ТУРБОКОМПРЕССОР Российский патент 2021 года по МПК F02C3/00 

Изобретение относится к конструкции турбокомпрессора, т.е. энергетической машине, позволяющей использовать свою кинетическую энергию для нагнетания воздуха, топливовоздушной смеси с целью последующего его использования в нужном устройстве. Поэтому турбонаддув сегодня все шире применяется в двигателестроении.

При работе турбокомпрессора его рабочий вал испытывает осевые и радиальные нагрузки. Последние воспринимают опорные подшипники скольжения. Для образования эффективной и прочной масляной пленки в подшипниках существуют строго определенные зазоры, обычно в несколько сотых долей миллиметра. Зазоры существуют как между ротором и втулкой, так и между втулкой и корпусом. В сумме эти зазоры дают вполне ощутимый люфт, особенно если турбокомпрессор находится в «сухом» состоянии. Это может сбить с толку человека, не имеющего представления об особенностях конструкции турбокомпрессора. Указанные зазоры являются необходимым условием правильной работы турбокомпрессора.

Дело в том, что в процессе работы турбокомпрессора к его подшипниковому узлу под давлением подается масло, которое в зазорах образует масляную пленку. Прочность этой пленки в нормальных условиях достаточно велика, ее наличие убирает радиальный люфт и центрирует ротор. Таким образом, исключен непосредственный контакт металлических поверхностей вне зависимости от режима работы агрегата - все как бы плавает в масляной ванне. Кроме собственно смазывающих функций масляная пленка выполняет функции восприятия и компенсации радиальных нагрузок (между ротором и втулкой) и демпфирования (между втулкой и корпусом турбокомпрессора). Еще одна функция системы смазки турбокомпрессора - охлаждающая. При этом охлаждается ротор турбины и корпус, в основном на турбинной стороне.

Целью заявленного изобретения является модернизация конструкции стандартного турбокомпрессора.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является решение RU 25908 U1, 27.10.2002, раскрывающее турбокомпрессор, содержащий средний, турбинный и компрессорный корпуса, 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.

Данное решение имеет существенные недостатки, а именно то, что масло из отверстия для слива попадает обратно в емкость для его хранения и подачи. Таким образом, энергия от движения масла не задействуется устройством, а для подачи масла используется дополнительно помпа, требующая расхода энергии и увеличение комплектующих в устройстве.

В основу предложенного изобретения поставлена задача модернизировать конструкцию стандартного турбокомпрессора: создать систему нагнетания и слива масла для его направления в заданный механизм для выполнения какой-либо работы.

Техническим результатом является оснащение компрессора системой пассивной подачи масла, т.е. получение пассивного маслонасоса, не требующего применение дополнительной помпы, либо существенно снизить при ее использовании мощность.

Данный результат достигается тем, что турбокомпрессор, содержащий средний, турбинный и компрессорный корпуса, при этом средний корпус включает маслоподающий канал, переходящий в полости подвода масла, имеет осевое отверстие, в котором на противоположных сторонах с зазором располагается пара подшипников, между подшипниками установлена втулка, имеющая, как минимум, пару маслоотводящих отверстий, проходящих под углом к оси втулки и переходящих в канал нагнетания масла, при этом через осевое отверстие втулки проходит вал, имеющий в области втулки в местах подвода и отвода масла пару блоков спиральных винтовых каналов, закрученных в сторону маслоотводящих отверстий.

В частном случае исполнения тело подшипника(ов) имеет как минимум один канал, по которому поступает масло, дополнительно создавая масляную пленку, в особенности между поверхностями подшипника и вала.

В качестве подшипников использованы подшипники скольжения.

Далее, принцип работы устройства будет описан с учетом чертежей, где на фиг. 1 изображен один из возможных вариантов турбокомпрессор с маслонасосом.

Турбокомпрессор, содержит средний 1, турбинный 2 и компрессорный 3 корпуса, при этом турбинный 2 и компрессорный 3 корпуса не являются предметом данного изобретения и не претерпевают каких-либо конструктивных изменений по-сравнению с известными. При этом средний корпус 1 включает маслоподающий канал 4, по которому масло попадает из маслоподающей емкости 10 в полости 5 подвода масла. Также средний корпус 1 имеет осевое отверстие (не обозначено позицией на чертеже), в котором на противоположных сторонах с зазором располагается пара подшипников 6.

В частном случае исполнения в подшипниках 6 выполнены маслопроводящие каналы, по которым поступает масло, дополнительно создавая масляную пленку, в особенности между поверхностями подшипника и вала.

Между подшипниками 6 установлена втулка 7, имеющая пару маслоотводящих отверстий, проходящих под углом к оси втулки и переходящих в канал 8 нагнетания масла, при этом через осевое отверстие втулки проходит вал 9, имеющий в области втулки 7, в местах подвода и отвода масла, пару блоков спиральных винтовых каналов 11, закрученных в сторону маслоотводящих отверстий.

Канал 8 нагнетания масла через трубопровод соединен с маслоподающей емкостью 10. Краткое описание чертежей:

Фиг. 1 схематичное изображение турбокомпрессора с маслонасосом.

Краткое описание конструктивных элементов:

1 - средний корпус;

2 - турбинный корпус;

3 - компрессорный корпус;

4 - маслоподающий канал;

5 - полость подвода масла;

6 - подшипник;

7 - втулка;

8 - отводящий канал;

9 - вал;

10 - маслоподающая емкость;

11 - блок спиральных винтовых каналов.

Принцип работы предложенного турбокомпрессора следующий.

Из маслоподающей емкости 10 масло через маслоподающий канал 4 преимущественно самотеком поступает в полости 5 подвода масла. Далее масло попадает в осевое отверстие среднего корпуса 1 с противоположных сторон и проходит через зазоры в подшипниках 6, либо, через зазоры в подшипниках и специальные каналы в подшипниках 6. Далее, масло попадает в зону втулки 7. В данной зоне также проходит вал 9. Вал 9 имеет пару блоков спиральных винтовых каналов 11, выполненных по типу шнеков, закрученных к центру, т.е. в сторону маслоотводящих отверстий. Посредством указанного вала 9, который работает на высоких оборотах, и блоков спиральных винтовых каналов 11 происходит активное нагнетание масла через маслоотводящие отверстия в отводящий канал 8 нагнетания масла. Наличие, как минимум, двух маслоотводящих отверстий, проходящих под углом к оси втулки, обеспечивает достаточную проходную способность для масла с каждой из сторон подвода масла. Посредством созданного давления масло по патрубкам, выходящим из канала 8 нагнетания масла, перемещается либо в механизм для выполнения какой-либо работы и/или в механизм, который нуждается в смазке, например в гидромотор (на чертеже не показан), либо нагнетается в маслоподающую емкость 10, из которой масло вновь начинает свое движение и поступает в маслоподающий канал 4 турбокомпрессора, и опять осуществляется его подача в узлы турбокомпрессора. Таким образом, данный цикл повторяется.

Таким образом, созданная модернизированная конструкция турбокомпрессора с образованной системой нагнетания под давлением и слива масла позволяет направить его (масло) в заданный механизм для выполнения какой-либо работы или в емкость для подачи масла. Таким образом, предложенный турбокомпрессор с системой пассивной подачи масла (пассивный маслонасос) не требует применение дополнительной помпы для перекачки масла, либо при ее использовании, позволяет существенно снизить ее мощность.

Изобретение относится к конструкции турбокомпрессора, т.е. энергетической машине, позволяющей использовать свою кинетическую энергию для нагнетания воздуха, топливовоздушной смеси с целью последующего его использования в нужном устройстве. Техническим результатом является оснащение компрессора системой пассивной подачи масла, т.е. получение пассивного маслонасоса, не требующего применение дополнительной помпы, либо существенно снизить при ее использовании мощность. Данный результат достигается тем, что турбокомпрессор содержит средний, турбинный и компрессорный корпуса, характеризующийся тем, что средний корпус включает маслоподающий канал, переходящий в полости подвода масла, имеет осевое отверстие, в котором на противоположных сторонах с зазором располагается пара подшипников, между подшипниками установлена втулка, имеющая как минимум пару маслоотводящих отверстий, проходящих под углом к ее оси и переходящих в канал нагнетания масла, при этом через осевое отверстие втулки проходит вал, который в области втулки в местах подвода и отвода масла имеет пару блоков спиральных винтовых каналов, закрученных в сторону маслоотводящих отверстий. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Турбокомпрессор, содержащий средний, турбинный и компрессорный корпуса, средний корпус включает маслоподающий канал и отводящий канал нагнетания масла, имеет вал с парой подшипников в осевом отверстии, характеризующийся тем, что маслоподающий канал переходит в полости подвода масла, пара подшипников установлена с зазором, вал между подшипниками имеет втулку как минимум с парой маслоотводящих отверстий, выполненных под углом к оси втулки и переходящих в отводящий канал нагнетания масла, вал, имеющий в области втулки в местах подвода и отвода масла пару блоков спиральных винтовых каналов, закрученных в сторону маслоотводящих отверстий.

2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что тело подшипника имеет маслопроводящие каналы.

3. Турбокомпрессор по пп.1, 2, отличающийся тем, что в качестве подшипников использованы подшипники скольжения.

4. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что отводящий канал соединен с гидромотором или с маслоподающей емкостью.