CZ290191B6 - Podpěra loľiska pro rychloběľné rotory - Google Patents

Abstract

Podp ra lo iska (10) je jednod ln . Skl d se z vn j p° ruby (11), kter je spojena se sk° n (2), z kardanov ho prstence (12) a z vnit°n ho lo iskov ho pouzdra (13), kter uchycuje lo isko (3). Nejen mezi kardanov²m prstencem (12) a vn j p° rubou (11), ale i mezi kardanov²m prstencem (12) a lo iskov²m pouzdrem (13) je vytvo°eno pr v po jedn obvodov dr ce (14, 15). Kardanov² prstenec (12) je spojen s lo iskov²m pouzdrem (13), pop°. s vn j p° rubou (11) pomoc dvou vnit°n ch a dvou vn j ch m stk (16, 17), kter p°eru uj p° slu n obvodov dr ky (14, 15). Mezi lo iskov²m pouzdrem (13) a sk° n (2) je vytvo°ena prstencovit mezera (25), kter je axi ln posunuta vzhledem ke kardanov mu prstenci (12). Nejen na vn j p° rub (11), ale i na sk° ni (2) je pr v alespo po jedn centrovac plo e (22, 23), kter si navz jem odpov daj a jsou um st ny soust°ed n vzhledem k lo isku (3).\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká podpěry pro radiální a axiální ložiska rychloběžných rotorů, zejména pro uložení hřídelí turbodmychadel. Podpěra se skládá ze součástí, které jsou umístěny mezi alespoň jedno ložisko a ložiskovou přírubu, a slouží k radiálnímu podepření ložiska, popř. ložisek.

Dosavadní stav techniky

Na rychloběžné rotory, jako jsou například hřídele turbodmychadel, působí velké axiální a radiální síly, které musí být zachycovány axiálními popř. radiálními ložisky, která jsou odpovídajícím způsobem vytvořena a umístěna. Mimoto musí být pro bezporuchový provoz kompenzováno nejen radiální kmitání, ale i eventuální šikmé uložení rotoru.

Z DE-OS 26 28 828 je známo uložení pro rotující strojní součásti, zejména pro rotory turbodmychadel. U tohoto uložení jsou axiální síly zachycovány na straně kompresoru turbodmychadla pomocí dvojice kuličkových ložisek, která jsou tandemově uspořádána. Radiální a axiální podepření tohoto kuličkového ložiska se uskutečňuje pomocí svazků tlumicích plechů. Umístěním tlumicích svazků jsou zachycována eventuální nevyvážení hřídele rotoru v ložiskách. Toto řešení ale vykazuje nelineární charakteristiku pružiny, což má za následek nedefinovanou charakteristiku pružiny a nedefinovanou tlumicí charakteristiku. Proto mohou být síly, které působí na ložisko za určitých provozních podmínek, nepřípustně vysoké. Mimo to vzniká při radiálních pohybech hřídele nežádoucí opotřebení v axiálním svazku tlumicích plechů. Vyjmenované nevýhody mohou tedy vést ke snížení životnosti uložení ložisek.

Z EP-B1-01 43 950 je známo další uložení ložisek pro turbodmychadlo poháněné výfukovými plyny, s tandemově uspořádanými válečkovými ložisky. U tohoto řešení se nechá s pomocí několika válcových pružících tyčí, rozmístěných po obvodu ložiska, dosáhnout lineární charakteristiky pružiny. Uspořádání ložisek má mimoto dva zvláštní tlumicí systémy, kterými se dosahuje tlumení radiálního kmitání. K tomu je první tlumicí systém vytvořen jako olejový tlumič s odpovídající prstencovitou mezerou. Druhým tlumicím systémem je třecí tlumicí zařízení s tlumicím prstencem, přiléhajícím na vnější čelní plochu vnějšího kroužku válečkového ložiska, a s talířovou pružinou, která je připojená k prstenci.

U tohoto řešení se ale opotřebovávají nejen kontaktní plochy ložiskové příruby a vnějšího kroužku válečkového ložiska, ale především kontaktní místa talířové pružiny a tlumicího prstence, protože tam se především uskutečňuje přenos axiálního zatížení rotoru na podpěru ložiska. Tímto není tlumení v radiálním směru již dostatečné, což může vést ke stoupajícímu zatížení ložiska a až k výpadku turbodmychadla. Mimoto se uložení ložiska skládá z velkého počtu součástek, které musí být zhotovovány velmi přesně. Tedy na jedné straně vznikají relativně vysoké výrobní náklady a na druhé straně je potřebná časově náročná montáž uložení ložiska. Společným nedostatkem obou řešení je, že nemohou vyrovnávat žádná, nebo jen nepatrná šikmá uložení hřídele.

Podstata vynálezu

Vynález se pokouší vyhnout všem uvedeným nedostatkům. Klade si za cíl, vytvořit zlepšenou podpěru ložiska pro rychloběžné rotory, pomocí které je zvýšena životnost uložení ložiska a sníženy nejen výrobní náklady, ale i náročnost montáže.

Podle vynálezu se uvedeného dosahuje tím, že u zařízení podle úvodní části nároku 1 je podpěra ložiska jednodílná. Skládá se z vnější příruby, která je spojená se skříní, z kardanového prstence a z vnitřního ložiskového pouzdra, uchycujícího ložisko, popř. ložiska. Nejen mezi kardanovým prstencem a vnější přírubou, ale i mezi kardanovým prstencem a ložiskovým pouzdrem je vytvořeno právě po jedné obvodové drážce. Kardanový prstenec je spojen s ložiskovým pouzdrem popř. vnější přírubou přes dva vnitřní a dva vnější můstky, které přerušují příslušnou obvodovou drážku. Prstencovitá mezera olejového tlumiče je vytvořena mezi ložiskovým pouzdrem a skříní a axiálně předsazená vzhledem ke kardanovému prstenci. Na vnější přírubě a na skříni jsou vytvořeny centrovací plochy. Centrovací plochy si navzájem odpovídají ajsou umístěny soustředně vzhledem k ložisku / k ložiskům.

Přednosti vynálezu jsou především založeny na tom, že podpěra ložiska je jednodílná. Tím nemůže mezi jednotlivými součástmi vzniknout žádné tření, takže podpěra ložiska je plně bez opotřebení. Mimoto má podpěra ložiska, respektive kardanový prstenec, lineární charakteristiku pružiny, to znamená přesně definovanou tuhost pružiny. Podle toho se nechají předem stanovit síly v ložisku, takže uložení může být dimenzováno podle požadavků. Tím se může zvýšit životnost uložení ložisek. Na základě jednodílné konstrukce podpěry ložiska mohou být podstatně sníženy nejen výrobní náklady, ale i doba montáže.

Během činnosti rotoru jsou nakonec všechny síly, působící na uložení, přenášeny přes podpěru ložiska na skříň. Nutné poddajnosti podpěry ložiska v radiálním a šikmém směru je dosahováno pomocí kardanového prstence. Rozhodující pro to je, že axiálně zatěžovaný kardanový prstenec se může pohybovat radiálně, aniž by přitom vznikalo tření mezi různými součástmi podpěry ložiska. Za tím účelem je vnější příruba pevně spojena se skříní a s pomocí centrovacích ploch je odpovídajícím způsobem vycentrována. Konečně je s pomocí olejového tlumiče, umístěného podle vynálezu, zajištěno také tlumení bez opotřebení.

Je zvláště účelné, když vnitřní můstky jsou navzájem posunuty o 180° a vnější můstky o právě 90° vzhledem ke vnitřním můstkům. Tím má kardanový prstenec velmi dobrou poddajnost v radiálním směru, jakož i malou tuhost. V důsledku toho se nechá při odpovídajícím zatížení maximálně zdeformovat v radiálním směru, aniž by přitom ztratil svoji pružnost.

Dále je předností, když se ložiskové pouzdro skládá z první části pouzdra, která je spojena přes můstek s kardanovým prstencem popřípadě vnější přírubou, a z druhé části pouzdra, která je umístěna axiálně vzhledem k první, přičemž mezi druhou částí pouzdra a skříní je vytvořena prstencovitá mezera. Tím může být olejový tlumič, jehož prstencovitá mezera musí stále ležet mezi chvějící se a nepohyblivou součástí, realizována poměrně jednoduchým způsobem.

Kardanový prstenec má po celém svém obvodu konstantní tloušťku. Při dobré funkci to umožňuje relativně jednoduchou výrobu. Jako alternativa ktomu je tloušťka kardanového prstence v úseku můstku zvětšená. Tímto způsobem se nechají optimalizovat pnutí, vyskytující se v této oblasti.

V prvním příkladném provedení vynálezu jsou ložiska umístěna radiálně pod olejovým tlumičem, ve druhém příkladném provedení jsou umístěna přímo pod kardanovým prstencem. Obě varianty určují rozdílné způsoby montáže, přičemž první příkladné provedení se používá

-2CZ 290191 B6 především tehdy, když tlumicí síly jsou větší než síly pružiny. Při obráceném poměru sil se používá druhé příkladné provedení.

Přívod oleje do prstencovité mezery olejového tlumiče se skládá z přípoje pro tlakový olej a spojovacího kanálku, které jsou oba umístěny ve skříni. Toto řešení je zvláště vhodné pro případy použití s dostatečným konstrukčním prostorem, přičemž přednostně nejsou zapotřebí žádné dodatečné otvory a těsnění. Při nedostatku místa v radiálním směru, to znamená pokud skříň není přístupná, může být např. jenom spojovací kanálek umístěn ve skříni a přípoj pro tlakový olej je umístěn ve vnější přírubě.

Nakonec je vnější příruba lehce rozebíratelným způsobem spojena se skříní. Tím se nechá dále snížit pracovní doba, potřebná k výměně ložiska nebo ložisek.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázcích jsou znázorněna dvě příkladná provedení vynálezu, týkající se podpěry ložiska z kompresorové strany pro tandemově uspořádaná axiální nebo radiální ložiska turbodmychadla poháněného výfukovými plyny. Znázorňují:

obr. 1 částečný podélný řez turbodmychadla poháněného výfukovými plyny, znázorněný v oblasti podpěry ložiska, obr. 2 čelní pohled ve zmenšeném měřítku na podpěru ložiska podle obr. 1, obr. 3 zobrazení podle obr. 2, v lehce pozměněné podobě, obr. 4 zobrazení jako na obr. 1, avšak týkající se druhého příkladného provedení.

Jsou znázorněny jenom součástky, podstatné pro pochopení vynálezu. Ze zařízení nejsou zobrazeny např. strana kompresoru a strana turbíny turbodmychadla, poháněného výfukovými plyny.

Příklady provedení vynálezu

Turbodmychadlo poháněné výfukovými plyny se skládá v podstatě z rotoru s kompresorovým kolem, turbínovým kolem a společnou hřídelí J, jakož i ze skříně kompresoru, skříně turbíny a skříně 2, která je vytvořena jako ložisková skříň se stranou kompresorovou, popř. turbínovou. Uložení hřídele 1 má na straně kompresoru dvě axiální / radiální ložiska 3, tvořená tandemově uspořádanými kuličkovými ložisky, která se každé skládá z vnějšího kroužku 4, klece 5, vnitřního kroužku 6 a určitého počtu kuliček 7.

Obě kuličková ložiska 3 jsou upevněna na hřídeli 1 pomocí matice 8, která ložiska tlačí na osazení 9 na hřídeli. Mezi ložiskovou skříní 2 a kuličkovým ložiskem 3 je umístěna jednodílná podpěra 10. Skládá se z vnější příruby 11, která je spojená s ložiskovou skříní 2, z kardanového prstence 12 a z vnitřního ložiskového pouzdra 13, které uchycuje kuličkové ložisko 3. Nejen mezi kardanovým prstencem 12 a vnější přírubou 11 ale i mezi kardanovým prstencem 12 a ložiskovým pouzdrem 13 je vytvořeno právě po jedné obvodové drážce 14, 15 (obr. 1). Kardanový prstenec 12 je spojen s ložiskovým pouzdrem 13 popř. s vnější přírubou 11 pomocí dvou vnitřních jakož i dvou vnějších můstků 16. 17, které přerušují příslušné obvodové drážky 14.15. Přitom jsou oba vnitřní můstky 16 kardanového prstence 12 navzájem posunuty o 180° a vnější můstky 17 jsou posunuty o 90° vzhledem k vnitřním můstkům 16.

-3CZ 290191 B6

Kardanový prstenec 12 má po svém obvodu konstantní tloušťku a obvodové drážky 14, 15 mají konstantní šířku drážky (obr. 2). Jako alternativa ktomu je tloušťka kardanového prstence 12. v úseku můstků 16, 17 zvětšená a šířka drážky obvodových drážek 14, 15 je v tomto úseku redukovaná (obr. 3). Drážka 14, 15 může mít podle možností výroby také konstantní šířku 5 (znázorněno čárkovaně), nebo může být v úseku můstků 16, 17 zvětšená (není znázorněno).

Nejen v ložiskové skříni 2, ale i ve vnější přírubě 11 podpěiy ložiska 10 jsou ve smontovaném stavu vytvořeny navzájem si odpovídající díry se závity 18 popř. upevňovací díry 19. Podpěra ložiska 10 je pomocí několika šroubů 20, vedených dírami 18, 19, připevněna v oblasti její vnější ío příruby 11 k ložiskové skříni 2 a je vycentrována pomocí válcového lícování 21. K tomu má lícování 21 centrovací plochy 22, 23, vytvořené na vnější přírubě 11 a na ložiskové skříni 2. Obě centrovací plochy 22, 23 jsou umístěny soustředně k vnější ploše 24 kuličkových ložisek 3 (obr. 1).

Mezi ložiskovým pouzdrem 13 a ložiskovou skříní 2, axiálně posunut ke kardanovému prstenci 12, je umístěn olejový tlumič 25, vytvořený jako prstencovitá mezera. Ložiskové pouzdro 13 se skládá z první části pouzdra 26, která je spojena přes můstky 16, 17 s kardanovým prstencem 12 popř. s vnější přírubou 11 a z axiálně protažené druhé části pouzdra 27, přičemž prstencovitá mezera 25 je vytvořena mezi druhou částí pouzdra 27 a ložiskovou skříní 2. V ložiskové skříni 2 20 je umístěn přívod oleje 31, skládající se z přípoje pro tlakový olej 28, spojovacího kanálku 29 a kruhového kanálu 30, přičemž kruhový kanál 30 je vytvořen v axiální vnější oblasti prstencovité mezery 25. Tato je spojena s kruhovým kanálem 30 a oboustranně směrem ven utěsněna pístními kroužky 32.

Rozměry prstencovité mezery 25, t. zn. její šířka a výška vyplývají z tlumicích vlastností, požadovaných pro podpěru ložiska 10. Přípoj pro tlakový olej 28 může být přirozeně také umístěn ve vnější přírubě 11 podpěry ložiska 10. Prstencovitá mezera 25 se může utěsnit směrem ven také jenom jedním pístním kroužkem 32. Jako alternativa jsou samozřejmě vhodné i O-kroužky.

Druh a / nebo počet použitých ložisek 3 se může lišit podle konkrétních provozních podmínek. Například je možné použití jenom jednoho, nebo také tří ložisek 3, přičemž tato mohou být konstruována jako jednoduchá kuličková nebo válečková, ale také jako kluzná ložiska. Mimo to může být taková podpěra ložiska 10 použita také u zde neznázoměného uložení hřídele 1 na straně turbíny.

U prvního příkladného provedení vynálezu jsou kuličková ložiska 3 umístěna radiálně pod olejovým tlumičem 25. K tomu je druhá část pouzdra 27 konstruována v radiálním tvaru mezi ložiskovou skříní 2 a kuličkovými ložisky 3. Má menší vnitřní průměr než první část pouzdra 26 a je opatřená na konci směrem k turbíně vnitřním závitem 33. První část pouzdra 26 má axiální 40 výstupek 34, proti kterému jsou kuličková ložiska 3 přitlačována maticí 35, našroubovanou na vnitřním závitu 33 druhé části pouzdra 27. Tím vzniká mezi podpěrou ložiska 10 a kuličkovými ložisky 3 dotykový spoj, který nedovoluje žádný relativní pohyb obou součástek.

Během provozu turbodmychadla poháněného výfukovými plyny jsou vyskytující se axiální síly 45 3 6 vedeny dotykově od osazení na hřídeli 9 na kuličková ložiska 3 a odtud přes výstupek 34 na ložiskové pouzdro 13. Na základě jednodílné konstrukce podpěry ložiska 10 jsou axiální síly 36 přenášeny plně bez opotřebení přes kardanový prstenec 12, můstky 16, 17 a vnější přírubu 11 na ložiskovou skříň 2. Přitom je kardanový prstenec 12 v axiálním směru co možná nejtužší, to znamená že je konstruován s dostatečnou délkou 37, takže zachycuje axiální síly 36, které se 50 vyskytují během provozu turbodmychadla poháněného výfukovými plyny, bez zaznamenátelných deformací. V podstatě se nechá říci, že s přibývající délkou 37 vnější příruby 11, kardanového prstence 12 a první části pouzdra 26 od ložiskového pouzdra 13 je dosahováno rostoucí axiální tuhosti podpěry ložiska 10 a tím mohou být zachycovány větší axiální síly 36. Vyskytující se

-4CZ 290191 B6 radiální síly 38. jakož i šikmá uložení hřídele 1, jsou zachycovány analogicky jako axiální síly 36.

Přitom teprve čtyři právě o 90° posunuté můstky 16, 17 umožňují dostatečnou radiální poddajnost kardanového prstence 12. Pokud se jedná o šikmé uložení, je kardanový prstenec 12 co možná nejměkčí, to zn. jeho konstrukce je v radiálním směru relativně tenká. Tím může sám vyrovnávat různá šikmá uložení hřídele } pružným zkroucením a zdeformováním. K tomu má kardanový prstenec 12 přesně definovanou, lineární, radiální tuhost pružiny, takže je dosahováno žádané pružinové tlumicí charakteristiky uložení. Při použití kardanového prstence 12, který je v oblasti můstků 16, 17 zesílený, se nechají pnutí, vyskytující se v této oblasti, lépe redukovat, než je možné s kardanovým prstencem konstantní tloušťky.

Olejový tlumič 25 je zásoben olejem například ze spalovacího motoru, spojeného s turbodmychadlem poháněným výfukovými plyny, přes zde nezobrazené olejové čerpadlo, přípoj tlakového oleje 28, spojovací kanálek 29 a kruhový kanál 30. V kruhovém kanálu 30 se olej rovnoměrně rozptyluje po obvodu, takže prstencovitá mezera 25 je dostatečně zásobována tlakovým olejem. Pokud je prstencovitá mezera 25 oboustranně utěsněna pístními kroužky 32, nechá se spotřeba oleje, potřebného k tlumení, udržet relativně nízká, přičemž chladicí účinek je srovnatelně malý. Naproti tomu má jenom jednostranně utěsněná prstencovitá mezera 25 až desetkrát větší spotřebu oleje, má ale v důsledku toho lepší chladicí účinek. Olejový tlumič 25 a kuličková ložiska 3 mohou být zásobeny olejem i samostatně. Olejový tlumič 25 může být zásoben olejem také v kombinaci s běžným, zde nezobrazeným vlastním nebo cizím mazáním kuličkových ložisek 3.

U druhého příkladného provedení vynálezu jsou ložiska 3 tak axiálně posunuta vzhledem k prvnímu příkladnému provedení, že jsou umístěna přímo pod kardanovým prstencem 12. Tím je dán další způsob montáže, který může být za vhodných podmínek užitečný.

Claims (8)

1. Podpěra ložiska pro rychloběžné rotory, zejména pro uložení hřídele turbodmychadla, která je uložena ve skříni (

2) a radiálně podepírá alespoň jedno ložisko (3) oproti skříni (2), přičemž mezi skříní (2) a podpěrou ložiska (10) je vytvořena prstencovitá mezera (25), spojená spřívodem oleje (31) a sloužící jako olejový tlumič, vy z n a č uj í c í se tím, že

a) podpěra ložiska (10) je jednodílná,

b) podpěra ložiska (10) se skládá z vnější příruby (11), spojené se skříní (2), z kardanového prstence (12) a z vnitřního ložiskového pouzdra (13), které uchycuje nejméně jedno ložisko (3),

c) nejen mezi kardanovým prstencem (12) a vnější přírubou (11), ale i mezi kardanovým prstencem (12) a ložiskovým pouzdrem (13) je vytvořeno po jedné obvodové drážce (14,15),

d) kardanový prstenec (12) je spojen s ložiskovým pouzdrem (13), popř. s vnější přírubou (11) pomocí dvou vnitřních můstků (16) a dvou vnějších můstků (17), které přerušují příslušné obvodové drážky (14, 15),

e) mezi ložiskovým pouzdrem (13) a skříní (2) je vytvořena prstencovitá mezera (25), která je axiálně posunuta vzhledem ke kardanovému prstenci (12),

f) nejen na vnější přírubě (11), ale i na skříni (2) je právě alespoň po jedné centrovací ploše (22, 23), které si navzájem odpovídají a jsou umístěny soustředně vzhledem k nejméně jednomu ložisku (3).

5 2. Podpěra ložiska podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní můstky (16) jsou navzájem posunuty o 180° a vnější můstky (17) o právě 90° vzhledem k vnitřním můstkům.

3. Podpěra ložiska podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ložiskové pouzdro (13) se skládá z první části pouzdra (26), která je přes můstky (16, 17) spojena skardanovým

10 prstencem (12) popř. s vnější přírubou (11), a z druhé části pouzdra (27), axiálně umístěné vzhledem k první části pouzdra, přičemž mezi druhou částí pouzdra (27) a skříní (2) je vytvořena prstencovitá mezera (25).

4. Podpěra ložiska podle nároku 3, vyznaču j í cí se t í m , že kardanový prstenec (12) 15 má po celém svém obvodu konstantní tloušťku.

5. Podpěra ložiska podle nároku 3, vyznačuj ící se t í m , že kardanový prstenec (12) je v oblasti můstků (16, 17) v radiálním směru zesílen.

20

6. Podpěra ložiska podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že nejméně jedno ložisko (3) je umístěno radiálně pod kardanovým prstencem (12).

7. Podpěra ložiska podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že nejméně jedno ložisko (3) je umístěno radiálně pod olejovým tlumičem (25).

8. Podpěra ložiska podle jednoho z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m, že přívod oleje (31) pro prstencovitou mezeru (25) je umístěn ve skříni (2) a skládá se z přípoje pro tlakový olej (28), spojovacího kanálku (29) a kruhového kanálu (30).

30 9. Podpěra ložiska podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že přívod oleje (31) pro prstencovitou mezeru (25) se skládá z přípoje pro tlakový olej (28), spojovacího kanálku (29) a kruhového kanálu (30), přičemž přípoj pro tlakový olej (28) je umístěn ve vnější přírubě (11) a spojovací kanálek (29) jakož i kruhový kanál (30) jsou umístěny ve skříni (2).

35 10. Podpěra ložiska podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že vnější příruba (11) je spojena se skříní (2) rozebíratelně.