ТУРБОКОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к турбокомпрессорам (ТКР), применяемым для наддува двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а именно к конструкции их подшипниковых узлов.
Известен турбокомпрессор, содержащий ротор с колесами компрессора и турбины, расположенными в корпусах, и размещенную в среднем корпусе зафиксированную от поворота подшипниковую втулку (моновтулку), выполненную составной в виде стакана и размещенных в нем по торцам плавающих вставок, образующих опорные пояски для ротора (RU 2006681, F04D 25/04, F02B 37/00, заявл. 17.01.1982, опубл. 30.01.1994). Торцевые поверхности стакана выполнены коническими, а каждая вставка - в виде двустороннего усеченного конуса, при этом опорные пояски образованы коническими поверхностями вставок. Однако использование конической конструкции плавающих втулок приводит к увеличению поверхностей трения, что ведет к увеличению потерь мощности на трение. В то же время, высокая трудоемкость изготовления конических втулок не обеспечивает заданную точность установочных зазоров всего трибосопряжения.
Известен турбокомпрессор, например для двигателя внутреннего сгорания, содержащий ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в статоре с зазором зафиксированную от поворота подшипниковую втулку (SU 1040200, F02B 37/00, F02B 39/14, заявл. 25.06.83, опубл. 07.09.1983). Для повышения надежности путем улучшения смазки на переходных режимах втулка снабжена примыкающими к ее торцам опорными поясками для ротора и заключенной между ними полостью, сообщенной с магистралью подачи смазки. Подшипниковая втулка выполнена составной в виде стакана и размещенных в нем по торцам плавающих вставок, образующих опорные пояски для ротора. Недостатком этой конструкции является наличие у плавающих вставок торцевых поверхностей, на которые действует давление подачи. Это приводит к их перемещениям в осевом направлении, быстрому износу торцев и к увеличению осевого люфта в процессе эксплуатации, что уменьшает ресурс турбокомпрессора.
Наиболее близким к заявляемому является турбокомпрессор, например для двигателя внутреннего сгорания, содержащий ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в корпусе плавающую невращающуюся моновтулку, снабженную по торцам опорными поясками (RU 57848, F04D 25/04, F02B 37/00, заявл. 26.05.2006, опубл. 26.05.2006 - прототип). В корпусе выполнены входные каналы для подвода смазки в окружные канавки на наружной поверхности в окружные канавки на наружной поверхности опорных поясков. По торцам моновтулки расположены две вращающиеся вставки в виде втулок, в каждой из которых выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные отверстия. Кроме того, на части внутренней поверхности моновтулки выполнены сегментные канавки на дуге протяженностью 75°. Конструкция подшипникового узла, содержащего моновтулку и две вращающиеся вставки, образует три смазочных слоя, что значительно увеличивает расход смазки.
Все известные конструкции моновтулок с двумя опорными поясками для ротора турбокомпрессора, в том числе и прототип, выполняются с соединяющей их массивной средней частью. Такая конструкция снижает податливость моновтулки, и не обеспечивает гибкого перемещения опорных поясков относительно друг друга, что не позволяет отслеживать ими гибких перемещений ротора.
В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в повышении надежности подшипникового узла путем уменьшения массы плавающей невращающейся моновтулки, снижения потерь на трение, обеспечение устойчивого движения элементов ротора, снижение вибраций турбокомпрессора.
Указанная задача решается тем, что турбокомпрессор, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащий ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в корпусе с входными каналами плавающую невращающуюся моновтулку, снабженную по торцам опорными поясками, на наружной поверхности которых выполнены окружные канавки, совмещенные с указанными входными каналами, характеризуется тем, что моновтулка установлена непосредственно на роторе, средняя часть моновтулки между опорными поясками имеет толщину стенки, равную 0,2-0,3 толщины опорного пояска, при этом в средней части моновтулки выполнено 6-8 равномерно расположенных сквозных отверстий диаметром 8-12 мм, кроме того в каждом из опорных поясков в окружных канавках выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные отверстия, а на части внутренней поверхности каждого опорного пояска со стороны входных каналов выполнены сегментные канавки на дуге протяженностью 75-120°.
Особенность полезной модели в том, что средняя часть моновтулки с пониженной массой за счет тонкой стенки и наличием в ней нескольких отверстий, обеспечивает податливость моновтулки и возможность гибкого перемещения левого и правого опорных поясков относительно друг друга и отслеживания ими гибких перемещений ротора. Еще одной особенностью полезной модели является то, что на верхних частях внутренних рабочих поверхностей моновтулки со стороны входных каналов расположены радиальные частичные (сегментные) канавки для равномерной подачи смазки во внутренний смазочный слой. Применение такой сегментной канавки в ненагруженной области смазочного слоя, где не возникает существенных гидродинамических давлений, позволяет сохранить максимальной полезную площадь гидродинамического слоя, тем самым, повышая его несущую способность и виброустойчивость, при этом не ухудшая снабжения смазочным материалом.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 - дана схема турбокомпрессора; на фиг.2 - дана схема движения смазки в подшипнике; на фиг.3 - вид по А-А фиг.2; на фиг.4 - общий вид моновтулки (изометрия).
В корпусе 1 турбокомпрессора размещен ротор 2 с установленными на его консолях колесом компрессора 3 и колесом турбины 4, а также размещена плавающая невращающаяся моновтулка 5, снабженная по торцам опорными поясками 6 и 7 с окружными канавками 8 на их наружной поверхности. Моновтулка 5 установлена непосредственно на роторе 2. В каждом из опорных поясков в окружных канавках выполнены радиальные отверстия 9. Средняя часть 10 моновтулки имеет толщину стенки, равную 0,2-0,3 толщины опорного пояска, в которой выполнены 6-8 равномерно расположенных сквозных отверстий 11 диаметром 8-12 мм. На части внутренней поверхности каждого опорного пояска 6 и 7 со стороны входных каналов 12 и 13 корпуса выполнены сегментные канавки 14 на дуге протяженностью 75-120°.
При установке моновтулки между ротором и корпусом турбокомпрессора образуются два подшипника скольжения - левый и правый, содержащих внутренний и внешний смазочные слои.
Принцип работы. Ротор 2 турбокомпрессора вращается в опорных поясках 6 и 7, соединенных между собой средней частью 10, вместе с ней образующих моновтулку 5. В подшипники турбокомпрессора подается смазочный материал по следующей схеме: во внешний смазочный слой Н (фиг.2, 3) смазка подается по входным каналам 12 и 13 корпуса турбокомпрессора в окружные канавки 8 на наружной поверхности опорных поясков 6, 7 моновтулки, из которых она поступает непосредственно в рабочую область внешнего смазочного слоя. Из окружной канавки 8 смазка через радиальное отверстие 9 поступает в сегментную канавку 14 с некоторой угловой протяженностью на внутренней поверхности моновтулки, из которой смазка поступает в рабочую область Р внутреннего смазочного слоя. Удаление смазки из слоев происходит со стороны торцев левого и правого подшипников. Смазка, вытекающая в сторону средней части моновтулки, удаляется через отверстия 11 и отводится из турбокомпрессора по сливному каналу 15 в нижней части корпуса. Таким образом осуществляется постоянная подача свежего смазочного материала в рабочие области смазочных слоев и препятствующая локальному перегреву смазки и подшипников.
Уменьшение количества смазочных слоев в предлагаемой конструкции ТКР по сравнению с прототипом способствует снижению расхода смазки через подшипниковый узел. В свою очередь, изготовление моновтулки с тонкой средней частью (толщина стенки средней части 0,2-0,3 толщины опорных поясков моновтулки) обеспечивает устойчивое движение элементов ротора, снижение вибраций ТКР и, как следствие, снижение потерь на трение.