Турбокомпресор з автобалансирами

Реферат: UA 75602 U UA 75602 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до двигунобудування, зокрема до турбокомпресорів для наддування двигунів внутрішнього згоряння. Відомі турбокомпресори, які використовують у двигунах внутрішнього згоряння для підвищення ефективності їх роботи шляхом стиснення повітря за рахунок енергії відпрацьованих газів. Конструкція турбокомпресора, як правило, включає в себе наступні елементи: корпус, вал, турбінне колесо і робоче колесо компресора, які жорстко з'єднані з валом, і підшипникові опори. Відмінною особливістю роботи турбокомпресорів є висока частота обертання ротора (від 7 до 100 тисяч обертів у хвилину). Недоліком відомих турбокомпресорів є підвищений рівень вібрації, що призводить до зниження їх ресурсу. Основною причиною вібрації є неминуча статична і динамічна неврівноваженість високообертового ротора, яка обумовлена похибками виготовлення і зборки турбокомпресора, тепловими деформаціями його деталей при роботі й утворенням різних відкладень на поверхнях робочих коліс турбіни і компресора. Крім того, вібрація турбокомпресора обумовлена особливостями роботи підшипникових вузлів і пульсуючим характером руху відпрацьованих газів з циліндрів двигуна внутрішнього згоряння. Відомі турбокомпресори, в конструкції яких передбачені різні гасителі коливань ротора з метою зниження їх вібрації [1-4]. Недоліком таких турбокомпресорів є те, що в них не усувається джерело виникнення вібрації, а зниження коливань ротора здійснюється шляхом поглинання і відведення енергії цих коливань. Відомі автобалансуючі пристрої пасивного типу (автобалансири), які здатні автоматично врівноважувати ротор безпосередньо при його обертанні [5]. Автобалансир, встановлений на роторі і, як правило, складається з корпусу з кільцевою камерою і розміщеними у ній компенсуючими вантажами у вигляді металевих кульок, роликів і т.п. Кільцева камера виконана коаксіально осі ротора. Компенсуючі вантажі в кількості не менше двох штук мають свободу руху по окружності з центром на осі ротора в точці кріплення автобалансира. При обертанні неврівноваженого ротора з робочою частотою обертання, тангенціальні складові відцентрових сил переміщують компенсуючі вантажі по кільцевій порожнині автобалансира в сторону, протилежну дисбалансу ротора. У результаті цього компенсуючі вантажі займають таке стійке положення, при якому сумарний дисбаланс ротора і автобалансира дорівнює нулю, що призводить до істотного зниження вібрації. Недоліком таких автобалансирів є те, що в перехідних процесах розгону або гальмування ротора, всі компенсуючі вантажі збираються разом і обертаються як єдине тіло відносно ротора, створюючи тим самим додатковий дисбаланс. У результаті цього розгін і гальмування ротора супроводжуються підвищеною вібрацією. Відомі конструкції автобалансира, що містять нерухомі відносно ротора обмежувачі руху компенсуючих вантажів, які ділять кільцеву камеру на два або більше рівних сектори [6]. У кожному секторі автобалансира розміщено однакову кількість компенсуючих вантажів. При цьому сектори не повністю заповнені вантажами. Такі автобалансири не створюють додаткового дисбалансу при розгоні або гальмуванні ротора. При цьому вантажі, відстаючи від ротора або обганяючи його, впираються в обмежувачі руху і групуються на краях симетрично розташованих секторів. Таким чином групи вантажів взаємно врівноважують один одного. Відомий турбокомпресор, в конструкції якого передбачено автобалансуючі пристрої для зниження вібрації і шуму [7]. Кожен автобалансир містить кільцеву камеру, площина якої перпендикулярна осі ротора. В кругову камеру поміщені тіла, центри ваги яких можуть вільно переміщатися по окружності концентричної осі ротора. За сукупністю ознак даний турбокомпресор є найближчим аналогом корисної моделі, що заявляється. Недоліком найближчого аналога є те, що в перехідних процесах розгону або гальмування ротора автобалансири створюють додаткові дисбаланси і збільшують вібрацію механізму. Відбувається це через те, що в перехідних процесах компенсуючі вантажі відстають від ротора або обганяють його. У результаті цього всі вантажі автобалансира збираються разом і обертаються як єдине тіло відносно ротора. Іншим недоліком найближчого аналога є низька балансувальна ємність автобалансирів. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає в зниженні вібрації турбокомпресора не тільки на робочому режимі, а й у періоди розгону та гальмування механізму. Поставлена задача вирішується тим, що турбокомпресор оснащений автобалансирами, які згідно з корисною моделлю, містять нерухомі відносно ротора обмежувачі руху компенсуючих вантажів. Кільцева камера кожного з автобалансирів розділена обмежувачами руху на два або 1 UA 75602 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 більше рівних сектори, причому в кожному секторі одного автобалансира розміщено однакову кількість компенсуючих вантажів. При цьому сектори не повністю заповнені вантажами. Задача вирішується також тим, що автобалансири турбокомпресора виконують багаторядними для підвищення балансування ємності. Суть запропонованої корисної моделі полягає в наступному. На фіг. 1 показаний турбокомпресор, що містить корпус 1, вал 2, турбінне колесо 3 і робоче колесо компресора 4, які жорстко з'єднані з валом, і підшипникові опори 5 і 6. На валу 2 на ділянці між підшипниковими опорами встановлено автобалансир. На фіг. 2 показана конструкція автобалансира. Згідно з корисною моделлю, автобалансир складається з корпусу 7, який жорстко встановлений на вал, кільцевих камер 8, виконаних коаксіально осі ротора, в яких є обмежувачі руху 10, які нерухомі відносно ротора і розділяють кільцеві камери на рівні сектори. Обмежувачі руху 10 виконані у вигляді перегородок в кільцевій камері. У кільцеві камери вільно поміщені компенсуючі вантажі 9 у вигляді тіл кочення, зокрема кулі. При цьому в кожному секторі однієї кільцевої камери розміщено однакову кількість вантажів. При цьому сектори не повністю заповнені вантажами. Автобалансуючий пристрій, який показано на фіг. 1 і 2, є дворядним автобалансиром, що містить дві кільцеві камери в одній площині, але з різними радіусами. Такі багаторядні автобалансири мають підвищену балансувальну ємність при мінімальних габаритах. Кількість рядів вибирається, виходячи з необхідної ємності і особливостей конструкції ротора. Для підвищення ефективності автобалансування на роторі слід встановлювати декілька автобалансирів. При установці одного автобалансира усувається статичний дисбаланс ротора в площині корекції. У цьому випадку автобалансир слід встановлювати як можна ближче до площини статичного дисбалансу ротора. Для усунення статичної та динамічної неврівноваженості жорсткого ротора необхідно встановити два автобалансири, переважно на краях ротора. Для усунення неврівноваженості гнучкого ротора турбокомпресора необхідно встановити три автобалансири, переважно на краях ротора і посередині між опор вала. Основні варіанти розміщення автобалансирів на роторі турбокомпресора показані на фіг. 3. Зокрема, автобалансир може бути встановлений в наступних місцях турбокомпресора: - в окремому корпусі, закріпленому на ділянці вала між підшипниковими опорами; - на турбінному колесі 3; - в тілі компресорного колеса 4 - на задній (неробочій) стороні або на передній (всмоктувальній) стороні колеса. На фіг. 1 показаний турбокомпресор з автобалансиром, встановленим на ділянці вала між підшипниковими опорами. На фіг.2 показаний дворядний автобалансир з обмежувачами руху компенсуючих вантажів. На фіг.3 показаний турбокомпресор із зазначенням основних варіантів розміщення автобалансирів на роторі. Турбокомпресор з автобалансирами працює таким чином. При розгоні ротора компенсуючі вантажі 9 під дією тангенціальних сил відстають від обертання ротора і рухаються по кільцевій камері 8 в сторону, протилежну обертанню ротора, поки не досягнуть обмежувачів 10. Після цього вантажі зупиняються відносно до ротора і далі розганяються разом з ним до робочої частоти обертання. Завдяки тому, що кільцева камера розділена декількома обмежувачами на рівні сектори з рівною кількістю вантажів в них, групи вантажів розташовані симетрично відносно осі ротора. Таким чином, при розгоні вантажі утворюють взаємно врівноважену систему і не вносять додаткового дисбалансу. Завдяки цьому розгін турбокомпресора не супроводжується підвищеною вібрацією. Після розгону при постійній робочій частоті обертання, тангенціальні складові відцентрових сил переміщують компенсуючі вантажі 9 по кільцевій камері 8 автобалансира в сторону, протилежну дисбалансу ротора. У результаті цього вантажі займають таке стійке положення, при якому сумарний дисбаланс ротора і автобалансира дорівнює нулю, що призводить до істотного зниження вібрації. При гальмуванні ротора компенсуючі вантажі 9 під дією тангенціальних сил випереджають обертання ротора і рухаються по кільцевій камері 8 в бік обертання ротора, поки не досягнуть обмежувачів 10.Далі все відбувається, як і при розгоні ротора, але в зворотному порядку, завдяки чому гальмування турбокомпресора не супроводжується підвищеною вібрацією. Джерела інформації: 1. Пат. RU 2304223, МПК F02B 37/013, F16F 15/12 (2006.01). Турбонагнетатель с гасителем крутильных колебаний / Маркус Лос (СН). - №2004111682/06; Заявл. 20.05.2005; Опубл. 10.08.2007, Бюл. № 22. 2 UA 75602 U 3 5 10 15 20 25 2. Пат. GB 2084251, МПК F04D 29/66. Damping vibrations of a compressor in an exhaust-gas turbocharger / Helmut Brobeck (DE). - Опубл. 07.04.1982. 7 3. Пат. WO 03/025371, МПК F02C 6/12. Turbocharger comprising a torsional-vibration damper / Loos Markus (СН). - Опубл. 27.03.2003. 4. Пат. WO 2009/013453, МПК F02C 6/12 (2006.01). Turbocharger with vibration suppressing device / Lancaster C; Day A. (GB). - Опубл. 29.01.2009. 5. Філімоніхін Г.Б. Зрівноваження і віброзахист роторів автобалансирами з твердими коригувальними вантажами / Г.Б. Філімоніхін. - Кіровоград: КНТУ, 2004.-352 с 6. Пат. UA 75189, МПК G01M 1/38, F16F 15/00 (2006.01). Автобалансуючий пристрій / Філімоніхін Г.Б., Майоров B.C. (UA). - № 2004031832; Заявл. 12.03.2004; Опубл. 15.03.2006, Бюл. № 3. 4 7. Пат. DE 3413388, МПК F16F 15/32, F02C 6/12, F04D 25/02. Abgasturbolader / Spurk Joseph; Zloch Norbert (DE). - Опубл. 24.10.1985. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Турбокомпресор, що містить корпус, вал, турбінне колесо і робоче колесо компресора, жорстко з'єднані з валом, підшипникові опори і не менше одного автобалансира, що складається з кільцевої камери, виконаної коаксіально осі вала ротора і нерухомо відносно нього, в якій вільно розміщені компенсуючі вантажі у вигляді тіл кочення, який відрізняється тим, що кожен з автобалансирів містить нерухомі відносно ротора обмежувачі руху компенсуючих вантажів, які ділять кільцеву камеру на два або більше рівних сектори, причому в кожному секторі одного автобалансира розміщено однакову кількість компенсуючих вантажів з неповним заповненням сектора. 2. Турбокомпресор за п. 1, який відрізняється тим, що автобалансири турбокомпресора виконані багаторядним. 3 UA 75602 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4