CZ343195A3

CZ343195A3 - Self-lubrication method of turbo-set rolling-contact bearings and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ343195A3
Application number: CZ953431A
Authority: CZ
Inventors: Markus Ing Loos
Original assignee: Abb Management Ag
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1996-07-17
Also published as: EP0718541A1; CN1135567A; PL177666B1; PL311919A1; CN1064737C; KR960023881A; JPH08218812A; DE4445957A1; US5735676A

Description

Qbiast_ ί: ί ίίϊ

Vynález se týká způsobu a zařízení pro samomazání valivých ložisek turbostrojů, s výhodou uvnitř uložených turbokompresorů.

£°3ayadní_stay_techniky

Pro napájení valivých ložisek turbostrojů olejem se často používají samomazací systémy, které nevyžaduji žádné externí olejové čerpadlo,

Z CH-A-4 51 714 je známé samonasávací odstředivé mazací čerpadlo, Na konci hřídele turbostroje upravená jednotka sestává v podstatě z odstředivky se vzdouvacím okrajem a z na r.ěj navazujícími pomocnými kanály pro odvádění přebytečného mazacího oleje, jakož i z rotujícího čerpadlového rotoru s radiálními otvory. Působením odstředivých sil na sloupce vzduchu rotující v otvorech se vytváří podtlak, prostřednictvím kterého je olej nasáván přes olejové nasávací potrubí z olejová jímky do odstředivky. Uvedený okraj a pomocné kanály .zabraňují tomu, aby tento olej neodtékal * přes otvory kotouče. Působí tedy jako oddělovací místo mezi nasávaným mazacím olejem a mezi sloupky vzduchu, které vytvářejí podtlak. Olej, který rotuje v odstředivce, vytváří potřebný olejový tlak pro vstřikování. Tak je olej vstřikován z odstředivky prostřednictvím axiálních otvorů \prímo do valivých ložisek.a potom může opět odtékat do ole♦

jové jímky

S takovým samomazáníns lze podstatně zlepšit pohotovost turbokompresoru ve srovnání a použitím externích mazacích olejových čerpadel, Mimoto takové saraonasávací čerpadlo nevyžaduje žádný samostatný pohon a vytváří tak menší nároky na prostor,

1'erto systém lze velmi konstrukčně jednoduše vytvořit·, pokud je odstředivka upravena na konci hřídele a pokud je možné nasávat olej v axiálním směru a centrálně, /J uvnitř uložených turbostrojů, to znamená když jsou ložiska upravena mezi kolect turbiny a kolem kompresoru, je však realizace podstatně nákladnější. Z EF-B1-01 23 991 je známé takové řešení pro uvnitř uložené turbokosnpresory.

U takového čerpadla však nelze využívat v odstředivce vznikající tlak mazacího oleje· přímo pro jeho vstřikování do valivých ložisek, jak je to možné u řešení podle CH-A4S1 714. l’o spočívá především v tom, že u uvnitř uložených turbokompresorů není možné přivádět mazací olej axiálně centrálně, Mimoto nelze oddělovací místo mezi nasávaným mazacím olejem a mezi sloupkem vzduchu, vytvářejícím podtlak, také uspořádat v blízkosti osy hřídele, S tomu účelu vytvořené plej^vé uzavírací otvory jsou sice pokud možno blízko , hřídele, avšak přídavně zmenšují stavební prostor, který je k dispozici. Proto je vnitřní poloměr v odstředivce rotujícího prstence mazacího oleje větší, než poloměr, na kterém jsou upraveny vstřikovací trysky. Podmínkou pro účinné vstřikování by však byl opačný poměr obou poloměrů.

Aby se navzdory uvedeným problémům umožnil přívod mažacího oleje k valivým ložiskům, využívá se v odstředivce na olej přenášené víření. K tomu jsou však potřebné další kanály a potrubí. Ty nejen že komplikují a zvyšují cenu Čerpadla, avšak vyžadují také přídavný stavební prostor.

Z EP-B1-O1 23 939 je známé podobné řešení, u kterého se vytváří podtlak působením odstředivého účinku v čerpadlovém rotoru. Mazací olej je přitom nasáván skrz valivá ložiska do dvou odstředivek. Tím dosažitelný tlakový rozdíl pro mazání ložisek je relativně malý. Při vysokém počtu otáček může dojít i k tomu, že mazací olej nepronikne vzduchovým vířením, které obklopuje ložisko, T-aké zde není možné odstředivkami vytvářený tlak mazacího oleje využít pro vstřikování mazacího oleje do úložných míst. Odstředivky tak slouží hlavně pro odlučování nečistot.

Společná nevýhoda všech uvedených řešení spočívá v tom, že podtlak, který je potřebný pro nasávání mazacího ole~ ley^íitiun—být—n-e-jnt^v-f;—vy-fev-ář-RntA^-Qd^-tř-a.d-ivJi.á.ch·. ’< tomu účelu na hřídeli turbokomprescru uspořádaný čerpadlový rotor však zmenšuje výkon turbokompresoru.

Podstata vynálezu

Vynález se snaží odstranit všechny tato nedostatky. Klade si za úkol vytvořit jednoduchý a ekonomicky výhodný způ «ob samo»nazání valivých ložisek turbostrojů, s výhodou uvnitř uložených turbokompresoru a shodné, pokud možno konstrukčně malé zařízení pro provádění tohoto způsobu*

Podle vynálezu se toho dosahuje tím, že u způsobu podle předvýznakové Části patentového nároku 1 se tlakové roz4 díly, které stejně v turbostroji panují, využívají pro nasávání mazacího olo.je do odstředivek. Aiimoto se v odstředivkách vytvořený tlak přímo používá pro vstřikování mazacího oleje do valivých ložisek. Tento způsob má tu výhodu, že podtlak, potřebný pro nasávání mazacího oleje, již není třeba zvláště vytvářet. Zejména tak není potřebný žádný čerpadlový rotor, č-í-rož ae v oblasti čerpadla potřebuje méně sta vebního, případně konstrukčního prostoru. Přímé vstřikování mazacího oleje z odstředivek do valivých Ložisek má také......za následek úsporu koostrukčníxh součástí a tím i konstrukčního prostoru.

U prvního uspořádání podle vynálezu je v olejové jímce normální tlak, zatímco mazací olej se o sobě známým způsobem prostřednictvím podtlaku dostává do odstředivky. Tento podtlak je dodáván stejně podtlak vytvářející oblastí turbostroje, například ze vstupu kompresoru. K tomu účelu je uspořádán kolem hřídele v klidové poloze prstencový element, který vytváří podtlak a který je vytvořen jako podtlaková komora. Tato podtlaková komora je spojena prostřednictvím olejového nasávacího potrubí s olejovou jímkou a prostřednictvím prvního vzduchového potrubí s tou oblastí turbostroje, která má proti olejové jímce podtlak. To může být kromě vstupu kompresoru také výstup turbiny. Mezi mazacím olejem, který je v odstředivce, a mezi podtlakovou oblastí je uspořádáno oddělovací místo, a to s výhodou v prvním vzduchovém potrubí. Olejová jímka je prostřednictvím druhého vzduchového potrubí spojena s přetlakovou oblastí turbostroje. Jako přetlaková oblast se například využívá okolní prostředí.

b tohoto čerpadla je vnitrní poloměr v odstředivkách rotujíoích prstenců mazacího oleje menší než poloměr, na kterém jsou upraveny vstřikovací trysky* Teprve tím se také u uvnitř uložených turbokompresorů umožní využít tlaku mazacího oleje, který se vytvoří v odstředivce, přímo pro jeho vstřikování do valivých ložisek,

První vzduchové potrubí vyústuje ve stěnové navrtávce podtlakové oblasti. Zvláště účelné je, když je ve stěnové navrtávce uspořádáno duté těleso, které zasahuje do vstupu kompresoru, případně výstupu turbíny, které je opatřeno bočními otvory a které jo spojeno se vzduchovým potrubím. Tím se zvýší využitelný podtlak v této oblasti turbostroje, což zabezpečí tlakový rozdíl mezi olejovou jímkou a mezí odstředivkami, který je potřebný pro nasávání mazacího oleje i při nízkém počtu otáček. Alternativně k tomu je v oblasti podtlaku uspořádána nejméně jedna tryska, která je na svém tryskovém ^rdlu spojena s prvním vzduchovým potrubím. Prostřednictvím zúžení proudění v takové trysce se dále zvětší podtlak využitelný pro nasávání.

Dále je výhodné, když je v olejové jímce uspořádáno chladicí ústrojí. Tukové chlazení se ukázalo jako výhedné zejména u turbokomprešorů, protože jinak by turbínový ohřev vedl k značnému nárůstu, teplot mazacího oleje.

Podle dalšího uspořádání vynálezu panuje v odstředivkách normální tlak a v olejové jímce přetlak, přičemž první z nich se přivádí z okolního prostředí a posledně uvedený z té oblasti turbostroje, kde je stejně vytvářen přetlak.

K tomu účelu je olejová jímka nejméně do značné míry vytvořena plyrotěsne. Podtlaková komora je spojena prostřednictvím prvního vzduchového potrubí s okolním prostředím a olejová jímka je spojena prostřednictvím druhého vzduchového potrubí s výstupem kompresoru.

Prostřednictvím tohoto způsobu, případně odpovídajícího zařízení se vytvářejí i při velmi nízkém zatížení relativně velké tlakové rozdíly mezi olejovou jímkou a mezi odstředivkou· Tím je zabezpečeno olejové napájení valivých ložisek při všech provozních podmínkách·

Přehled. - ...............

* *

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou Částí, na které je znázorněn uvnitř uložený turbokompresor s čerpadlem mazacího oleje·

Na obr· 1 je schematicky znázorněn turbokompresor v prvním příkladu provedení. ^tJa obr. 2 je znázorněn dílčí podélný řez turbokompresorem podle obr· 1 v oblasti čerpadla i„azacího oleje.

Na obr· 3 je ve větším měřítku znázorněn výřez té oblasti turbokompresoru, která má podtlak·

Na obr, 4 je znázorněno vyobrazení, které odpovídá obr. 3, avšak s tryskou, uspořádanou ve vstupu kompresoru.

^va obr. 5 je schematicky znázorněn turbokompresor podle druhého příkladu provedení.

Na obrázcích jsou znázorněny jen ty elementy, které jsou podstatné pro porozumění vynálezu. Směr proudění mazacího oleje je označen šipkami.

Příklady

X

Hřídel X turbokompresoru je uložen jak na turbínové ložiskové straně, tak i na kompresorové ložiskové straně vidy prostřednictvím jednoho valivého ložiska 2· hřídeli X a mezi valivými ložisky 2, 3 jsou v jedné úložné skříni 8 uspořádány dvě odstředivky 4, Mezi nimi je prstencový element vytvářející podtlakovou komoru 6, jak je to patrno z obr. 1 c obr. 2.

Podtlaková koniora 6 není otočná, to znamená, že je na úložné skříni 5 upevněna v klidovém stavu. Ve své centrální oblasti 7 je otevřená ve směru k odstředivkám 4. Mezi podtlakovou komorou 6 a mezi rotujícími odstředivkami 4 jsou uspořádána těsnání 8, vytvořená ve tvaru pístových kroužků, jak je to patrno z obr. 2, které zajiátují utěsnění odstře^ dívek 4 proti olejové jímce 12. Odstředivky 4 jsou prostřednictvím axiálních mazacích otvorů 9, které mají vždy jednu vstřikovací trysku 10, spojeny s valivými loži3ky 2, 3. Podtlaková komora 6 je prostřednictvím nasávacího potrubí 11 oleje spojena s olejovou jímkou 12. Přitom je vstupní otvor 13 nasávacího potrubí 11 oleje uspořádán přímo pod hřídelem χ. Podtlaková komora o. je prostřednictvím prvního vzduchového potrubí 14 spojena s podtlakovou oblastí 15 turbokompresoru, u daného provedení s kompresorovým vstupem 16, viz obr. 1. Samozřejmě může být také spojena s turbínovým výstupem 17 nebo s jinou podtlakovou oblastí 15 turbokompresoru.

*

Olejová jímka 12 je prostřednictvím druhého vzduchového potrubí 18 opojena s okolním prostředím 22, které proti kompresorovému V3tupu 16, případně proti podtlakové komoře 2 vytváří přetlakovou oblast 20. Přídavně je v olejové jímce 12 uspořádáno chladicí ústrojí 21» které je vytvořeno jako vodní chlazení.

Jako oddělovací místo 22 mezi mazacím olejem 22, přiváděným do odstředivek 4, a mezi kompresorovým vstupem 16 je uspořádán plovákový ventil, který .je upraven.v prvním — vzduchovém potrubí 14. Samozřejmě mohou být použity i jiné prostředky se shodnou funkcí, například hydraulický sifon»

První vzduchové potrubí 1.4 vyúsluje ve stěnové navrtávce 24 kompresorového vstupu 16. viz °^^r* -· Místo jednoduché stěnové navrtávky je u dalšího příkladu provedení vynálezu uspořádáno jako válcová trubka vytvořené duté těleso 26. které zasahuje do·kompresorového vstupu 16. které je opatřeno bočními otvory 25 a které jé spojeno· s prvním vzduchovým potrubíiL 14, jak je to znázorněno na obr. 3.

U dalšího příkladu provedení je v kompresorovém vstupu místo dutého tělesa 26 uspořádána tryska 27, která je na svém tryskovém hrdle 28, to je v místě nejmeršího statického tlaku, spojena s prvním vzduchovým potrubím 14, jak je to patrno z obr» 4.

Při provozu zařízení je v podtlakové komoře ji z kompresorového vstupu 16 vytvářen prostřednictvím prvního vzduchového potrubí 14 podtlak proti normálnímu tlaku okolního prostředí 19, který panuje v olejové jímce 12. Tento tlakový rozdíl se využívá pro dopravování mazacího oleje 23 do odstředivek 4. Olejová hladina v podtlakové komoře 6 se nastaví v souladu s tlakovým rozdílem, přičemž pro nasávání postačí zhruba 10 mbarů. Plovákový ventil oddělovacího místa 22 přitom zabrání vniknutí mazacího oleje 23 do prvního vzduchového potrubí 14, případně dokkompresorového vstupu p '

16.

Vzhledem k tomu, že vstupní otvor 13 nasávacího potrubí II oleje je uspořádán přímo pod hřídelem .1, nemůže mazací olej 23 v klidovém stavu turbokompresoru beze zbytku pronikat z podtlakové komory Jo nazpět do olejové jímky 12. Tím se zajistí výhodné mazání valivých ložisek 3, 3 již bezprostředně po obnoveném spuštění turbokompresoru.

Vzhledem k uspořádání a zvláštnímu vytvoření trubičkového dutého tělesa 26, které zasahuje do kompresorového vstupu 16, se zvýší využitelný podtlak, to znamená, že se také zvýší tlakový rozdíl. Tím se zabezpečí tlakový rozdíl mezi olejovou jtmEču^-1~2~a^ezl~pOdt-i-a-kOVOu—k-omor-ou—3-,—který—je—:— potřebný pro nasávání mazacího oleje 23, již*také při nízkém počtu otáček. , · ·

Mazací olej 23 prochází přes podtlakovou komoru 6 do odstředivek 4, které jsou s ní spojeny. Na podkladě působení odstředivé síly se tam vždy vytváří rotující prstenec 29 mazacího oleje. Vnitřní poloměr prstence 29 mazacího oleje, rotujícího v odstředivkách 4, je menší než poloměr, na kterém jsou upravený vstřikovací trysky 10.. Tím se umožní také u uvnitř upravených turbokompresorů využívat tlak mazacího oleje 23, vytvářený v odstředivkách 4, přímo pro jeho vstřikování do valivých loži33k 2,, 3. Tento tlak je dvojnásobně a trojnásobně vyšší než ten, který je potřebný pro nasávání mazacího oleje 23. Nakonec se dostává mazací olej 23 opět nazpět do olejové jímky 12. Fřitom se ukázalo jako velmi výhodné chladicí ústrojí 21. vytvořené jako vodní chlazení, protože zejména ohřev turbíny by vedl ke značnému nárůstu teplot mazacího oleje 13.

U dalšího příkladu provedení je s olejovou jímkou 12 spojená podtlaková komora 6 prostřednictvím prvního vzduchového potrubí 14 ve spojení s okolním prostředím 19, V tom to prvním vzduchovém, potrubí 1.4 je jako oddělovací místo 22 uspořádán plovákový ventil. Olejová jímka 12 je vytvořena plynotásne 3 jo prostřednictvím druhého vzduchového potrubí 13 spojena s výstupem 30 kompresoru, vytvářejícím vzhledem k podtlakové komoře S přetlakovou oblast 20, viz obr. 5, Druhé vzduchové potrubí 13 přitom vyústuje ve stěnové navrtávce 31 výstupu 30 kompresoru.

Při provozu tohoto zařízení je v olejové jímce .12 aplikován prostřednictvím druhého.vzduchového potrubí 18 přetlak z výstupu 30 kompresoru. Na podkladě působení normálního tlaku okolního prostředí 19 v podtlakové komoře 6 se opět vytváří tlakový rozdíl, který se využívá pro pří* ς vod mazacího oleje 23 do odstředivek 4. Všechny další procesy se uskutečňují v podstatě analogicky jako u prvního příkladu provedení.

Claims

patentové nároky

1,

Způsob samomazání valivých ložisek turbostřoju, které mají turbínovou a kompresorovou .ložiskovou strunu, s výhodou uvnitř uložených turbokompresorů, u kterého sc jednak na každé ložiskové straně vytváří prostřednictvím hydraulické odstředivky tlak v mazacím oleji a ten se vstřikuje do valivých ložisek, jednak se provádí nasávání mazacího oleje na podkladě tlakového rozdílu mezi odstředivkami a mezi olejovou jímkou, přičemž v odstředivkách se vytváří nižší tlak než v olejové jímce, a jednak se .zs.bra.nuje odtékání mazacího oleje do oblasti nižšího tia;u, vyznačující se t í m , že tlakové rozdíly, které jsou v turbostroji, se používají k nasávání mazacího oleje do odstředivek a v odstředivkách vytvořen)' tlak se používá přímo pro vstřikování mazacího oleje do valivých ložisek·
2, Způsob podle nároku .1, v y z r. a č u i í c í s e t^—í m , že o sobě známým způsobem panuje v olejově jímce normální tlak εν odstředivkách podtlak, který se v sak-.vy tváří podtlakovou oblastí turbostroje, a výhodou kompresorovým vstupem· ,.
3. Způsob podle nároku 1, vyznaču j ící 3 e tím, že v odstředivkách partije norm/.-lrí tlak a v olejové jímce se vytváří přetlak, přičemž první z nich se přivádí z okolního prostředí a druhý z rich se přivádí z přetlakové oblasti turbostroje, s výhodou z výstupu kompresoru·
4. Zařízení pře samomazání valivých ložisek turbostrojů, které mají turbínovou a kompresorovou ložiskovou stranu,

12 s výhodou uvnitř uložených turbokompresorů, sestávající jednak z na každé straně ložiska na hřídeli turbostroje uspořádaných odstředivek & axiálními mazacími otvory, jednak z nasávacího potrubí oleje, které je svým spodním koncem ponořeno do olejové jímky a na svém horním konci je spojeno s odstředivkami, a jednak ž prstencově kolem hřídele uspořádaného β-1-omen-tu, který je ve 'svér. centrální oblasti spojen, s odstředivkami a vytvař Ju jim podtlak proti olejové jímce, v y z na č u. j í c í .. .s e t- í m- ,.......

že jednak je podtlak vytvářející element uspořádán v klidové poloze a je vytvořen jako podtlaková komora (6), jednak je podtlaková komora (o) spojena prostřednictvím nasávacího potrubí (11) oleje s olejovou jímkou (12) a prostřednictvím prvního vzduchového potrubí (14) s podtlakovou oblastí (15) turbostroje,' jednak je mezi mazacím olejem (23) v odstředivce (4) a mezi podtlakovou oblastí (15) uspořádáno oddělovací místo (22), s výhodou v prvním vzduchovém potrubí (14/, a jednak je olejová jímka (12) spojena pro-, střeúnictvím druhého vzduchového potrubí (18) s přetlakovou oblastí (20) turbostroje.
5. Zařízeni podle nároku 4, vyznačující se tím, že podtlaková komora (ó) je prostřednictvím prvního vzduchového potrubí (14) spojena s kompresorovým vstupem (ló) nebo 3 turbínovým výstupem (17) a olejová jímka (12) je spojena prostřednictvím druhého vzduchového potrubí (13) s okolním prostředím (19).
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že první vzduchové potrubí (14) vyústuje ve stěnová navrtávce (24) podtlakové oblasti (15).
7, Zařízení podle nároku ó, . vyznačující se tím, že ve stěnové..; navrtávce (24) je uspořádáno nejméně jedno duté těleso (26), které zasahuje do podtlakové oblasti (15), které je opatřeno nejméně jedním bočním otvorem (25) a které je spojeno s prvním vzduchovým potrubím (14).
8« Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že v podtlakové oblasti (15) je uspořádána nejméně jedna tryska (27) a na svém tryskovém hrdle (23) je spojena s prvním vzduchovým potrubím (H).
9· Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že olejová jímka (12) je nejméně do značné míry vytvořena plynotesněj podtlaková komora (6) je prostřed nictvím prvního vzduchového potrubí (14) spojena s okolním prostředím (ld) a olejová jímka (12) je prostřednictvím druhého vzduchového potrubí ÍH5Ť~^pTrýeTra-^s—výs^t-u-pem— (10) kompresoru. .
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že druhé vzduchové potrubí (13) je prostřednictvím stěnové navrtávky (31) spojeno s výstupem (30) kompresoru.
11. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 4 až 10, vyznačující se tím, že v olejové jímce (12) je uspořádáno chladicí ústrojí (21),
12. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 4 až 11, vy značu jící se tím, že oddělovací místo (22) je vytvořeno jako plovákový ventil.