ТУРБОКОМПРЕССОР Российский патент 2012 года по МПК F04D25/00 F04D29/05 F04D29/56 F16C17/03 F02D37/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к турбокомпрессорам, применяемым для наддува автотракторных двигателей внутреннего сгорания.

Известен турбокомпрессор, содержащий корпус, ротор с рабочими колесами компрессора и турбины, внутри корпуса установлен втулочный радиальный подшипник. Втулка радиального подшипника выполнена составной, с размещенными по торцам плавающими вставками осевого подшипника скольжения. При этом торцевые поверхности втулки выполнены коническими, а каждая вставка - в виде двустороннего усеченного конуса. При этом конические поверхности образуют рабочие пояски осевого подшипника (патент РФ №2006681, МПК F04D 25/04, F02B 37/00, опубл. 30.01.94 г.).

Недостатком этого турбокомпрессора является использование конических поверхностей для восприятия осевых нагрузок. Это приводит к увеличению поверхности трения и, как следствие, увеличению потерь на трение. Кроме этого технологическая сложность изготовления для обеспечения требуемой точности осевой прецессии ротора ограничивают применение этого турбокомпрессора.

Известен турбокомпрессор (см., например, патент РФ №2172432, МПК F04D 27/00, F02B 37/00, от 24.04.2000 г.), содержащий корпус с улиточными элементами компрессора турбины, внутри корпуса установлены плавающие втулки радиальных подшипников с осевым подшипником скольжения, а также ротор с консольно установленными рабочими колесами компрессора и турбины. Осевой подшипник выполнен на цилиндрических буртиках плавающих втулок. Масло для смазки осевого подшипника поступает по зазорам плавающих втулок радиального подшипника.

Указанный турбокомпрессор не может обеспечить надежную работу осевого подшипника скольжения. Это связано с тем, что масло, проходя через радиальные подшипники, нагревается и «горячее» поступает на осевой подшипник скольжения. Из практики известно, что это приводит к выходу подшипника из строя.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является турбокомпрессор (см., например, патент РФ №101112, МПК F04D 29/00, от 09.08.2010 г.), содержащий корпус с магистралями подвода, слива масла, вал с рабочими колесами компрессора, турбины. Внутри корпуса установлен втулочный радиальный подшипник и односторонний осевой подшипник скольжения с основанием и диском пяты.

К недостаткам этого турбокомпрессора следует отнести:

- во-первых, плохой подвод масла в клиновидные зазоры радиального подшипника приводит к нарушению работоспособности этого подшипника;

- во-вторых, осевое усилие в процессе работы турбокомпрессора может изменять свое направление. Следовательно, при осевом усилии, направленном в сторону турбины, произойдет динамическое сопряжение диска пяты с торцем втулки радиального подшипника и, как следствие, выход турбокомпрессора из строя.

Задача изобретения - повышение работоспособности турбокомпрессора за счет улучшения работы радиальных подшипников скольжения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном турбокомпрессоре для двигателей внутреннего сгорания, содержащем корпус с магистралями подвода, слива масла, вал с рабочими колесами компрессора, турбины, радиальные подшипники и осевой подшипник скольжения с основаниями и диском пяты, со стороны рабочего колеса турбины установлен кольцевой элемент, образующий с основанием осевого подшипника цилиндрическую камеру, в которой размещены радиальные подшипники скольжения, выполненные из отдельных самоустанавливающихся сегментов с опорами качания, при этом в каждом сегменте выполнены аксиальные цилиндрические каналы, в которых с радиальными зазорами установлены дистанционирующие стержни, жестко связанные с основанием и кольцевым элементом.

На дистанционирующих стержнях могут быть выполнены сферические пояски, которые могут сопрягаться с каналами сегментов.

На внутренней поверхности кольцевого элемента может быть выполнена П-образная цилиндрическая проточка, связанная радиальными отверстиями со сливом масла.

Сущность технического решения поясняется чертежами.

На фиг.1 - продольный разрез предлагаемого турбокомпрессора.

На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

На фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1.

Турбокомпрессор содержит корпус 1, крышку 2, вал 3 с рабочими колесами 4, 5 соответственно компрессора и турбины. Внутри корпуса 1 установлен осевой подшипник скольжения с основаниями 6, 7 и диском пяты 8. Вал 3 вращается в радиальных подшипниках, состоящих из отдельных самоустанавливающихся сегментов 9, 10. Сегменты установлены в камере 11, которая образована основанием 7 и кольцевым элементом 12 и соединена отверстием 13 с напорной магистралью масла. Кольцевой элемент 12 имеет проточку 14, которая радиальными отверстиями 15 связана со сливом масла. Сегменты 9, 10 имеют опоры качания 16, 17 и аксиальные каналы 18, 19, в которых установлены дистанционирующие стержни 20. Стержни 20 жестко связаны с основанием 7 и кольцевым элементом 12 и могут иметь сферические пояски 21.

В процессе работы турбокомпрессора отработавшие газы из двигателя поступают в турбину и приводят во вращение колесо 5 турбины и колесо 4 компрессора. Вал 3 вращается в радиальных подшипниках и взаимодействует с рабочими поверхностями сегментов 9, 10. При этом сегменты поворачиваются на опорах качания 16, 17 с образованием клинового зазора, в который вращающимся валом затягивается масло, с образованием гидродинамического клина. Гидродинамический клин разделяет контактирующие рабочие поверхности вала и сегментов несущей масляной пленкой, которая обеспечивает длительную работоспособность радиальных подшипников. Масло из напорной магистрали поступает через отверстие 13 в камеру 11 и далее через проточку 14 отверстия 15 сливается в магистраль слива масла. Стержни 20 дистанционируют сегменты 9, 10 относительно друг друга, обеспечивая оптимальные условия для образования гидродинамического клина. Возникающие в процессе работы осевые усилия воспринимаются через диск пяты 8 основаниями 6, 7 осевого подшипника скольжения.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам, например, для наддува двигателей внутреннего сгорания, в частности к радиальным подшипникам скольжения, и позволяет при его использовании повысить КПД путем улучшения работы радиальных подшипников скольжения. Указанный технический результат достигается в турбокомпрессоре для двигателей внутреннего сгорания, содержащем корпус с магистралями подвода, слива масла, вал с рабочими колесами компрессора, турбины, радиальные подшипники и осевой подшипник скольжения с основаниями и диском пяты, причем со стороны рабочего колеса турбины установлен кольцевой элемент, образующий с основанием осевого подшипника цилиндрическую камеру, в которой размещены радиальные подшипники скольжения, выполненные из отдельных самоустанавливающихся сегментов с опорами качения, при этом в каждом сегменте выполнены аксиальные цилиндрические каналы, в которых с радиальными зазорами установлены дистанционирующие стержни, жестко связанные с основанием и кольцевым элементом. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Турбокомпрессор для двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус с магистралями подвода, слива масла, вал с рабочими колесами компрессора, турбины, радиальные подшипники и осевой подшипник скольжения с основаниями и диском пяты, отличающийся тем, что со стороны рабочего колеса турбины установлен кольцевой элемент, образующий с основанием осевого подшипника цилиндрическую камеру, в которой размещены радиальные подшипники скольжения, выполненные из отдельных самоустанавливающихся сегментов с опорами качения, при этом в каждом сегменте выполнены аксиальные цилиндрические каналы, в которых с радиальными зазорами установлены дистанционирующие стержни, жестко связанные с основанием и кольцевым элементом.

2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что на дистанционирующих стержнях выполнены сферические пояски, которые могут сопрягаться с каналами сегментов.

3. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности кольцевого элемента выполнена П-образная цилиндрическая проточка, связанная радиальными отверстиями со сливом масла.