, увеличить ресурс работы уплотнительных узлов. Система уплотнений подшипниковых узлов турбокомпрессора, имеющего турбинное и компрессорные колеса, ротор, крышку, содержит втулку-кольцедержатель, не менее одного уплотнительного кольца, кольцевой замкнутый маслосборник, расположенный на торце корпуса подшипниковых узлов и соединенный с полостью, образованной тыльной стороной колеса внутренней стороной крышки и торцевой поверхностью корпуса подшипниковых узлов. Замкнутый кольцевой маслосборник имеет поднутрение, направленное в сторону ротора, размеры маслосборника расчетные и зависят от величины зазора между колесами турбины и компрессора и торцом корпуса подшипниковых узлов. Маслосборник располагается не только со стороны компрессора, но и со стороны турбины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система уплотнений подшипниковых узлов турбокомпрессора, преимущественно со стороны компрессорной ступени, имеющего турбинное и компрессорное колеса, установленные с зазором относительно торцов корпуса подшипниковых узлов, крышку, ротор, содержащая съемную втулку-кольцедержатель, не менее одного разрезного пружинящего уплотнительного кольца, отличающаяся тем, что полость, образованная зазором между тыльной поверхностью рабочего колеса компрессора и торцом корпуса подшипниковых узлов, соединена посредством радиальной щелевой полости, образованной внутренней поверхностью крышки и торцом корпуса подшипниковых узлов с замкнутым кольцевым маслосборником, расположенным на периферийной части торцовой поверхности корпуса подшипниковых узлов, имеющего поднутрение в сторону ротора и соединенного в нижней точке посредством отверстия с патрубком слива масла, размеры замкнутого кольцевого маслосборника являются расчетными и зависят от величины зазора.2. Система уплотнений подшипниковых узлов турбокомпрессора по п.1, отличающаяся тем, что замкнутый кольцевой маслосборник расположен не только со стороны компрессора, но и со стороны турбины.3. Система уплотнений подшипниковых узлов турбокомпрессора по п.1, отличающаяся тем, что оптимальные размеры замкнутого кольцевого маслосборника находятся в следующей зависимости:

D₁=(1,1÷1,2)DK; t=(5÷6)b; L=(2÷2,5)b; М=(4÷4,5)b,

где D1 - наружный диаметр щелевой радиальной полости в корпусе подшипниковых узлов;

D_K - диаметр колеса компрессора (колеса турбины);

b - величина зазора;

t - ширина замкнутого кольцевого маслосборника;

L - глубина поднутрения замкнутого кольцевого маслосборника;

М - высота замкнутого кольцевого маслосборника