Високошвидкісний ротор нагнітальної машини (варіанти)

1 Високошвидкісний ротор нагнітальної машини, переважно елеісгро- і турбокомпресора, що містить один або два КІНЦІ вала, на кожному з яких установлений пакет деталей, який включає колесо компресора, стягнутого на КІНЦІ вала гайкою, що має з боку торця втулки колеса компресора випуклу сферичну поверхню, який відрізняється тим, що ротор забезпечений шайбами, кожна з яких розташована між торцем втулки колеса компресора і гайкою, причому з одного боку шайба має уві гнуту сферичну поверхню, що прилягає до випуклої сферичної поверхні гайки, а з іншого боку плоску, прилеглу до плоского торця втулки колеса компресора, при цьому на кожній втулці колеса компресора виконана кільцева канавка, яка розташована між лопатками і торцем втулки колеса компресора 2 Високошвидкісний ротор нагнітальної машини, переважно електро-1 турбокомпресора, що містить один або два КІНЦІ вала, на кожному з яких установлений пакет деталей, який включає колесо компресора, стягнутого на КІНЦІ вала гайкою, що має з боку торця втулки колеса компресора випуклу сферичну поверхню, який відрізняється тим, що на кожній втулці колеса компресора виконана кільцева канавка, що розташована між лопатками і торцем втулки колеса компресора, що має увігнуту сферичну поверхню Група винаходів відноситься до машинобудування, точніше до високошвидкісних роторів нагнітальних машин, таких як електрокомпресори, турбокомпресори для наддуву двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), повітродувки й ІНШІ лопаткові машини Відомий пристрій високошвидкісного ротора малорозмірного турбокомпресора, наприклад, для наддуву ДВЗ (частота обертання 45 000 150 000 о/хв) [1], що складається з колеса турбіни, привареного до вала методом тертя або іншим способом, втулки ущільнення з боку турбіни, виконаної або заодно з валом, або посадженої на вал по пресовій посадці, що має одну чи кілька канавок для ущільнювального кільця (кілець), шийок вала, які є опорами підшипника (ПІДШИПНИКІВ), розпірної втулки під упорний підшипник (може і не мати), що упирається в буртик вала, масловідбивача, посадженого на вал з радіальним зазором, з однією чи декількома канавками під ущільнювальне кільце (кільця), колеса компресора, посадженого на вал з радіальним зазором, кінця вала з різьбленням і гайки, яка стягує в пакет деталі ротора колесо компресора - масло відбивач - розпірна втулка аналога і пристрою, що заявляється, є наявність колеса компресора, посадженого на вал і гайки, призначеної для стягування пакета деталей ротора До недоліків відомого пристрою при його простоті варто віднести конструкцію кріплення колеса компресора на валу простою гайкою Суть проблеми полягає в тому, що отвір у колесі компресора і його торці, так само як і геометрія самого вала під ним, а також торцеві поверхні деталей пакета ротора, що посаджені на вал, можуть бути виготовлені тільки в межах конструкторськотехнологічних допусків У результаті, торці колеса компресора, гайки і посаджених на вал деталей виявляються не перпендикулярними до осі вала Навіть у випадку обов'язкового, роздільного балансування окремих елементів ротора з високою точністю (вала з колесом турбіни, колеса компресора, а ІНОДІ й інших деталей ротора), у момент стягування деталей ротора на валу за допомогою гайки, через виникаючий згинаючого моменту, що діє на пакет деталей ротора щодо осі вала, вал під ним деформується (викривляється) У результаті відбувається перерозподіл мас деталей ротора щодо осі вала, що приводить до ефекту так назва Загальними ознаками конструкції відомого О ю ю 52520 ного придбаного дисбалансу ротора Таким чином, незважаючи на роздільне балансування елементів ротора з високою точністю, після кріплення простою гайкою пакета деталей, ротор має незадовільний дисбаланс, що приводить до підвищеної вібрації і шуму турбокомпресора при роботі, знижує ДОВГОВІЧНІСТЬ і ефективність роботи ПІДШИПНИ КІВ (особливо газодинамічних і газостатичних), а отже і машини, а також може стати причиною затирання колеса компресора чи турбіни об корпусні деталі Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого винаходу є відомий турбокомпресор, описаний у [2], де дана конструкція кріплення пакета деталей ротора на валу Ротор турбокомпресора містить пакет деталей, що включає колесо компресора, установлене на КІНЦІ вала, який стягнутий з боку колеса і кінця вала гайкою, що має фронтальну випуклу сферичну поверхню і прилягає до сферичної увігнутої поверхні, виконаної на втулці колеса компресора Загальними ознаками прототипу і високошвидкісного ротора нагнітальної машини, що заявляється, є наявність одного кінця вала, на якому встановлений пакет деталей, включаючи колесо компресора, який стягнутий з боку колеса і кінця вала гайкою, при цьому гайка має випуклу сферичну поверхню, що прилягає до увігнутої сферичної поверхні торця втулки колеса компресора Недоліком відомого високошвидкісного ротора є те, що його конструкція недостатньо усуває скривлення вала в момент стягування пакета деталей гайкою, у результаті чого придбаний дисбаланс ротора залишається значним і незадовільним Особливо це стосується малорозмірних роторів з колесами компресора, що мають ЗОВНІШНІЙ діаметр 40 75мм У результаті, це не дозволяє знизити вібрацію і шум турбокомпресора при роботі до необхідного рівня, а отже, підвищити ДОВГОВІЧНІСТЬ і ефективність роботи ПІДШИПНИКІВ турбокомпресора, що в цілому знижує його експлуатаційні можливості і підвищує енерговитрати В основу винаходу поставлена задача удосконалення високошвидкісного ротора нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, у якому за рахунок виконання кільцевої канавки на втулці колеса компресора, розташованої між и торцем і лопатками, забезпечення новими елементами і виконання сферичної форми поверхонь шайб і контактуючих з гайками деталей, забезпечується практично повне усунення придбаного дисбалансу ротора за рахунок досягнення мінімально припустимої деформації вала у момент стягування пакета деталей ротора гайкою, у результаті чого вібрація і шум турбокомпресора при його роботі значно знижуються і є задовільними, що в цілому підвищує експлуатаційні можливості нагнітальної машини і знижує и енерговитрати Поставлена задача досягається тим, що у високошвидкісному роторі нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресорі, що має один або два КІНЦІ вала, на кожнім з яких установлений пакет деталей, включаючи колесо компресора, який стягнутий на КІНЦІ вала гайкою, що має з боку торця втулки колеса компресора випуклу сферич ну поверхню, ВІДПОВІДНО до винаходу, ротор забезпечений шайбами, кожна з яких розташована між торцем втулки колеса компресора і гайкою, причому з однієї сторони шайба має увігнуту сферичну поверхню, що прилягає до випуклої сферичної поверхні гайки, а з іншого боку - плоску, прилеглу до плоского торця втулки колеса компресора, при цьому на кожній втулці колеса компресора виконана кільцева канавка, яка розташована між лопатками і торцем втулки колеса компресора Поставлена задача досягається також тим, що у високошвидкісному роторі нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресорі, що має один або два КІНЦІ вала, на кожнім з яких установлений пакет деталей, включаючи колесо компресора, який стягнутий на КІНЦІ вала гайкою, що має з боку торця втулки колеса компресора випуклу сферичну поверхню, ВІДПОВІДНО до винаходу, на кожній втулці колеса компресора виконана кільцева канавка, яка розташована між лопатками і торцем втулки колеса компресора, що має увігнуту сферичну поверхню У результаті використання винаходу, що заявляється, по обох його варіантах забезпечується одержання технічного результату, що полягає в практично повному усуненні придбаного дисбалансу ротора за рахунок досягнення мінімально допустимої деформації вала у момент стягування пакета деталей ротора гайкою Крім того, по першому варіанту, виконання кожного торця втулки колеса компресора плоским із забезпеченням увігнутої сферичної поверхні на шайбі, дозволяє підвищити технологічність виготовлення ротора нагнітальної машини в умовах масового виробництва Між суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує такий причинно-наслідковий зв'язок По першому варіанту те, що ротор забезпечений шайбами з увігнутою сферичною поверхнею з боку гайки, що має випуклу сферичну поверхню, та кожна із шайб розташована між торцем втулки колеса компресора і гайкою, сприяє зменшенню придбаного дисбалансу ротора в момент стягування пакета деталей гайкою, особливо при стягуванні пакета деталей малорозмірного ротора або порушенні конструкторських допусків на биття торцевих поверхонь деталей пакета і надмірного зусилля затягування гайки При цьому, кільцева канавка приймає на себе згинаючі зусилля, які все ще залишилися (від взаємодії сферичних поверхонь гайки і шайби), що деформують насамперед її, а не вал ротора, що, у сукупності з відомими ознаками, дозволяє практично цілком виключити деформацію вала у момент стягування гайкою пакета деталей ротора Крім того, виконання кожного торця втулки колеса компресора плоским із забезпеченням, увігнутої сферичної поверхні на додатковій шайбі дозволяє підвищити технологічність виготовлення ротора нагнітальної машини в умовах масового виробництва По другому варіанту виконання на кожній втулці колеса компресора кільцевої канавки, розташованої між лопатками і торцем втулки колеса 52520 компресора, сприяє тому, що при стяжці пакета деталей ротора згинаючі зусилля, які все ще залишилися від взаємодії сферичних поверхонь гайки і торця втулки колеса компресора, передаються на кільцеву канавку, деформуючи, насамперед її, а не вал ротора Тому, із-за мінімально допустимої деформації вала за рахунок деформації кільцевої канавки на втулці колеса, досягається практично повне усунення придбаного дисбалансу вала у момент стягування гайкою пакета деталей ротора У цілому, ВІДМІТНІ ознаки високошвидкісного ротора нагнітальної машини, що заявляється, для кожного варіанта у сукупності з ознаками, які збігаються з ознаками прототипу, є суттєвими і необхідними для досягнення нового технічного результату За наявними у заявника відомостями сукупність суттєвих ознак, які характеризують суть винаходу, що заявляється, не відома з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про ВІДПОВІДНІСТЬ винаходу критерію "новизна" На думку заявника для фахівця в області конструювання високошвидкісних роторів нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, сутність винаходу, що заявляється, не випливає явно з рівня техніки, тому що з нього не виявляється сукупність суттєвих ознак і її вплив на технічний результат, що досягається, що дозволяє зробити висновок про ВІДПОВІДНІСТЬ пристрою, що заявляється, критерію "винахідницький рівень" Високошвидкіснии ротор нагнітальної машини, що заявляється, може бути багаторазово використаний у машинобудуванні з одержанням очікуваного технічного результату, що дозволяє зробити висновок про ВІДПОВІДНІСТЬ винаходу критерію "промислова застосовність" Використання суттєвих ВІДМІТНИХ ознак високошвидкісного ротора нагнітальної машини, що заявляється, у сукупності з відомими ознаками, дозволяє значно знизити вібрацію і шум турбокомпресора при його роботі, збільшити ДОВГОВІЧНІСТЬ роботи ПІДШИПНИКІВ (особливо газодинамічних та газостатичних) і механічний ККД нагнітальної машини, а також цілком виключити затирання коліс компресора чи турбіни об корпусні деталі У цілому підвищується надійність нагнітальної машини і и ефективність Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображений один кінець вала високошвидкісного ротора нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, із закріпленим колесом компресора (ІНШІ деталі пакета ротора не показані) - 1-й варіант, а на фіг 2 - зображений один кінець вала високошвидкісного ротора нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, із закріпленим колесом компресора (ІНШІ деталі пакета ротора не показані) - 2-й варіант На фіг 1 і фіг 2 позначено 1 - колесо компресора, 2 - втулка, 3 - шайба, 4 - гайка, 5 - різьблення, 6 - вал, 7 - кільцева канавка, 8 - лопатки колеса компресора Згідно першого варіанта (див фіг 1) високошвидкісний ротор нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, містить пакет деталей, що включає один або два колеса компресора 1 (у залежності від типу машини наприклад, для електрокомпресора - два колеса компресора, а турбокомпресора для наддуву ДВЗ - одне колесо компресора), установлені на різних кінцях вала Колесо компресора 1 має втулку 2 і лопатки 8 Ротор забезпечений шайбами 3, кожна з яких розташована між торцем втулки кожного колеса компресора 1 і гайкою 4 Причому кожна із шайб 3 має з однієї сторони увігнуту сферичну поверхню, що прилягає до випуклої сферичної поверхні гайки 4, наприклад, однакових радіусів, а з іншого боку плоску, прилеглу до плоского торця втулки 2 колеса компресора 1 Гайка 4 призначена для стягування пакета деталей ротора, включаючи колеса компресора 1 Різьблення 5 нарізане на КІНЦІ вала 6 під гайку 4 На кожній втулці 2 колеса компресора 1 між вхідними крайками лопаток 8 і торцем втулки 2 колеса компресора 1 виконана кільцева канавка 7, що може мати будь-яку форму перетину, переважно - прямокутну Згідно другого варіанта (див фіг 2) високошвидкісний ротор нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, містить пакет деталей, що включає один або два колеса компресора 1 (у залежності від типу машини наприклад, для електрокомпресора - два колеса компресора, а турбокомпресора для наддуву ДВЗ - одне колесо компресора), установлені на різних кінцях вала Поверхня торця кожної втулки 2 колеса компресора 1, що прилягає до гайки 4 і контактує з нею, виконана у виді увігнутої сферичної поверхні Причому, кожна з гайок 4 має з боку торця втулки 2 колеса компресора випуклу сферичну поверхню, наприклад того ж радіуса, що і поверхня на торці втулці 2 колеса 1 Гайка 4 призначена для стягування пакета деталей ротора, включаючи колесо компресора Різьблення 5 нарізане на КІНЦІ вала 6 під гайку 4 На кожній втулці 2 колеса компресора 1 між вхідними крайками лопаток 8 і торцем втулки 2 колеса компресора 1 виконана кільцева канавка 7, що може мати будь-як форму перетину, переважно - прямокутну Крім того, для усіх варіантів пропонованого винаходу для колеса компресора, виготовленого з алюмінію або близькому до нього по фізикомеханічних властивостях сплавів, кожна кільцева канавка 7, що виконана на втулці 2 колеса компресора 1, як приклад, може мати такі розміри глибину в межах (0 15 0 4)D, передній край канавки розташований на відстані (0 1 0 15)D від торця втулки 2 колеса, осьову довжину канавки (0 05 0 2)D, довжину канавки в окружному напрямку, що охоплює центральний кут 150 360° А радіуси сферичних поверхонь кожної гайки, шайби і торця втулки кожного колеса компресора можуть знаходитися в межах (0 35 0,6)D, де D - діаметр втулки колеса компресора на торці, при цьому радіуси сферичних поверхонь, що сполучаються, виконані, наприклад, однаковими Пропонований високошвидкіснии ротор нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, працює таким чином Розглянемо варіант турбокомпресора, що має одне колесо компресора У випадку електрокомпресора, що має два колеса, пропонований при 52520 8 кільцева канавка 7 сприймає згинаючий момент, що залишився від взаємодії сферичних поверхонь гайки і торця втулки колеса компресора, і деформується як і в конструкції, виконаної по варіанту, зображеному на фіг 1 Таким чином, завдяки пропонованому винаходу, вал високошвидкісного ротора нагнітальної машини гарантовано не піддається вигину у момент стягування пакета деталей ротора і можна сказати, що придбаний дисбаланс ротора відсутній практично цілком Заявлений високошвидкісний ротор нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, при використанні дозволяє значно знизити вібрацію і шум турбокомпресора при роботі, стрій працює аналогічно У високошвидкісному роторі нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, по першому варіанту (див фіг 1), при кріпленні деталей пакета під час зборки, деталі роторної групи взаємодіють між собою торцевими поверхнями, виконаними з заданою кресленнями точністю по биттю, що утворює тим самим неідеальний з погляду б и т в торців пакет деталей, який стягується гайкою 4 за допомогою різьблення 5, нарізаної на КІНЦІ вала 6 У момент стягування пакета гайкою 4, деталі пакета вибирають радіальний зазор з валом 6 ротора по посадкових діаметрах до упора Потім, шайба 3, у межах свого радіального зазору з валом 6, починає переміщатися сферичним торцем по ВІДПОВІДНІЙ сфері стягуючої гайки 4, а плоским торцем - по плоскій поверхні торця втулки 2 колеса компресора 1 у радіальному напрямку, зменшуючи при цьому виникаючі згинаючі зусилля при стяжці пакета деталей ротора При цьому, згинаючі зусилля, що виникають у момент стягування пакета за допомогою сферичної гайки 4 з шайбою 3, які все ще залишилися, передаються на кільцеву канавку 7, виконану на втулці колеса компресора 1, деформуючи, насамперед її, а не вал ротора Зсувом маси втулки 2 колеса компресора щодо осі вала через деформацію кільцевої канавки 7 можна зневажити в силу и незначності, а також щодо малої відстані канавки до осі обертання підвищити ДОВГОВІЧНІСТЬ роботи ПІДШИПНИКІВ (осо бливо газодинамічних та газостатичних) і їх ефективність, цілком виключити затирання колеса компресора чи турбіни об корпусні деталі, що в цілому підвищує експлуатаційні можливості нагнітальної машини і знижує и енерговитрати По даному винаходу виготовлений дослідний зразок, що пройшов випробування, що підтвердили його працездатність і одержання очікуваних технічного та позитивного ефектів Запропонований високошвидкісний ротор нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, може знайти широке застосування при конструюванні компресорів, у тому числі електрокомпресорів, турбокомпресорів, наприклад для наддуву ДВЗ, турбодетандеров, насосів, вентиляторів, повітродувок і інших лопаткових машин Джерела інформації 1 Автомобильные двигатели с турбонаддувом /Н С Ханин, Аболтин Э В , Б Ф Лямцев и др -М Машиностроение, 1991 - С 147 2 Патент JP № 3279698, М кл F 04 D 29/28, опубл 10 12 1991 р Аналогічно працює і пропонований високошвидкісний ротор нагнітальної машини, переважно електро- і турбокомпресора, по другому варіанту, зображеному на фіг 2, при кріпленні деталей пакета Різниця полягає лише в тому, що у момент стягування пакета ротора, випукла сферична поверхня гайки 4 сковзає по увігнутій поверхні, виконаної на торці втулки 2 колеса компресора 1 При цьому, 8 —\ 6 4 3 ФІГ. 2 і 52520 6 4 ФІГ. 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10