Турбокомпрессор

Полезная модель относится конструкции турбокомпрессоров, а именно турбокомпрессоров дизелей тепловозов железнодорожного подвижного состава. Турбокомпрессор содержит корпусные элементы с торцовыми крышками, ротор, опорный и опорно-упорный подшипниковые узлы с установленными в корпусах подшипниками качения, наружными втулками для них и размещенными между этими втулками и корпусами подшипниковых узлов пакетами упругих радиальных перфорированных пластин с фиксирующими элементами, а также смазочную систему для подшипниковых узлов, включающую закрепленные на концах ротора маслоподаюшие диски. Отличительной особенностью турбокомпрессора является то, что наружная втулка выполнена единой для двух подшипников, а смазочная система содержит дополнительные емкости для масла, одна из которых закреплена в нижней части торцовой крышки со стороны опорно-упорного подшипникового узла, а другая установлена на раме и гидравлически сообщена с опорным подшипниковым узлом. Технический результат заключается в повышении надежности работы турбокомпрессора, улучшении условий смазки подшипниковых узлов и сокращении эксплуатационных затрат.

7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Полезная модель относится конструкции турбокомпрессоров, а именно турбокомпрессоров дизелей тепловозов железнодорожного подвижного состава.

Известен турбокомпрессор ТК, ротор которого состоит из колеса турбины и двух полувалов. На опорных цапфах ротора посажены подшипники скольжения. При этом со стороны компрессора установлен опорно-упорный подшипник, а со стороны турбины - опорный (Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки). Учебник / Симеон А.Э., Хомич А.З., Куриц А.А. и др. - М., Транспорт, 1980, с.88, рис.47).

Однако применяемые до настоящего времени в турбокомпрессорах подшипники скольжения имеют потери на трение в 2-3 раза увеличенные по сравнению с подшипниками качения (там же, с.91). Следствием этого являются частые повреждения опорно-упорных подшипников скольжения за счет ослабления и выработки втулки подшипника. Требуется проведение внеплановых ремонтов турбокомпрессора из-за «проседания» ротора до соприкосновения с лабиринтными уплотнениями из-за износа подшипников.

Специалисты относят к наиболее слабыми узлами турбомашин опорно-уплотнительные системы роторов. Среди повреждений, которые требуют немедленного останова или останова в течение ближайших 5 часов, повреждение подшипников составляет 17,7%. (В.А.Максимов, Г.С.Баткис. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных турбомашин. Казань: Фэн, 1998, с.6).

В литературе описана типовая схема циркуляционной смазочной системы турбокомпрессора, содержащая электропривод, насосы, смазочный бак, фильтры, охладитель масла и т.д. (Гидон Л.М. Машинист компрессорных установок: Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1992, с.28).

В процессе эксплуатации турбокомпрессора с такой смазочной системой может наблюдаться недостаточное поступление масла в подшипниковые узлы, что приводит к увеличение температуры подшипников или вибрация компрессора из-за разрыва масляной пленки в подшипнике (там же, сс.70-71). Это, в свою очередь, может повлечь повреждение деталей и частей или нарушение нормального режима работы, требующее немедленной остановки турбокомпрессора. Таким образом, основным направлением дальнейшего совершенствования турбокомпрессоров остается повышение надежности.

Известна модернизация турбокомпрессора ТК 34, при которой опорный и опорно-упорный подшипники скольжения заменены шариковыми радиально упорными однорядными подшипниками качения, установленными в корпусах попарно, при этом подшипниковые узлы крепятся к корпусным деталям турбокомпрессора с помощью шпилек. Между наружным кольцом каждого подшипника и корпусом подшипникового узла установлена индивидуальная втулка, между которой и упомянутым корпусом, в свою очередь, размещен пакет упругих радиальных перфорированных пластин, имеющих фиксирующий ус для предотвращения поворота. Варианты модернизации предусматривают возможность применения как принудительной, так и автономной смазочной систем. В случае реализации варианта с принудительной системой смазки (Чертеж 8910.000 СБ ПКБ ВНИИЖТ, 1989) использована существующая система смазки серийного турбокомпрессора, включающая систему подвода масла от дизеля и систему слива масла. При реализации варианта с автономной смазочной системой (Чертеж 8909.000СБ, ПКБ ВНИИЖТ, 1989) смазка подшипников осуществляется из масляных полостей подшипниковых узлов путем разбрызгивания маслоподающими дисками, посаженными с обоих сторон ротора. При этом, для увеличения объема масляных полостей подшипниковых узлов, при модернизации был увеличен размер горизонтальной цилиндрической части крышки. Кроме того, крышка дополнительно снабжена указателем уровня масла, а также пробками для долива и слива масла.

Однако такие конструктивные изменения в серийном турбокомпрессоре не позволяет существенно увеличить надежность работы подшипниковых узлов и ресурс турбокомпрессора, обеспечивая при этом невысокие затраты на модернизацию. Наличие в подшипниковых узлах двух наружных втулок приводит к тому, что, при вращении подшипников, кромки торцов втулок разрезают упругие радиальные перфорированные пластины, которые, под воздействием крутящего момента, также начинают вращаться. Это приводит к срезанию выполненных на них фиксирующих усов и заклиниванию в конечном итоге подшипников. Кроме того, смазочные системы в известных модернизациях недостаточно эффективны.

Полезная модель направлена на решение такой задачи, как улучшение эксплуатационных характеристик серийно выпускаемых турбокомпрессоров.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности работы турбокомпрессора, улучшении условий смазки подшипниковых узлов и сокращении эксплуатационных затрат.

Указанный технический результат достигается тем, что в турбокомпрессоре, содержащем корпусные элементы с торцовыми крышками, ротор, опорный и опорно-упорный подшипниковые узлы с установленными в корпусах подшипниками качения, наружными втулками для них и размещенными между этими втулками и корпусами подшипниковых узлов пакетами упругих радиальных перфорированных пластин с фиксирующими элементами, а также смазочную систему для подшипниковых узлов, включающую закрепленные на концах ротора маслоподающие диски, наружная втулка выполнена единой для двух подшипников. Выполнение наружных втулок цельными, с длиной, достаточной для установки в нее пары подшипников, а также увеличение до двух количества фиксирующих элементов на упругих радиальных перфорированных пластинах, позволяет повысить надежность работы подшипниковых узлов и предотвратить их заклинивание.

Технический результат достигается также тем, что смазочная система турбокомпрессора содержит дополнительные емкости для масла, одна из которых закреплена в нижней части торцовой крышки со стороны опорно-упорного подшипникового узла, а другая установлена на раме и гидравлически сообщена с опорным подшипниковым узлом. Существенное увеличение объема масла, циркулирующего в подшипниковых узлах, позволяет оптимизировать условия смазки за счет улучшения его естественного охлаждения и, следовательно, повысить надежность работы подшипников.

Учитывая, что подшипниковый узел со стороны турбины подвержен более интенсивному нагреву, наличие в смазочной системе опорного подшипникового узла лотка для масла, который закреплен на крышке и сообщен выполненным в корпусном элементе каналом с полостью за подшипниками, позволяет улучшить условия смазки заднего подшипника пары. Кроме того, смазочная система этого подшипникового узла содержит жестко закрепленный на торцовой крышке турбокомпрессора стакан для масла, гидравлически сообщенный с дополнительной емкостью. Наилучшей формой этого стакана является цилиндрический сегмент. В процессе заполнения стакана маслом оно естественным образом охлаждается и, перетекая в дополнительную емкость, обеспечивает циркуляцию в смазочной системе.

Выполнение дополнительной емкости для масла, закрепленной в нижней части торцовой крышки со стороны опорно-упорного подшипникового узла в виде цилиндрического сегмента, позволяет рационально увеличить рабочий объем масляной полости, снизив при этом общую металлоемкость крышки.

Благодаря выполнению дополнительной емкости для масла, сообщенной с опорным подшипниковым узлом, из двух секций, каждая из которых раздельно соединена с одним из установленных на тепловозе турбокомпрессоров, достигается возможность увеличения объема циркулирующего в системе масла при обеспечении компактности дополнительно размещаемого оборудования.

Укомплектование опорного подшипникового узла шариковыми радиальными однорядными подшипниками вместо радиально-упорных, используемых в прототипе, позволяет снизить стоимость узла без снижения эксплуатационной надежности.

На фиг.1 показан подшипниковый узел турбокомпрессора со стороны турбины; на фиг.2 - подшипниковый узел со стороны компрессора; на фиг.3 - вид А на фиг, 2; на фиг.4 - дополнительная емкостью для масла, гидравлически сообщенная с турбокомпрессором; на фиг.5 - вид Б на фиг.4.

Модернизация выполнена для турбокомпрессора типа ТК-34, содержащего корпусные элементы в виде газоприемного корпуса 1 со стороны рабочего колеса турбины (фиг.1) с торговой крышкой 2 и корпуса 3 со стороны рабочего колеса компрессора (фиг.2) с торцовой крышкой 4. В корпусах 1 и 3 соответственно размещены опорный подшипниковый узел 5 и опорно-упорный подшипниковый узел 6 в которых установлены цапфы ротора 7. На концах ротора гайками 8 и 9 закреплены маслоподающие диски 10 и 13.

Смазочная система модернизированного турбокомпрессора выполнена смешанного типа: с проточной циркуляцией масла в опорных подшипниковых узлах, и с замкнутой системой циркуляции в опорно-упорных подшипниковых узлах.

Подшипниковый узел 5 (фиг.1) содержит корпус 12 с крышкой 13, установленные между наружной 14 и внутренней 15 втулками два шариковых радиальных однорядных подшипника 16, а также пакет упругих радиальных перфорированных пластин 17, каждая из которых имеет два фиксирующих уса (не показаны).

Для улучшения условий смазки этого подшипникового узла, к крышке 13 шпилькой 18 с гайкой 19, прикреплен лоток 20, сообщенный посредством выполненного в корпусе 1 турбины канала 21 с полостью за подшипниками. К торцовой крышке 2 жестко прикреплен стакан 22 для масла, выполненный в виде цилиндрического сегменте, обращенного вогнутой поверхностью вниз.

Подшипниковый узел 6 (фиг.2) включает корпус 23 с крышкой 24, установленные между наружной 25 и внутренней 26 втулками два шариковых радиально-упорных подшипника 27, а также пакет упругих радиальных перфорированных пластин 28, каждая из которых имеет два фиксирующих уса (не показаны).

Увеличение объема масла, циркулирующего в смазочной системе опорно-упорного подшипникового узла 6, достигается путем расширения масляной полости, образуемой корпусом 3 и крышкой 4. Для этого к последней в нижней части жестко прикреплена дополнительная емкость 29, оборудованная смотровым окном 30 для контроля минимального и максимально уровня масла, горловиной для заливки масла с пробкой 31, и выпускным отверстием в днище с пробкой 32. Дополнительная емкость 29 выполнена в виде цилиндрического сегмента (фиг.3). Общий объем масла составляет около 1,5 литров. Опытным путем установлено, что этого объема достаточно для естественного охлаждения масла, циркулирующего в опорно-упорном подшипниковом узле, не нагревающимся так интенсивно, как опорный подшипниковый узел.

С учетом того, на тепловозе установлены два турбокомпрессора, закрепленные на общей раме (не показана), на последней смонтирована дополнительная емкость 33 (фиг.4), гидравлически сообщенная с опорными подшипниковыми узлами обоих турбокомпрессоров. Эта емкость снабжена вертикальной перегородкой 34 (фиг.5), образующей две секции, каждая из которых раздельно сообщена с одним из установленных на тепловозе турбокомпрессоров, для чего имеет патрубки, гибкими трубопроводами 35, 36 соединенные с крышками 2, а также смотровое окно 37 для контроля минимального и максимально уровня масла и закрытую пробкой 38 горловину для заливки масла. Суммарный объем масла в этой емкости составляет почти 3 литра.

При подготовке к работе турбокомпрессоров необходимо обеспечить поступление масла в подшипниковые узлы 5 и 6 (фиг.1, 2). Для этого отворачивают

пробки 31, 38 дополнительных емкостей 29, 33 (фиг.3, 4) и заливают в них масло, контролируя его уровень через смотровые окна 32, 37.

Во время работы турбокомпрессора ротор 7 вращается вместе с маслоподающими дисками 10, 11. Эти диски, соприкасаясь с маслом в подшипниковых полостях корпусов 1 и 3, при вращении захватывают и разбрызгивают масло, создавая масляный туман, оседающий на подшипниках 16, 27 и внутренней поверхности корпусов 1 и 3. Масло, накапливаясь, стекает вниз в полости корпусов.

Часть разбрызгиваемого и стекающего масла в корпусе 1 попадает в лоток 20, и далее по каналу 21 в полость за подшипниками, обеспечивая тем самым улучшение смазки заднего подшипника пары. Излишки масла из нижней полости корпуса 1 перетекают по трубопроводу 36 в дополнительную емкость 33, туда же по трубопроводу 35 перетекает другая часть масла, попадающая в стакан 22. Это позволяет обеспечивать постоянный уровень и естественное охлаждение масла, циркулирующего в подшипниковом узле.

В корпусе 3 стекающее в нижнюю полость масло перемешивается с большим объемом масла в дополнительной емкости 29 и также естественным образом охлаждается.

1. Турбокомпрессор, содержащий корпусные элементы с торцовыми крышками, ротор, опорный и опорно-упорный подшипниковые узлы с установленными в корпусах подшипниками качения, наружными втулками для них и размещенными между этими втулками и корпусами подшипниковых узлов пакетами упругих радиальных перфорированных пластин с фиксирующими элементами, а также смазочную систему для подшипниковых узлов, включающую закрепленные на концах ротора маслоподающие диски, отличающийся тем, что наружная втулка выполнена единой для двух подшипников. смазочная система турбокомпрессора содержит дополнительные емкости для масла, одна из которых закреплена в нижней части торцовой крышки со стороны опорно-упорного подшипникового узла, а другая установлена на раме и гидравлически сообщена с опорным подшипниковым узлом.

2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что смазочная система опорного подшипникового узла содержит лоток для масла, который закреплен на крышке этого подшипникового узла и сообщен выполненным в корпусном элементе каналом с полостью за подшипниками.

3. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что смазочная система опорного подшипникового узла содержит жестко закрепленный на торцовой крышке турбокомпрессора стакан для масла, гидравлически сообщенный с дополнительной емкостью.

4. Турбокомпрессор по п.3, отличающийся тем, что стакан для масла выполнен в виде цилиндрического сегмента.

5. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что дополнительная емкость для масла, закрепленная в нижней части торцовой крышки со стороны опорно-упорного подшипникового узла выполнен в виде цилиндрического сегмента.

6. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что дополнительная емкость для масла, сообщенная с опорным подшипниковым узлом, разделена перегородкой на две секции, каждая из которых раздельно соединена с одним из установленных на тепловозе турбокомпрессоров.

7. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что в опорном подшипниковом узле установлены шариковые радиальные однорядные подшипники.

8. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что на упругих радиальных перфорированных пластинах выполнено два фиксирующих элемента.