Подшипниковый узел турбокомпрессора

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам автотракторных дизелей, в частности к подшипниковым узлам. Задача - повышение срока эксплуатации турбокомпрессора за счет повышения надежности работы подшипникового узла, путем увеличения несущей способности масляного слоя и гарантированного демпфирования вибрации от возникающих колебаний вала ротора во всем диапазоне эксплуатационных частот вращения ротора. Подшипниковый узел турбокомпрессора содержит два подшипника 1 в виде втулок с гладкими внутренними 2 и наружными 3 цилиндрическими поверхностями и сквозными отверстиями 4, расположенными перпендикулярно оси их вращения, предназначенными для подачи смазки на цилиндрическую поверхность вала ротора 5. На каждой из торцевых поверхностей подшипника 1 выполнены маслопроточные пазы 6. Между подшипниками 1 с зазором и соосно установлена дистанционная втулка 7, выполненная с гладкой внутренней 8 и наружной ступенчатой 9 поверхностью со сквозными отверстиями 10, расположенными перпендикулярно оси вращения. Ротор 11 с подшипниками 1 и дистанционной втулкой 7 установлены в моновтулке 12, выполненной с гладкой внутренней 13 и наружной ступенчатой 14 цилиндрическими поверхностями. На внутренней 13 цилиндрической поверхности моновтулки 12 выполнены две симметричные сегментные канавки 15, а в ее средней части выполнены три сквозных отверстия 16, два - для протока смазки и для цилиндрического стопора 17, который установлен в корпусе подшипников 18 и выполнен в виде болта с цилиндрическим выступом.

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам автотракторных дизелей, в частности к подшипниковым узлам.

Известен подшипниковый узел турбокомпрессора с самоустанавливающимися сегментами и с демпфирующим вкладышем (подшипник Маккензена). Из-за упругой податливости во время работы на расчетном режиме сегменты под действием гидродинамических давлений смещаются или деформируются так, что их расположение и кривизна рабочей поверхности будут оставаться близкими к оптимальным. (Симеон А.Э. и др. "Турбонаддув высокооборотных дизелей", М., "Машиностроение", 1976 г., с.171).

Недостатком такого подшипникового узла турбокомпрессора является сложность конструкции.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков, взятых в качестве прототипа, является устройство подшипникового узла турбокомпрессора, состоящего из корпуса, с установленным в нем с зазором подшипником, выполненным в виде моновтулки, имеющую поперечную прорезь, и образующую плоские поверхности в которые упирается цилиндрический стопор, выполненный с плоским вильчатым выступом и удерживающий подшипник от проворачивания и осевого перемещения. (Свидетельство на П.М. №31619, от 20.08.03 г.)

Такие подшипниковые узлы с целью демпфирования вынужденных колебаний содержат два смазочных слоя и являются, таким образом, двухслойными. Первый слой ограничен валом ротора и внутренней поверхностью плавающей невращающейся моновтулки (подшипником), второй - ограничен наружной поверхностью этой же моновтулки и внутренней поверхностью корпуса подшипника. Такие подшипниковые узлы хорошо демпфируют автоколебания и надежно работают при частотах вращения ротора до 40000 об/мин. Однако, на высоких частотах вращения ротора 90000...110000 об/мин, когда амплитуда автоколебаний значительно возрастает, не всегда

обеспечивается демпфирование вибрации, часто амплитуда автоколебаний увеличивается до такой степени, что несущей способности масляного слоя (клина) недостаточно для обеспечения условий жидкостного трения, в результате, сопрягаемые поверхности вала ротора и моновтулки точечно контактируют в условиях сухого трения с последующими задирами и увеличением центрального отверстия моновтулки, что приводит к постепенной и полной потере несущей способности масляного слоя (клина) и является причиной значительного сокращения срока эксплуатации турбокомпрессора.

Задачей, предлагаемой полезной модели, является повышение срока эксплуатации турбокомпрессора за счет повышения надежности работы подшипникового узла, путем обеспечения гарантированного демпфирования вибрации от возникающих колебаний вала ротора во всем диапазоне эксплуатационных частот вращения ротора.

Указанная задача решается следующим образом:

В подшипниковом узле турбокомпрессора, содержащем корпус с установленным в нем с зазором подшипником, выполненным в виде моновтулки, имеющую поперечную прорезь и образующую плоские поверхности, в которые упирается цилиндрический стопор, выполненный с плоским вильчатым выступом и удерживающий моновтулку от проворачивания и осевого перемещения, авторы предлагают: вал ротора турбокомпрессора с зазором и соосно установить в двух раздельных плавающих вращающихся подшипниках скольжения с дистанционной втулкой между ними, которые в свою очередь с зазором и соосно установить в плавающей невращающейся моновтулке, выполненной с внутренней гладкой и наружной ступенчатой, цилиндрическими поверхностями.

Плавающие вращающиеся подшипники скольжения выполнить в виде втулок с гладкими внутренними и наружными цилиндрическими поверхностями и сквозными отверстиями, расположенными перпендикулярно оси их вращения, а на их торцевых поверхностях выполнить не менее двух маслопроточных пазов.

На наружной цилиндрической поверхности моновтулки выполнить симметрично два сквозных отверстия, совмещенные с двумя сегментными канавками, выполненными на ее внутренней цилиндрической поверхности, а в средней части моновтулки выполнить три сквозных отверстия (по окружности), одно из которых для стопора, остальные для протока масла.

Стопор, удерживающий моновтулку от проворачивания и осевого перемещения, выполнить в виде болта и установить под углом, в нижней части корпуса подшипника, а в его верхней части выполнить каналы для подвода масла к подшипникам.

Такая конструкция подшипникового узла, а именно сквозные отверстия, совмещенные с сегментными канавками на моновтулке, маслопроточные пазы и каналы подвода масла к подшипникам образуют дополнительный масляный слой на сопрягаемых поверхностях вала ротора и моновтулки и позволяют надежно демпфировать вибрации от возникающих колебаний вала ротора, во всем диапазоне (от малых - 40000 об/мин, до больших - 120000 об/мин) эксплуатационных частот вращения вала ротора, чем повышают надежность подшипникового узла и долговечность работы турбокомпрессора.

При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не было обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".

Промышленная применимость видна из описания конструкции подшипникового узла турбокомпрессора.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами:

На фиг.1 - изображена конструктивная схема подшипникового узла турбокомпрессора.

На фиг.2 - сечение А-А

На фиг.3 - сечение Б-Б

Подшипниковый узел турбокомпрессора содержит два подшипника 1, в виде втулок с гладкими внутренними 2 и наружными цилиндрическими 3 поверхностями и сквозными отверстиями 4, расположенными перпендикулярно оси их вращения, предназначенными для подачи смазки на цилиндрическую поверхность вала ротора 5. На каждой из торцевых поверхностей подшипника 1 выполнены маслопроточные пазы 6. Между подшипниками 1 с зазором и соосно установлена дистанционная втулка 7, выполненная с гладкой внутренней 8 цилиндрической и наружной ступенчатой 9 поверхностью со сквозными отверстиями 10, расположенными перпендикулярно оси вращения. Ротор 11 с подшипниками 1 и дистанционной втулкой 7 установлены в моновтулке 12, выполненной с гладкой внутренней 13 и наружной ступенчатой 14 цилиндрическими поверхностями. На внутренней 13 цилиндрической

поверхности моновтулки 12 выполнены две симметрические сегментные канавки 15, а в ее средней части выполнены три сквозных отверстия 16, два - для протока смазки, и для цилиндрического стопора 17, который установлен в корпусе подшипников 18 и выполнен в виде болта с цилиндрическим выступом.

Предлагаемый подшипниковый узел турбокомпрессора работает следующим образом:

Перед запуском двигателя (на фиг. не показан) включают маслозакачивающий насос, с помощью которого из системы смазки все зазоры подшипникового узла турбокомпрессора заполняются маслом. Затем запускают двигатель (на фиг. не показан) и поток выхлопных газов начинает вращать колесо турбины 19, выполненное с валом ротора 5 как одно целое. При этом, вал ротора 5, под действием сил жидкостного трения, постепенно выравнивая по всей окружности толщину масляного слоя, "всплывает" к геометрической оси внутренних поверхностей 2 подшипников 1. Под действием сил жидкостного трения подшипники 1 начинают вращаться и выравнивать толщину масляного слоя, заключенного между наружной поверхностью подшипников 1 и внутренней поверхностью моновтулки 12, по всей ее окружности. Подшипники 1 вместе с ротором 11 "всплывают" к геометрической оси внутреннего отверстия невращающейся моновтулки 12. В свою очередь, "всплытие" вращающегося вала ротора 5 с подшипниками 1 приводит к соответственному изменению положения моновтулки 12 в пределах имеющегося диаметрального зазора.

Автоколебания, возникающие при вращении вала ротора 5, подшипников 1, демпфируются каждым из вступающих в действие масляных слоев и, в результате этого, детали подшипникового узла находятся в положении, максимально соосном относительно оси вращения вала ротора 5, а поверхности пар скольжения несут минимальную механическую нагрузку в условиях неразрушаемого масляного слоя, что и повышает надежность подшипникового узла и долговечность турбокомпрессора.

1. Подшипниковый узел турбокомпрессора, содержащий корпус, с установленным в нем с зазором подшипником, выполненным в виде моновтулки, цилиндрический стопор, удерживающий моновтулку от проворачивания и осевого перемещения, отличающийся тем, что подшипниковый узел выполнен из двух плавающих подшипников скольжения и втулкой между ними, предназначенными для установки в них вала ротора турбокомпрессора, которые в свою очередь с зазором и соосно установлены в плавающей невращающейся моновтулке, выполненной с внутренней гладкой и наружной ступенчатой цилиндрическими поверхностями.

2. Подшипниковый узел по п.1, отличающийся тем, что плавающие подшипники скольжения выполнены в виде втулок с гладкими внутренними и наружными цилиндрическими поверхностями и сквозными отверстиями, расположенными перпендикулярно оси их вращения, а на их торцевых поверхностях выполнены не менее двух маслопроточных пазов.

3. Подшипниковый узел по п.1, отличающийся тем, что на наружной цилиндрической поверхности моновтулки выполнены симметрично два сквозных отверстия, совмещенные с двумя сегментными канавками, выполненными на ее внутренней цилиндрической поверхности, а в средней части моновтулки выполнены три сквозных отверстия (по окружности), одно из которых для стопора, остальные - для протока масла.

4. Подшипниковый узел по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический стопор, удерживающий моновтулку от проворачивания и осевого перемещения, выполнен в виде болта и установлен под углом в нижней части корпуса подшипника, а в его верхней части выполнены каналы для подвода масла к подшипникам.