RU126386U1

RU126386U1 - TURBO COMPRESSOR BEARING ASSEMBLY

Info

Publication number: RU126386U1
Application number: RU2012147610/06U
Authority: RU
Inventors: Екатерина Васильевна Пискунова; Олег Григорьевич Машков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро "Турбина"
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-03-27

Abstract

Подшипниковый узел турбокомпрессора, содержащий корпус подшипника, в котором на радиально-упорном подшипнике скольжения установлен вал ротора, на консолях установлены колесо компрессора и колесо турбины, размещенные каждый в своем корпусе, отличающийся тем, что подшипник, воспринимающий осевое усилие, выполнен в виде подпружинено закрепленного в корпусе упорного подшипника, масляные каналы в корпусе и упорном подшипнике соединяются подпружиненным пистоном, а радиальный подшипник выполнен в виде качающейся втулки, которая ограничена в осевом перемещении и частично в окружном направлении стопорным винтом, и вращающейся втулки, на внутренних и торцевых поверхностях которых имеются радиусные углубления.A bearing assembly of a turbocompressor comprising a bearing housing in which a rotor shaft is mounted on an angular contact sliding bearing, a compressor wheel and a turbine wheel are installed on the consoles, each located in its own housing, characterized in that the bearing, which receives axial force, is made in the form of a spring-loaded fixed in the thrust bearing housing, the oil channels in the housing and the thrust bearing are connected by a spring-loaded piston, and the radial bearing is made in the form of a swing sleeve, which is limited in axial movement and partially in the circumferential direction by a locking screw, and a rotating sleeve, on the inner and end surfaces of which there are radial recesses.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам, применяемым например, для наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания, в частности к подшипниковым узлам.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to turbochargers used, for example, to pressurize reciprocating internal combustion engines, in particular to bearing assemblies.

Известен подшипниковый узел турбокомпрессора (патент на полезную модель №78883, пр. 23.06.2008 МКИ F04D 29/04), содержащий корпус, в котором установлена с зазором плавающая «качающаяся» моновтулка и цилиндрический стопор, удерживающий моновтулку от проворачивания и от осевого перемещения и обеспечивающий свободу ее перемещения. В конструкции такого подшипникового узла турбокомпрессора центральная расточка в корпусе гладкая. На ее внутренней поверхности имеются только два сверления для подвода масла. На наружной поверхности моновтулки имеются кольцевые канавки.A known bearing assembly of a turbocompressor (utility model patent No. 78883, etc. 23.06.2008 MKI F04D 29/04), comprising a housing in which a floating “swinging” mono-sleeve and a cylindrical stopper are installed with a gap, which keeps the mono-sleeve from turning and from axial movement and providing freedom of its movement. In the design of such a bearing assembly of the turbocharger, the central bore in the housing is smooth. On its inner surface there are only two drills for supplying oil. On the outer surface of the mono-bush there are annular grooves.

Недостатки данного подшипникового узла турбокомпрессора: невысокая эффективность смазки трущихся пар подшипников скольжения. В приведенной конструкции подшипникового узла масло подводится в зазор между расточкой в корпусе и наружной поверхностью моновтулки местно, не по всей окружности радиального зазора, с односторонним давлением. Собираясь в кольцевые канавки, масло поступает к внутренним поверхностям двух отдельных подшипников опять же местно - через радиальные отверстия. Кроме того неспособность подшипникового узла воспринимать осевую нагрузку приводит к быстрому износу торцов рабочих поверхностей и к увеличению осевого люфта в процессе эксплуатации, что в итоге уменьшает ресурс работы турбокомпрессора.Disadvantages of this bearing assembly of a turbocompressor: low lubrication efficiency of friction pairs of sliding bearings. In the above design of the bearing assembly, oil is introduced into the gap between the bore in the housing and the outer surface of the mono-sleeve locally, not along the entire circumference of the radial clearance, with one-sided pressure. Gathering in annular grooves, oil flows to the inner surfaces of two separate bearings again locally - through radial holes. In addition, the inability of the bearing unit to absorb axial load leads to rapid wear of the ends of the working surfaces and to an increase in axial play during operation, which ultimately reduces the life of the turbocharger.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является турбокомпрессор (патент на полезную модель №103380, пр. 17.11.10 г. МКИ F02B 37/00), содержащий корпус подшипника, в котором на радиально-упорном подшипнике скольжения установлен вал ротора, на консолях которого установлены колесо компрессора и колесо турбины, размещенные каждый в своем корпусе.The closest to the claimed technical solution for the combination of essential features is a turbocharger (patent for utility model No. 103380, pr. 11/17/10 MKI F02B 37/00), comprising a bearing housing in which a rotor shaft is mounted on an angular contact sliding bearing, on the consoles of which the compressor wheel and turbine wheel are installed, each placed in its own housing.

Радиально-упорный подшипник выполнен в виде жестко закрепленных в корпусе втулки и пяты, на внутренней поверхности которой выполнена клиновидная выборка, образованная плоскостью эвольвенты в направлении вращения ротора и имеющая радиусные углубления в местах расположения масляных каналов, а на торце втулки выполнены радиусные углубления, соединенные клиновидной выборкой в противоположном направлении вращения ротора, а на торце пяты подшипника выполнен паз, от которого в направлении вращения ротора выполнена клиновидная выборка, кроме того, на валу ротора жестко закреплена кольцо подшипника, при этом между торцами пяты, кольца и втулки имеются зазоры. На внутренней поверхности втулки подшипника имеются радиусные углубления в местах расположения масляных каналов.The angular contact bearing is made in the form of bushings and heels rigidly fixed in the housing, on the inner surface of which a wedge-shaped selection is made, formed by the involute plane in the direction of rotation of the rotor and having radial recesses at the locations of the oil channels, and radial recesses connected by a wedge-shaped are made on the end face of the sleeve a sample in the opposite direction of rotation of the rotor, and a groove is made at the end of the bearing heel, from which a wedge-shaped selection is made in the direction of rotation of the rotor, cut In addition, the bearing ring is rigidly fixed on the rotor shaft, while there are gaps between the ends of the heel, ring and sleeve. On the inner surface of the bearing sleeve there are radial recesses at the locations of the oil channels.

Недостатки данного турбокомпрессора: невысокая эффективность смазки трущихся пар подшипников скольжения, плохая приспособленность для работы на переходных режимах. В приведенной конструкции применены жестко закрепленные к корпусу детали подшипникового узла. Такой подшипниковый узел для демпфирования вынужденных колебаний содержит всего один смазочный слой, этот слой ограничен валом ротора и внутренней поверхностью втулки. В такой конструкции подшипника возможно хорошее демпфирование автоколебаний при частотах вращения до 30-40×10^-3 мин^-1 однако большие частоты вращения или при резком изменении величины нагрузки на пяту приведет к срыву масляного слоя и к появлению точечных контактах сухого трения, что ускорит износ рабочих поверхностей в процессе эксплуатации, что в итоге уменьшает ресурс работы турбокомпрессора.Disadvantages of this turbocharger: low lubrication efficiency of friction pairs of sliding bearings, poor adaptability for operation in transient conditions. In the given design, parts of the bearing assembly are rigidly fixed to the housing. Such a bearing assembly for damping forced vibrations contains only one lubricating layer, this layer is limited by the rotor shaft and the inner surface of the sleeve. In this design of the bearing, good self-oscillation damping is possible at rotational speeds up to 30-40 × 10 ^-3 min ^-1 however, high rotational frequencies or with a sharp change in the load on the heel will lead to breakdown of the oil layer and to the appearance of point contacts of dry friction, which will accelerate wear working surfaces during operation, which ultimately reduces the service life of the turbocharger.

В основу предлагаемой полезной модели положена задача, создать подшипниковый узел турбокомпрессора, обеспечивающий повышение срока эксплуатации и надежности работы турбокомпрессора за счет увеличения эффективности смазки трущихся пар радиально-упорного подшипника скольжения.The proposed utility model is based on the task of creating a bearing assembly of a turbocompressor that provides increased service life and reliability of a turbocompressor by increasing the lubrication efficiency of friction pairs of an angular contact sliding bearing.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве подшипникового узла турбокомпрессора, содержащем корпус подшипника, в котором на радиально-упорном подшипнике скольжения установлен вал ротора, на консолях установлены колесо компрессора и колесо турбины, размещенные каждый в своем корпусе, подшипник воспринимающий осевое усилие, выполнен в виде подпружинено закрепленного в корпусе упорного подшипника, масляные каналы в корпусе и упорном подшипнике соединяются подпружиненным пистоном, а радиальный подшипник выполнен в виде качающейся втулки, которая ограничена в осевом перемещении и частично в окружном направлении стопорным винтом, и вращающейся втулки, на внутренних и торцевых поверхностях которых, имеются радиусные углубления.To solve this problem, in a known device of a bearing assembly of a turbocompressor, comprising a bearing housing in which a rotor shaft is mounted on an angular contact sliding bearing, a compressor wheel and a turbine wheel are installed on the consoles, each located in its own housing, the bearing receiving axial force, made in the form spring-loaded thrust bearing fixed in the housing, oil channels in the housing and thrust bearing are connected by a spring-loaded piston, and the radial bearing is made in the form of a yuscheysya sleeve, which is limited in axial movement and partially in the circumferential direction of the locking screw and the rotary sleeve and on the inner end surfaces of which are recess radius.

Наличие подпружинивания упорного подшипника позволяет значительно снизить динамические нагрузки на него при резком изменении величины осевой нагрузки, тем самым исключается срыв масляного слоя и наличие точечного контакта деталей, вследствие этого отсутствует сухое трение на любых режимах работы турбокомпрессора.The presence of spring-loaded thrust bearing can significantly reduce the dynamic load on it with a sharp change in the magnitude of the axial load, thereby eliminating the breakdown of the oil layer and the presence of point contact of parts, as a result of which there is no dry friction at any operating conditions of the turbocharger.

Пакет плавающих втулок увеличивает несущую рабочую поверхность радиального подшипника, позволяет снизить динамические нагрузки на него за счет дополнительного масляного слоя, также снижаются окружные скорости, что дает наличие устойчивого масляного слоя на широких частотах вращения ротора. Применение подпружиненного пистона для соединения масляных каналов пяты и корпуса позволяет в полном объеме и без потери давления подводить масло к рабочим поверхностям пяты, тем самым резко снижается износ трущихся поверхностей.A package of floating sleeves increases the bearing working surface of the radial bearing, reduces dynamic loads on it due to an additional oil layer, and peripheral speeds also decrease, which makes it possible to have a stable oil layer at wide rotor speeds. The use of a spring-loaded piston for connecting the oil channels of the heel and the body allows the oil to be supplied to the working surfaces of the heel in full and without loss of pressure, thereby greatly reducing the wear of rubbing surfaces.

Выполнение на торцевых поверхностях упорного подшипника радиусных углублений, позволяет много кратно увеличить давление масла за счет клиновидности пазов и наличия центробежной силы и оказать давление в осевом направлении на вал ротора и автоматически воспринимать осевые нагрузки.The implementation on the end surfaces of the thrust bearing of the radial recesses, allows you to multiply increase the oil pressure due to the wedge-shaped grooves and the presence of centrifugal force and exert axial pressure on the rotor shaft and automatically absorb axial loads.

Наличие кольцевых маслораспределительных полостей и осевых продольных пазов на внутренних поверхностях втулок позволяет обеспечить равномерный подвод масла к цилиндрическим опорным поверхностям. Наличие радиальных пазов на торцевых поверхностях втулки вращающейся обеспечивает работу вращающейся втулки при ее крайних положениях. В совокупности существенные признаки позволяют автоматически поддерживать зазор между трущимися поверхностями подшипника, воспринимая при этом все радиальные и осевые нагрузки, обеспечить высокую эффективность смазки трущихся пар подшипника скольжения, снизить износ подшипника и повысить ресурс работы турбокомпрессора.The presence of annular oil distribution cavities and axial longitudinal grooves on the inner surfaces of the bushings allows for an even supply of oil to the cylindrical supporting surfaces. The presence of radial grooves on the end surfaces of the rotary sleeve ensures the operation of the rotating sleeve at its extreme positions. In aggregate, the essential features make it possible to automatically maintain the gap between the rubbing surfaces of the bearing, while absorbing all radial and axial loads, to ensure high lubrication of the rubbing pairs of the sliding bearing, reduce bearing wear and increase the service life of the turbocharger.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:The claimed technical solution is illustrated by the drawings:

Фиг.1 - Турбокомпрессор, общий вид в разрезе;Figure 1 - Turbocharger, a General view in section;

Фиг.2 - Выносной элемент А;Figure 2 - Remote element A;

Фиг.3 - Разрез Б-Б;Figure 3 - Section BB;

Фиг.4 - Разрез В-В;Figure 4 - Section bb;

Фиг.5 - Разрез Г-ГFigure 5 - Section GG

Устройство подшипникового узла турбокомпрессора выполнено в среднем корпусе турбокомпрессора 1 (фиг.1), в котором установлена втулка качающаяся 2, зафиксированная от осевых перемещений винтом 3, во втулке качающейся установлена втулка вращающаяся 4, во втулке вращающейся установлен вал ротора турбокомпрессора 5. В среднем корпусе установлен корпус подшипника 6, внутри которого размещены подшипник упорный 7, подпружиненный набор колец 8, масляный канал упорного подшипника соединен с масляным каналом среднего корпуса с помощью маслоподводящего пистона 9. На валу ротора неподвижно установлены пята 10 и кольцедержатель 11.The bearing assembly of the turbocharger is made in the middle case of the turbocharger 1 (Fig. 1), in which the swinging sleeve 2 is mounted, fixed from axial movements by a screw 3, the rotating sleeve 4 is installed in the swinging sleeve, and the rotor shaft of the turbocompressor 5 is installed in the rotating sleeve; In the middle case a bearing housing 6 is installed, inside of which a thrust bearing 7 is placed, a spring-loaded set of rings 8, the oil channel of the thrust bearing is connected to the oil channel of the middle housing using oil supply 9. At its pistons rotor shaft fixedly mounted koltsederzhatel heel 10 and 11.

На внутренних поверхностях втулки качающейся 2 и втулки вращающейся 4 выполнены осевые пазы радиусного сечения 13 (фиг.3), на торцевых поверхностях втулки вращающейся 4 выполнены радиальные пазы радиусного сечения 14 (фиг.5). На внутренних поверхностях центральной расточки корпуса и втулок имеются кольцевые маслораспределительные полости 15 (фиг.1). На рабочих поверхностях опорного подшипника выполнены специальные клиновидные канавки 16 (фиг.4).On the inner surfaces of the sleeve swinging 2 and the sleeve rotating 4 made axial grooves of radius section 13 (Fig.3), on the end surfaces of the sleeve of rotating 4 made radial grooves of radius section 14 (Fig.5). On the inner surfaces of the central bore of the housing and bushings there are annular oil distribution cavities 15 (figure 1). On the working surfaces of the thrust bearing, special wedge-shaped grooves 16 are made (Fig. 4).

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 заполняется маслом. Затем запускают двигатель (на фиг. не показан) и выхлопные газы из двигателя поступают в корпус турбины и приводят во вращение колесо турбины и через вал 5 колесо компрессора. Вал ротора 5 вращается во втулке вращающейся 4, а та в свою очередь во втулке качающейся 2 и обе детали ограничены в осевом перемещении с одной стороны пятой, с другой выступом на вале ротора 5. Масло из системы смазки двигателя под давлением через масляный канал 17 подается на упорный подшипник через подпружиненный маслоподводящий пистон 9, и на втулку качающуюся 2. В упорном подшипнике 7, через канал 18 масло подводится к центральной части упорного подшипника, при этом масло контактирует с вращающимися деталями. За счет центробежной силы масляная пленка начинает перемещаться от центра по рабочим поверхностям пяты 10 и кольцедержателя 11, при этом заполняя все полости на упорном подшипнике 7. За счет клиновидных полостей 16 на рабочих поверхностях упорного подшипника 7 при вращении деталей ротора образуется масляный клин, что многократно увеличивает давление масла, действующего в осевом направлении, сдвигая пяту 10, закрепленную на валу 5, что гарантирует наличие масляной пленки и отсутствие касания трущихся деталей. За счет величины зазора Д дозируется подача масла в полости Е и Ж. После попадания масла в полости Е и/или Ж масло беспрепятственно сливается в масляную магистраль двигателя (на фиг. не показано). Остальное масло подаваемое через канал поступает в масляные полости втулки качающейся 2 и втулки вращающейся 4, а оттуда попадает в осевые каналы 13 этих втулок. При вращении вала 5 в радиальном зазоре между валом 5 и втулкой вращающейся 4, и втулкой качающейся 2 (имеется эксцентриситет) образуется масляный клин который приподнимает вал 5 и стремится выровнить толщину масляного слоя, тем самым за счет наличия масляного слоя по всей окружности, поверхности втулок не соприкасаются. Втулка вращающаяся 4 из-за наличия сил трения начинает тоже работать в качающейся втулке 2 по такому же принципу, как и вал 5 внутри вращающейся втулки 4, при этом в зазоре между втулками образуется равномерная масляная пленка. При остановке работы двигателя и отключения масляной системы, масло из турбокомпрессора вытекает не полностью, оно остается в масляных полостях 15 втулок и при кратковременном отсутствии подачи масла из системы смазки двигателя и при работающем турбокомпрессоре подшипниковый узел турбокомпрессора работает в благоприятных условиях.The bearing assembly of the turbocharger operates as follows. Before starting the engine (not shown in FIG.), An oil pump is included, with which all the clearances of the bearing assembly of the turbocharger are filled with oil from the lubrication system. Then the engine is started (not shown in FIG.) And the exhaust gases from the engine enter the turbine housing and drive the turbine wheel and through the shaft 5 the compressor wheel. The rotor shaft 5 rotates in the rotary bushing 4, and that in turn rotates in the bushing 2, and both parts are axially displaced on the fifth side, on the other side by a protrusion on the rotor shaft 5. Oil is supplied from the engine lubrication system under pressure through the oil channel 17 on the thrust bearing through a spring-loaded oil supply piston 9, and on the swinging sleeve 2. In the thrust bearing 7, through the channel 18, oil is supplied to the central part of the thrust bearing, while the oil is in contact with rotating parts. Due to the centrifugal force, the oil film begins to move from the center along the working surfaces of the heel 10 and the ring holder 11, while filling all the cavities on the thrust bearing 7. Due to the wedge-shaped cavities 16 on the working surfaces of the thrust bearing 7, an oil wedge is formed during rotation of the rotor parts, which repeatedly increases the pressure of the oil acting in the axial direction, shifting the heel 10, mounted on the shaft 5, which guarantees the presence of an oil film and the absence of touching rubbing parts. Due to the size of the gap D, the oil supply is dosed into the cavities E and G. After the oil enters the cavities E and / or F, the oil is freely drained into the engine oil line (not shown in Fig.). The rest of the oil supplied through the channel enters the oil cavities of the sleeve of the swinging 2 and sleeve rotating 4, and from there it enters the axial channels 13 of these bushings. When the shaft 5 is rotated in the radial clearance between the shaft 5 and the sleeve rotating 4, and the sleeve 2 is swinging (there is an eccentricity) an oil wedge is formed which raises the shaft 5 and tends to equalize the thickness of the oil layer, thereby due to the presence of the oil layer around the entire circumference, the surface of the bushings do not touch. The sleeve rotating 4 due to the presence of friction forces also begins to work in the swinging sleeve 2 according to the same principle as the shaft 5 inside the rotating sleeve 4, while a uniform oil film is formed in the gap between the bushings. When the engine is stopped and the oil system is turned off, oil from the turbocharger does not flow out completely, it remains in the oil cavities of 15 bushes and with a brief absence of oil supply from the engine lubrication system and with the turbocharger running, the bearing assembly of the turbocharger operates in favorable conditions.

Перечисленные существенные отличия заявляемого технического решения, от аналогов, позволяет создать подшипниковый узел турбокомпрессора с гидродинамическими свойствами, за счет обеспечения трущихся пар полностью жидкостным трением скольжения и обеспечивающим многократное снижение коэффициента трения, по сравнению с показателями известных в технике подшипников скольжения.The above significant differences of the claimed technical solution from its analogues make it possible to create a bearing assembly of a turbocompressor with hydrodynamic properties, by providing friction pairs with completely liquid sliding friction and providing a multiple decrease in the friction coefficient, compared with the indices known in sliding bearing technology.

Таким образом, предложенная конструкция подшипникового узла турбокомпрессора позволяет поддерживать наличие зазора между трущимися поверхностями подшипника, воспринимая при этом все радиальные и осевые нагрузки, обеспечивая полное жидкостное трение, снижение износа подшипника и повышение ресурса работы турбокомпрессора.Thus, the proposed design of the bearing assembly of the turbocharger allows you to maintain a gap between the friction surfaces of the bearing, while absorbing all radial and axial loads, providing complete fluid friction, reducing bearing wear and increasing the life of the turbocharger.

Claims

A bearing assembly of a turbocompressor comprising a bearing housing in which a rotor shaft is mounted on an angular contact sliding bearing, a compressor wheel and a turbine wheel are installed on the consoles, each located in its own housing, characterized in that the bearing receiving axial force is made in the form of a spring-loaded fixed in the thrust bearing housing, the oil channels in the housing and the thrust bearing are connected by a spring-loaded piston, and the radial bearing is made in the form of a swing sleeve, which is limited in axial movement and partially in the circumferential direction by a locking screw, and a rotating sleeve, on the inner and end surfaces of which there are radial recesses.