CN110080874A - 一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承 - Google Patents

一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,该涡轮增压器包括具有中空腔体且两端开口的中间体,以及套装在中间体内且两端均伸出至中间体外的转子,转子的一端安装有压气机叶轮,另一端安装有涡轮机叶轮,靠近安装压气机叶轮的中间体一端端面上安装有压气机壳体,靠近安装涡轮机叶轮的中间体另一端端面上安装有涡轮机壳体,靠近安装压气机叶轮的转子与中间体之间套装有双向的气体静压推力滑动轴承;其中,压气机壳体的高压腔上开设有出气口,该出气口通过单向阀以及开设在中间体上的进气通道分别与气体静压推力滑动轴承两端的进气孔连通。本发明利用压缩机产生的高压气体作为推力滑动轴承润滑介质。

Description

一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承
技术领域
本发明属于机械设计与滑动轴承领域,具体涉及一种应用于涡轮增压器的气体静压推力滑动轴承。
背景技术
涡轮增压器是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量,利用发动机排出的高压废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的增压器的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。由于其显著提高能量利用率,涡轮增压器广泛应用于流程化工、车载运输等多个领域。轴承是涡轮增压器的关键零部件之一,其性能直接影响着整机可靠性和经济性。目前常用于涡轮增压器轴向支撑轴承有油润滑动压推力滑动轴承。油润滑动压推力滑动轴承广泛应用于乘用车增压器,具有易加工、经济性佳等优势,但易的出现密封泄露问题,从而导致工作面污染问题,也存在工作温度高、润滑油容易炭化、摩擦功耗大、效率低等问题。
采用气体静压轴承支撑增压器转子是一种很有潜力的支撑方案,具有无磨损、精度高、无需密封等优点,但传统气体静压轴承需要配备复杂昂贵的高压气源和管路阀门等附件,增加了系统结构复杂性,限制了其在工程领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其采用的涡轮增压器轴向支撑原件为气体静压推力滑动轴承,实现涡轮机转轴部件的轴向支撑和定位,本发明利用压缩机产生的高压气体作为推力滑动轴承润滑介质,又不会引入附加的泵阀管等附件零部件,显著提高了轴承和整机的可靠性,为涡轮增压器轴承的设计提供了一种全新的解决方案。
本发明采用如下技术方案来实现的:
一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,该涡轮增压器包括具有中空腔体且两端开口的中间体,以及套装在中间体内且两端均伸出至中间体外的转子,转子的一端安装有压气机叶轮,另一端安装有涡轮机叶轮,靠近安装压气机叶轮的中间体一端端面上安装有压气机壳体,靠近安装涡轮机叶轮的中间体另一端端面上安装有涡轮机壳体,靠近安装压气机叶轮的转子与中间体之间套装有双向的气体静压推力滑动轴承;其中,
压气机壳体的高压腔上开设有出气口,该出气口通过单向阀以及开设在中间体上的进气通道分别与气体静压推力滑动轴承两端的进气孔连通。
本发明进一步的改进在于,气体静压推力滑动轴承套装在套筒内,其中间为推力盘,气体静压推力滑动轴承的两端分别通过第一轴向轴承座和第二轴向轴承座轴向定位,第一轴向轴承座通过固定到中间体上的挡板和套筒轴向固定,第二轴向轴承座通过中间体和套筒轴向定位,第一轴向轴承座和第二轴向轴承座的周向上开设有进气孔。
本发明进一步的改进在于,第一轴向轴承座和第二轴向轴承座的周向上都均匀开设有四个进气孔。
本发明进一步的改进在于,每个进气孔处均设置有一个节流器。
本发明进一步的改进在于,单向阀的出口处还连通有蓄能器。
本发明进一步的改进在于,压气机壳体高压腔上的出气口处设置有第一管接头,中间体上的进气通道入口处设置有第二管接头,第一管接头通过导气管以及设置在导气管上的单向阀连通至第二管接头。
本发明进一步的改进在于,工作时,高压废气推动涡轮机叶轮为增压器叶轮提供动力,压缩空气形成高压气体,大部分输送到发动机中,为发动机提供充足的气体,使燃料充分燃烧,另一部分输送到气体静压推力滑动轴承作为润滑介质,由于该介质为高压气体,避免了油润滑轴承的密封问题。
本发明进一步的改进在于,该涡轮增压器的转子与中间体之间还套装有第一径向滑动轴承和第二径向滑动轴承,且第一径向滑动轴承和第二径向滑动轴承分别通过中间体台肩定位,并与中间体固定在一起。
本发明具有如下有益的技术效果:
本发明提供的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,通过在压气机壳体的高压腔上开设有出气口,使得通过压气机叶轮产生的高压气体,为气体静压推力滑动轴承提供高压润滑介质,因此不需要外部装置额外供应高压气,降低涡轮增压器生产成本,利用发动机产生的高压废气推动涡轮机叶轮,为压气机叶轮提供动力,无其他动力输入,避免了油润滑推力滑动轴承密封问题。其中,单向阀控制高压气体单向流动只能从压气机壳体的高压腔向气体静压推力滑动轴承方向流通。
进一步,如果转子是质量较重,在启动时蓄能器为气体静压推力滑动轴承先提供高压气体,如果为轻型转子不需要蓄能器。
进一步,通过在第一轴向轴承座和第二轴向轴承座的周向上分别均布四个节流器,进而保证转子在工作过程中不会发生偏心和窜动,提高其工作稳定性,进而提高了可靠性和增长了工作寿命。
概括来说,本发明具有如下的优点:
1、不需要润滑油,避免了油润滑轴承的密封问题;
2、结构简单,不需要额外配置空气压缩机,无其他介质输入;
3、摩擦功耗低,效率高;
4、温升低,寿命长,耐高低温,对环境无污染;
5、节省能源降低制造成本,提高能源利用率,无需油润滑和维护保养,充分保证了涡轮机的密封性,提高了运行可靠性。
附图说明
图1为本发明一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承的示意图。
图2为气体静压推力滑动轴承结构图。
附图标记说明:
1是压气机壳体,2是六角螺母,3是转子,4是压气机叶轮,5是第一轴向轴承座,6是挡板,7是螺钉,8是第一管接头,9是第一垫片,10是导气管,11是中间体,12是气体静压推力滑动轴承,13是套筒,14是推力盘,15是第二轴向轴承座,16是固定径向轴承的螺钉,17是第一径向滑动轴承,18是第二管接头,19是第二垫片,20是第二径向滑动轴承,21是螺钉安装位置,22是涡轮机壳体,23是涡轮机叶轮,24是涡轮增压器安装座,25是单向阀,26是蓄能器,27是节流器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
如图1所示,本发明提供的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,包括压气机壳体1、转子3、压气机叶轮4、中间体11、气体静压推力滑动轴承12、第一滑动轴承17、第二滑动轴承20、涡轮机壳体22、涡轮机叶轮23和涡轮增压器安装座24。其中,中间体11具有中空腔体且两端开口,转子3套装在中间体11内且两端均伸出至中间体11外,转子3的一端通过六角螺母2安装有压气机叶轮4,另一端安装有涡轮机叶轮23,靠近安装压气机叶轮4的中间体11一端端面上安装有压气机壳体1,靠近安装涡轮机叶轮23的中间体11另一端端面上安装有涡轮机壳体22,靠近安装压气机叶轮4的转子3与中间体11之间套装有双向的气体静压推力滑动轴承12。
结合图1,涡轮增压器采用第一径向滑动轴承17和第二径向滑动轴承20支撑,压气机叶轮4右侧采用双向的气体静压推力滑动轴承12,平衡涡轮增压器在工作过程中产生的轴向推力,为转子3提供稳定的轴向定位。由于气体黏度低,黏度随温度变化小,化学稳定性好。因此,气体静压轴承具有摩擦小、速度高、温升低、寿命长、耐高低温,对环境无污染等优点。
高压废气推动涡轮机叶轮23为增压器叶轮4提供动力,压缩空气形成高压气体,大部分输送到发动机中,为发动机提供充足的气体,使燃料充分燃烧,另一部分通过导气管10输送到气体静压推力滑动轴承12作为润滑介质,由于该介质为高压气体,避免了油润滑轴承的密封问题,该气体静压推力滑动轴承12采用双向推力滑动轴承结构,为涡轮增压器轴向窜动提供稳定可靠的轴向定位。
本发明是通过压气机叶轮4产生的高压气体,为气体静压推力滑动轴承12提供高压润滑介质,因此不需要外部装置额外供应高压气,降低涡轮增压器生产成本,利用发动机产生的高压废气推动涡轮机叶轮23,为压气机叶轮4提供动力,无其他动力输入,避免了油润滑推力滑动轴承密封问题。
气体静压推力滑动轴承12套装在套筒13内,其中间为推力盘14,气体静压推力滑动轴承12的两端分别通过第一轴向轴承座5和第二轴向轴承座15轴向定位,挡板6通过螺钉7固定到中间体11上,第一轴向轴承座5通过挡板6和套筒13轴向固定,第二轴向轴承座15通过中间体11和套筒13轴向定位,第一径向滑动轴承17和第二径向滑动轴承20通过中间体11台肩定位且通过固定径向轴承的螺钉16安装到螺钉安装位置19轴向定位,保证第一径向滑动轴承17和第二径向滑动轴承20轴向位置的固定。
导气管10采用耐高压软管结构,从增压机高压腔引出一部分高压起源,为气体静压推力滑动轴承提供高压起源,在这里导气管10一端通过第一管接头8和第一垫片9连接到压气机壳体1,另一端通过第二管接头18和第二垫片19连接到中间体11,中间有单向阀25控制高压气体单向流动,只能从压气机壳体1高压腔向轴承方向流通,26为蓄能器,如果转子3是质量较重,在启动时蓄能器26为气体静压推力滑动轴承先提供高压气体,如果为轻型转子3不需要该装置。
图2为气体静压推力滑动轴承12结构图,在第一轴向轴承座5和第二轴向轴承座15开有进气孔,导气管10从压气机汽轮4产生的高压起源中输送一部分高压起源为气体静压推力滑动轴承12润滑,在第一轴向轴承座5和第二轴向轴承座15的侧视图,设置均匀分布四腔,保证转子3在工作过程中不偏心、不窜动,提高其稳定运转,节流器27起到节流作用,保证气体静压轴承具有稳定的气压,增加承载力。
本发明的工作过程如下:
由于高压废气推动涡轮机叶轮23给压气机叶轮4提供动力,进而不断压缩空气形成高压气体:其中,大部分高压气体输送到发动机内,使燃料充分燃烧,另一部分通过导气管10输送给气体静压推力滑动轴承12作为润滑介质,能够自供给,省去气体静压轴承所必须的一般性高压气源,提高能源利用率,整体结构更加紧凑,减小系统整体占地面积,降低设备成本,无需油润滑和维护保养,充分保证了涡轮机的密封性,提高了运行可靠性。

Claims (8)

1.一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,该涡轮增压器包括具有中空腔体且两端开口的中间体(11),以及套装在中间体(11)内且两端均伸出至中间体(11)外的转子(3),转子(3)的一端安装有压气机叶轮(4),另一端安装有涡轮机叶轮(23),靠近安装压气机叶轮(4)的中间体(11)一端端面上安装有压气机壳体(1),靠近安装涡轮机叶轮(23)的中间体(11)另一端端面上安装有涡轮机壳体(22),靠近安装压气机叶轮(4)的转子(3)与中间体(11)之间套装有双向的气体静压推力滑动轴承(12);其中,
压气机壳体(1)的高压腔上开设有出气口,该出气口通过单向阀(25)以及开设在中间体(11)上的进气通道分别与气体静压推力滑动轴承(12)两端的进气孔连通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,气体静压推力滑动轴承(12)套装在套筒(13)内,其中间为推力盘(14),气体静压推力滑动轴承(12)的两端分别通过第一轴向轴承座(5)和第二轴向轴承座(15)轴向定位,第一轴向轴承座(5)通过固定到中间体(11)上的挡板(6)和套筒(13)轴向固定,第二轴向轴承座(15)通过中间体(11)和套筒(13)轴向定位,第一轴向轴承座(5)和第二轴向轴承座(15)的周向上开设有进气孔。
3.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,第一轴向轴承座(5)和第二轴向轴承座(15)的周向上都均匀开设有四个进气孔。
4.根据权利要求3所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,每个进气孔处均设置有一个节流器(27)。
5.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,单向阀(25)的出口处还连通有蓄能器(26)。
6.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,压气机壳体(1)高压腔上的出气口处设置有第一管接头(8),中间体(11)上的进气通道入口处设置有第二管接头(18),第一管接头(8)通过导气管(10)以及设置在导气管(10)上的单向阀(25)连通至第二管接头(18)。
7.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,工作时,高压废气推动涡轮机叶轮(23)为增压器叶轮(4)提供动力,压缩空气形成高压气体,大部分输送到发动机中,为发动机提供充足的气体,使燃料充分燃烧,另一部分输送到气体静压推力滑动轴承(12)作为润滑介质,由于该介质为高压气体,避免了油润滑轴承的密封问题。
8.根据权利要求1所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压推力滑动轴承,其特征在于,该涡轮增压器的转子(3)与中间体(11)之间还套装有第一径向滑动轴承(17)和第二径向滑动轴承(20),且第一径向滑动轴承(17)和第二径向滑动轴承(20)分别通过中间体(11)台肩定位,并与中间体(11)固定在一起。
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