ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ ТУРБОКОМПРЕССОРА

Предлагаемое техническое решение относится к области транспортного машиностроения, преимущественно к подшипниковым узлам турбокомпрессоров автотракторных дизелей.
Известен подшипниковый узел турбокомпрессора, содержащий корпус, в котором установлены подшипник и стопор, закрепленный перпендикулярно оси подшипника. (Свидетельство на ПМ №31619, МКИ F04D 29/04, 20.08.2003 г.).
В конструкции такого подшипникового узла турбокомпрессора имеется два смазочных слоя, в результате обеспечивается демпфирование вибрации и автоколебаний при частоте вращения ротора турбокомпрессора до 40000 об/мин.. Однако в процессе эксплуатации автотракторных дизелей возникают автоколебания более высокой частоты, демпфирование которых известный подшипниковый узел турбокомпрессора не всегда обеспечивает. В результате возникает вибрация, которая разрушает подшипниковый узел и снижает срок эксплуатации турбокомпрессора.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решения по совокупности существенных признаков является подшипниковый узел турбокомпрессора, содержащий корпус, в котором установлены плавающие моновтулка, концентрично ей плавающие подшипники и распорная втулка, в каждом из которых выполнены радиальные сквозные отверстия, и стопор, закрепленный в корпусе перпендикулярно оси плавающей моновтулки и установленный с возможностью взаимодействий своей концевой частью с ней. (Свидетельство на ПМ №56503, МКИ F04D 29/04, 10.09.2006 г.)
Подшипниковый узел турбокомпрессора этой конструкции содержит три слоя смазки, которые обеспечивают надежное демпфирование автоколебаний, возникающие при частоте вращения (свыше 40000...110000 об/мин.) ротора турбокомпрессора, т.е. при рабочем режиме. Однако при запуске двигателя, когда частота вращения ротора турбокомпрессора мгновенно достигает
несколько десятков тысяч оборотов в минуту, в определенный период времени (до необходимого выравнивания слоев смазки) демпфирование автоколебаний не обеспечивается. Кроме этого концевая часть стопора, предотвращающая ее вращение и осевое перемещение моновтулки, установлена в ее сквозном отверстии с зазором. Этот зазор между плавающей моновтулкой и концевой частью стопора в момент запуска мгновенно выбирается и между ними возникает сильная ударная нагрузка, приводящая к деформации концевой части стопора и изменению формы сквозного отверстия плавающей моновтулки. В результате увеличивается зазор между концевой частью стопора и стенками сквозного отверстия плавающей моновтулки. Эти факторы увеличивают продолжительность ориентации плавающих моновтулки, подшипников и распорной втулки относительно ротора и создания между ними слоев смазки, обеспечивающих демпфирование возникающих автоколебаний подшипникового узла. Следовательно, увеличивается время работы турбокомпрессора в режиме вибрации. Это может привести к достаточно быстрому разрушению подшипникового узла турбокомпрессора, т.е. к снижению срока его эксплуатации.
Задача, которую решает предлагаемое техническое решение, - повышение эксплуатационной надежности и долговечности работы турбокомпрессора за счет сокращения времени ориентации плавающих элементов конструкции относительно его ротора.
Указанная задача решается следующим образом.
В подшипниковом узле турбокомпрессора, содержащем корпус, в котором установлены плавающие моновтулка, концентрично ей подшипники и распорная втулка, в которых выполнены радиальные сквозные отверстия, и стопор, закрепленный в корпусе перпендикулярно оси плавающей моновтулки и установленный с возможностью взаимодействий своей концевой частью с ней, авторы предлагают дополнительно на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях плавающей моновтулки выполнить соответственно наружные и внутренние кольцевые канавки, при этом наружную кольцевую канавку,
выполнить в средней части плавающей моновтулки, расположить с возможностью размещения в ней концевой части стопора, а наружные и внутренние кольцевые канавки выполнить на крайних частях плавающей моновтулки и сообщить их между собой посредством радиальных сквозных отверстий.
Авторы предлагают наружные кольцевые канавки, выполненные на крайних частях наружной цилиндрической поверхности плавающей моновтулки, расположить симметрично относительно ее торцов.
Авторы предлагают внутренние кольцевые канавки, выполненные на внутренней цилиндрической поверхности плавающей моновтулки, расположить симметрично относительно ее торцов.
Авторы предлагают концевую часть стопора выполнить цилиндрической формы диаметром меньше ширины наружной кольцевой канавки, расположенной в средней части плавающей моновтулки.
Авторы предлагают на торцевых поверхностях плавающих подшипников и распорной втулки выполнить радиальные пазы.
Выполнение на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях плавающей моновтулки соответственно наружных и внутренних кольцевых канавок, а также расположение в средней части плавающей моновтулки наружной кольцевой канавки и возможности размещения в ней концевой части стопора, расположение наружных и внутренних кольцевых канавок на крайних частях плавающей моновтулки и сообщение их между собой, обеспечивает в момент запуска более быстрое выравнивание слоев масла между плавающими элементами и свободный поворот плавающей моновтулки. В результате сокращается время совмещения геометрических осей плавающих моновтулки, подшипников и распорной втулки с осью ротора и выхода на рабочий режим подшипникового узла и исключается возникновение ударных нагрузок в момент запуска, т.е. повышается эксплуатационная надежность и долговечность работы турбокомпрессора.
При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих предлагаемую совокупность существенных
признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".
Промышленная применимость заявляемого технического решения видна из описания конструкции, подшипникового узла турбокомпрессора
На фиг.1 изображен разрез подшипникового узла турбокомпрессора.
На фиг.2 - сечение А-А.
Подшипниковый узел турбокомпрессора, содержит корпус 1, в котором установлены плавающие моновтулка 2, концентрично ей подшипники 3 и 4 и распорная втулка 5, в которых выполнены радиальные сквозные отверстия 6, 7, 8. Стопор 9 закреплен в корпусе 1, а его концевая часть 10 радиально установлена в плавающей моновтулке 2. На наружной и внутренней цилиндрических поверхностях плавающей моновтулке 2 выполнены соответственно наружные 11 и 12 и внутренние 13 кольцевые канавки. Наружная кольцевая канавка 11 расположена в средней части плавающей моновтулки 2, а наружные 12 и внутренние 13 кольцевые канавки и расположены на крайних частях наружной цилиндрической поверхности плавающей моновтулки 2 и симметрично относительно ее торцов. Концевая часть 10 стопора 9 выполнена цилиндрической формы с диаметром меньше ширины наружной кольцевой канавки 11. На торцевых поверхностях плавающих подшипников 3 и 4 и распорной втулки 5 выполнены радиальные пазы 14. Кроме этого на фиг.1 и 2 показаны ротор 15 и колесо турбины 16 турбокомпрессора, каналы подачи масла 17.
Предлагаемый подшипниковый узел турбокомпрессора работает следующим образом.
Перед запуском двигателя (на фиг.1 и 2 не показан) включают маслозакачивающий насос (на фиг.1 и 2 не показан), с помощью которого через канал 17 масло подают во внутреннюю полость корпуса 1. Через сквозные радиальные отверстия 6, 7, 8 и радиальные пазы 14 масло заполняет все имеющиеся полости и зазоры подшипникового узла. Затем производят запуск двигателя, поток выхлопных газов начинает вращать колесо турбины 16
с ротором 15. Под действием сил жидкостного трения начинают вращаться плавающие моновтулка 2, подшипники 3 и 4, распорная втулка 5. Происходит плавное выравнивание толщин слоев масла между плавающими моновтулкой 2, подшипниками 3 и 4, распорной втулкой 5 (1 - слой - между ротором 15 и плавающими подшипниками 3, 4, плавающей распорной втулкой 5,2- слой - между плавающими подшипниками 3, 4, плавающей распорной втулкой 5 и моновтулкой 2, 3 - слой - между плавающей моновтулкой 2 и корпусом 1). При этом плавающая моновтулка 2, удерживаемая концевой частью 10 стопора 9 от осевого перемещения, вращается без возникновения ударных нагрузок. Плавно и быстро геометрические оси плавающих моновтулки 2, подшипников 3 и 4, распорной втулки 5 совмещаются с геометрической осью ротора 15. Автоколебания, возникающие при запуске двигателя, демпфируются указанными слоями масла, т.е. подшипниковый узел выходит на рабочий режим. После остановки двигателя происходит постепенное прекращение вращения ротора 15 и колеса турбины 16, плавающих моновтулки 2, подшипников 3, 4 и распорной втулки 5.
Таким образом, предлагаемая конструкция подшипникового узла обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и долговечности работы турбокомпрессора.