ТУРБОКОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции турбокомпрессоров, применяемых для наддува автотракторных двигателей внутреннего сгорания.
Известен турбокомпрессор, содержащий ротор с колесами компрессора и турбины, расположенными в корпусах, размещенную в среднем корпусе и зафиксированную от проворота подшипниковую втулку, выполненную составной в виде стакана с размещенными в нем по торцам плавающими вставками, образующими опорные пояски для ротора, при этом торцевые поверхности стакана выполнены коническими, а каждая вставка - в виде двустороннего усеченного конуса, при этом опорные пояски образованы коническими поверхностями вставок (патент РФ №2006681, MПК F04D 25/04, F02B 37/00, опубл. 30.01.94).
Недостатком известного турбокомпрессора является использование плавающих вставок в виде двухстороннего усеченного конуса, что приводит к увеличению поверхностей трения, и, соответственно, к увеличению потерь мощности на трение. Кроме того, изготовление конических вставок имеет высокую трудоемкость, а их конструкция не обеспечивает заданную точность установочных зазоров.
Известен турбокомпрессор, содержащий ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины, и размещенные в корпусе плавающую невращающуюся моновтулку, снабженную примыкающими к ее торцам опорными поясками и заключенной между ними полостью, а также расположенные по торцам моновтулки две вращающиеся вставки в виде втулок, при этом между вращающимися вставками на роторе установлена дистанционная втулка, в каждой из вставок выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные отверстия, а в корпусе выполнены входные каналы для подвода смазки в окружные канавки на наружной поверхности опорных поясков, кроме того, на части внутренней поверхности невращающейся моновтулки со стороны входных каналов выполнены сегментные канавки на дуге протяженностью 75° (патент РФ №57848, МПК F04D 25/04, F02B 37/00, опубл. 27.10.2006).
Данный турбокомпрессор не обеспечивает необходимые условия смазки трущихся пар подшипников скольжения, в которых использованы промежуточные вращающиеся вставки, где радиальные нагрузки распределяются между отверстием моновтулки и наружной поверхностью вставок. Кроме того, неспособность подшипникового узла воспринимать осевую нагрузку приводит к быстрому износу торцев рабочих поверхностей и к увеличению осевого люфта в процессе эксплуатации, что в итоге уменьшает ресурс работы турбокомпрессора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является турбокомпрессор, содержащий корпус подшипников, в котором на радиальных и упорном подшипниках скольжения установлен вал ротора, на консолях которого закреплены колесо турбины и колесо компрессора, размещенные каждый в своем корпусе, при этом корпус подшипников выполнен с масляными каналами системы смазки подшипников и снабжен алюминиевой крышкой, фиксирующей упорный подшипник, а корпус компрессора снабжен диффузором, причем корпус компрессора и корпус турбины прикреплены к корпусу подшипника с помощью болтов и планок (патент РФ №32534, МПК F02B 37/00, опубл. 20.09.2003).
Недостатки известного турбокомпрессора: невысокая эффективность смазки трущихся пар подшипников скольжения и недостаточная теплоизоляция турбины, что в совокупности приводит к повышенному износу подшипников и снижению ресурса работы турбокомпрессора в целом.
Была поставлена задача обеспечить высокую эффективность смазки трущихся пар подшипников скольжения и достаточную теплоизоляцию турбины, что позволит снизить износ подшипников и повысить ресурс работы компрессора.
Поставленная задача решается за счет того, что в турбокомпрессоре, содержащем выполненный с масляными каналами системы смазки корпус подшипников, в котором на радиальном и упорном подшипниках установлен вал ротора, закрепленные на консолях вала ротора колесо турбины и колесо компрессора, размещенные каждый в своем корпусе, теплоизолирующий экран, крышку, установленные, соответственно, со стороны колеса турбины и колеса компрессора, теплоизолирующий экран снабжен дополнительным слоем из минералокерамики, радиальный подшипник выполнен в виде жестко закрепленной в корпусе втулки, на внутренней поверхности которой выполнена клиновидная выборка, образованная плоскостью Архимедовой спирали в направлении вращения ротора и имеющая радиусные углубления в местах расположения масляных каналов, а на торце упорного подшипника выполнен, по крайней мере, один паз, от которого в направлении вращения ротора выполнена клиновидная выборка, кроме того, на валу ротора жестко закреплена пята, при этом между торцами упорного подшипника и пяты имеется зазор.
Наличие у теплоизолирующего экрана дополнительного слоя из минералокерамики позволяет значительно уменьшить нагрев корпуса подшипника и смазывающего масла, и тем самым снизить тепловую нагрузку со стороны колеса турбины, вследствие чего снижается процесс коксообразования магистрального масла, характеризующийся образованием твердых частиц, увеличивающих износ трущихся пар.
Выполнение радиального подшипника в виде жестко закрепленной в корпусе втулки, на внутренней поверхности которой выполнена клиновидная выборка, образованная плоскостью Архимедовой спирали в направлении вращения ротора и имеющая радиусные углубления в местах расположения масляных каналов позволяет магистральному маслу, проходя через полость, автоматически воспринимать все радиальные нагрузки и выравнивать зазор между отверстием радиального подшипника и валом ротора, тем самым, исключая износ трущихся поверхностей.
Выполнение на торце упорного подшипника, по крайней мере, одного паза, от которого в направлении вращения ротора выполнена клиновидная выборка, позволяет магистральному маслу, проходя через паз с клиновидной выборкой, под большим давлением в осевом направлении воздействовать на вал ротора, сдвигая его вместе с жестко установленной на валу ротора пятой, размещенной с зазором от торца упорного подшипника. При этом зазор регулируется автоматически, воспринимая все пульсирующие нагрузки.
В совокупности существенные признаки позволяют автоматически поддерживать зазор между трущимися поверхностями подшипников, воспринимая при этом все радиальные и осевые нагрузки, обеспечить высокую эффективность смазки трущихся пар подшипников скольжения и достаточную теплоизоляцию турбины, снизить износ подшипников и повысить ресурс работы компрессора.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где изображены:
Фиг.1 - турбокомпрессор, общий вид в разрезе;
Фиг.2 - радиальный подшипник, в разрезе;
Фиг.3 - разрез А-А на фиг.2;
Фиг.4 - упорный подшипник с пятой, в разрезе;
Фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4;
Фиг.6 - разрез В-В на фиг.5.
Турбокомпрессор содержит корпус 1 подшипников, в котором жестко закреплены радиальный и упорный подшипники скольжения, соответственно 2 и 3. На подшипниках 2 и 3 скольжения, установлен вал 4 ротора. На консолях вала 4 ротора жестко закреплены: колесо 5 турбины и колесо 6 компрессора, размещенные каждый в своем корпусе. Со стороны колеса 5 турбины установлен теплоизолирующий экран 7 с дополнительным слоем 8 из минералокерамики. Со стороны колеса 6 компрессора установлена крышка 9, зафиксированная стопорным кольцом 10. На валу 4 ротора неподвижно установлены: опорная пята 11, распорная втулка 12 и регулировочное кольцо 13, между которыми установлена плавающая втулка 14. Для уплотнения вала служат разрезные кольца 15.
Радиальный подшипник 2 выполнен в виде жестко закрепленной на корпусе 1 втулки, на внутренней поверхности которой выполнена клиновидная выборка, образованная плоскостью Архимедовой спирали 16 в направлении вращения ротора и имеющая радиусные углубления 17 в местах расположения масляных каналов 18, которые расположены по окружности под углом 120°.
В упорном подшипнике 3 выполнены каналы 19 для подачи масла. На торце упорного подшипника выполнены пазы 20, от которых в направлении вращения ротора выполнены клиновидные выборки 21.
Между торцами упорного подшипника 3 и пяты 11 имеется зазор а, а между подшипником 2 и валом 4 ротора - зазор в.
Турбокомпрессор работает следующим образом.
Выхлопные газы из двигателя поступают в корпус турбины и приводят во вращение колесо 5 турбины и через вал 4 ротора колесо 6 компрессора. Вал 4 ротора вращается на радиальном подшипнике 2 скольжения и зафиксирован от осевого перемещения упорным подшипником 3 скольжения. Масло из системы смазки двигателя под давлением через масляные каналы 18 и 19 подается на радиальный и упорный подшипники. Масло, подаваемое в радиальный подшипник 2 поступает в радиусные углубления 17 и проходит через клиновидную полость, образованную плоскостью Архимедовой спирали 16 и цилиндрической поверхностью вала 4 ротора, автоматически воспринимает все радиальные нагрузки и равномерно выравнивает зазор в. Масло, поступающее в упорный подшипник 3, через систему каналов 19 попадает в пазы 20 с клиновидной выборкой 21, и проходя через них под большим давлением воздействует в осевом направлении на вал 4 ротора, сдвигая его вместе с жестко установленной на валу ротора пятой 11, размещенной с зазором а от торца упорного подшипника 3. При этом зазор а регулируется автоматически, воспринимая все пульсирующие нагрузки.
Турбина преобразовывает энергию выхлопных газов в кинетическую энергию вращения вала 4 ротора, которая в компрессорной ступени превращается в работу сжатия воздуха. Масло, отработавшее в подшипниковых узлах, сливается через отверстие в корпусе 1 подшипников обратно в систему смазки двигателя.
Таким образом, предложенная конструкция турбокомпрессора позволяет автоматически поддерживать зазоры а и в между трущимися поверхностями подшипников, воспринимая при этом все радиальные и осевые нагрузки, обеспечить высокую эффективность смазки трущихся пар подшипников скольжения, снизить износ подшипников и повысить ресурс работы компрессора.
Дополнительная тепловая защита из минералокерамики со стороны турбины обеспечивает повышенную теплоизоляцию турбины, что позволяет значительно уменьшить коксование масла, и, как следствие, снизить износ подшипников.
Турбокомпрессор предлагаемой конструкции соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлен на стандартном оборудовании с применением ранее освоенных технологий.