CN110043561A - 一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承 - Google Patents

一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，该涡轮增压器包括具有中空腔体且两端开口的中间体，以及套装在中间体内且两端均伸出至中间体外的转子，转子的一端安装有压气机叶轮，另一端安装有涡轮机叶轮，靠近安装压气机叶轮的中间体一端端面上安装有压气机壳体，靠近安装涡轮机叶轮的中间体另一端端面上安装有涡轮机壳体，转子与中间体之间套装有气体静压径向滑动轴承；其中，压气机壳体的高压腔上开设有出气口，该出气口通过单向阀以及开设在中间体上的进气通道与气体静压径向滑动轴承的进气口连通。本发明利用压缩机产生的高压气体作为静压轴承的高压气源，压缩介质同时也是轴承的润滑介质。

Description

一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承
技术领域
本发明属于机械设计与滑动轴承领域，具体涉及一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承。
背景技术
涡轮增压器是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量，利用发动机排出的高压废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的增压器的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。由于其显著提高能量利用率，涡轮增压器广泛应用于流程化工、车载运输等多个领域。轴承是涡轮增压器的关键零部件之一，其性能直接影响着整机可靠性和经济性。目前常用于涡轮增压器轴承有浮环轴承、滚动轴承、箔片轴承等。浮环轴承广泛应用于乘用车增压器，具有易加工、经济性佳等优势，但也存在工作温度高、润滑油容易炭化、摩擦功耗大、效率低、易泄露等问题。滚动轴承常应用于在中低速增压器，在高速下容易发生疲劳失效，寿命短；箔片轴承目前多应用于高速轻载增压器，具有功耗小、无油污污染、温升低等优点，但也存在起飞转速高、瞬间温升大，多次启停磨损严重等问题。
采用气体静压轴承支撑增压器转子是一种很有潜力的支撑方案，具有无磨损、精度高、无需密封等优点，但传统气体静压轴承需要配备复杂昂贵的高压气源和管路阀门等附件，增加了***结构复杂性，限制了其在工程领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其采用气体静压滑动轴承支撑涡轮增压器转子，利用压缩机产生的高压气体作为静压轴承的高压气源，压缩介质同时也是轴承的润滑介质，既可继承传统静压轴承的优势，又不会引入附加的泵阀管等附件零部件，有望显著提高轴承和整机的可靠性，为涡轮增压器轴承的设计提供了一种全新的解决方案。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，该涡轮增压器包括具有中空腔体且两端开口的中间体，以及套装在中间体内且两端均伸出至中间体外的转子，转子的一端安装有压气机叶轮，另一端安装有涡轮机叶轮，靠近安装压气机叶轮的中间体一端端面上安装有压气机壳体，靠近安装涡轮机叶轮的中间体另一端端面上安装有涡轮机壳体，转子与中间体之间套装有气体静压径向滑动轴承；其中，
压气机壳体的高压腔上开设有出气口，该出气口通过单向阀以及开设在中间体上的进气通道与气体静压径向滑动轴承的进气口连通。
本发明进一步的改进在于，气体静压径向滑动轴承包括靠近安装压气机叶轮的转子与中间体之间套装的第一气体静压径向滑动轴承，以及靠近安装压气机叶轮的转子与中间体之间套装的第二气体静压径向滑动轴承，压气机壳体高压腔上的出气口通过单向阀分为两路，并分别通过开设在中间体上的进气通道与第一气体静压径向滑动轴承和第二气体静压径向滑动轴承的进气口连通。
本发明进一步的改进在于，气体静压径向滑动轴承的周向上均匀开设有四个进气口，每个进气口处均设置有一个节流器。
本发明进一步的改进在于，单向阀的出口处还连通有蓄能器，蓄能器的出口分为两路，分别连通至第一气体静压径向滑动轴承和第二气体静压径向滑动轴承的进气口。
本发明进一步的改进在于，第一气体静压径向滑动轴承和第二气体静压径向滑动轴承分别通过第一径向轴承座和第二径向轴承座和转子的轴肩轴向定位。
本发明进一步的改进在于，压气机壳体高压腔上的出气口处设置有第一管接头，中间体上的进气通道入口处分别设置有第二管接头和第三管接头，第一管接头通过第一导气管以及设置在第一导气管上的单向阀连通至第二管接头，第一导气管上还设置有第三管接头，其通过第二导气管连通至第三管接头，第二管接头和第三管接头分别与第一气体静压径向滑动轴承和第二气体静压径向滑动轴承的进气口连通。
本发明进一步的改进在于，安装压气机叶轮的转子与中间体之间还套装有推力轴承，推力轴承套装在套筒内，且该推力轴承的两端分别通过第一轴向轴承座和第二轴向轴承座轴向定位，第一轴向轴承座通过固定到中间体上的挡板和套筒轴向固定，第二轴向轴承座通过中间体和套筒轴向定位。
本发明进一步的改进在于，工作时，高压废气推动涡轮机叶轮为压气机叶轮提供动力，进而压缩空气形成高压气体，大部分输送到发动机中，为发动机提供充足的高压气体，使燃料充分燃烧，另一部分输送给第一气体静压径向滑动轴承和第二气体静压径向滑动轴承作为润滑介质，由于该介质为高压气体，转子在第一气体静压径向滑动轴承和第二气体静压径向滑动轴承保证悬浮，从而避免高速旋转过程中磨损。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，通过在压气机壳体的高压腔上开设出气口，使得压气机叶轮工作时产生的高压气体，作为气体静压径向滑动轴承的气源，因而就不需要外部装置额外供应高压气，降低涡轮增压器生产成本，利用压气机叶轮产生的高压气体作为气体静压径向滑动轴承的润滑介质，同时发动机产生的高压废气推动涡轮机叶轮为压气机叶轮提供动力，无其他介质输入，避免了油润滑轴承密封问题。其中，单向阀控制高压气体单向流动只能从压气机壳体的高压腔向气体静压径向滑动轴承方向流通。
进一步，如果转子是质量较重，在启动时蓄能器为气体静压推力滑动轴承先提供高压气体，如果为轻型转子不需要蓄能器。
进一步，通过在气体静压推力滑动轴承的周向均布四个节流器，进而保证转子在工作过程中不会发生偏心和窜动，提高其工作稳定性，进而提高了可靠性和增长了工作寿命。
概括来说，本发明具有如下的优点：
1、不需要润滑油，避免了油润滑轴承的密封问题；
2、结构简单，不需要额外配置空气压缩机，无其他介质输入；
3、摩擦功耗低，效率高；
4、温升低，寿命长，耐高低温，对环境无污染；
5、节省能源降低制造成本，提高能源利用率，无需油润滑和维护保养，充分保证了涡轮机的密封性，提高了运行可靠性。
附图说明
图1为本发明一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承的示意图；
图2为气体径向滑动轴承侧视图。
附图标记说明：
1是压气机壳体，2是六角螺母，3是转子，4是压气机叶轮，5是第一轴向轴承座，6是螺钉，7是挡板，8是第一管接头，9、18、24是垫片，10是第一导气管，11是中间体，12是推力轴承，13是套筒，14是推力盘，15是第二轴向轴承座，16是三向管接头，17是第二管接头，19是第一固定径向轴承座的螺钉，20是第一径向轴承座，21是第一气体静压径向滑动轴承，22是第二导气管，23是第三管接头，25是第二径向轴承座，26是第二气体静压径向滑动轴承，27是第二固定径向轴承座的螺钉，28是涡轮机叶轮，29是涡轮机壳体，30是涡轮增压器安装座，31是节流器，32是单向阀，33是蓄能器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明提供的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，包括增压器壳体1、转子3、压气机叶轮4、中间体11、推力轴承12、第一气体静压径向滑动轴承21、第二气体静压径向滑动轴承26、涡轮机叶轮20、涡轮机壳体29和涡轮增压器安装座30。其中，中间体11具有中空腔体且两端开口，转子3套装在中间体11内且两端均伸出至中间体11外，转子3的一端安装有压气机叶轮4，另一端安装有涡轮机叶轮28，靠近安装压气机叶轮4的中间体11一端端面上安装有压气机壳体1，靠近安装涡轮机叶轮28的中间体11另一端端面上安装有涡轮机壳体29，转子3与中间体11之间套装有气体静压径向滑动轴承。气体静压径向滑动轴承包括靠近安装压气机叶轮4的转子3与中间体11之间套装的第一气体静压径向滑动轴承21，以及靠近安装压气机叶轮4的转子3与中间体11之间套装的第二气体静压径向滑动轴承26。
图1为涡轮增压器径向采用两个气体静压滑动轴承支撑，为转子3提供稳定的旋转支撑，提高了涡轮增压器可靠性。由于气体黏度低，黏度随温度变化小，化学稳定性好。因此，气体静压轴承具有摩擦小、速度高、温升低、寿命长、耐高低温，对环境无污染等优点。
高压废气推动涡轮机叶轮28为压气机叶轮4提供动力，进而压缩空气形成高压气体，大部分输送到发动机中，为发动机提供充足的高压气体，使燃料充分燃烧，另一部分通过第一导气管10和第二导气管22输送给第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26作为润滑介质，由于该介质为高压气体，转子3在第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26保证悬浮，从而避免高速旋转过程中磨损，在这里有单向阀32控制高压气体单向流动只能从压气机壳体1的高压腔向第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26方向流通，33为蓄能器，如果转子3是质量较重，在启动时蓄能器33为气体静压推力滑动轴承先提供高压气体，如果为轻型转子3不需要该装置。具体来说，压气机壳体1高压腔上的出气口处设置有第一管接头8和第一垫片9，中间体11上的进气通道入口处分别设置有第二管接头17和第三垫片18以及第三管接头23和第三垫片24，第一管接头8通过第一导气管10以及设置在第一导气管10上的单向阀32连通至第二管接头17，第一导气管10上还设置有第三管接头23，其通过第二导气管22连通至第三管接头23，第二管接头17和第三管接头23分别与第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26的进气口连通。
本发明是通过压气机叶轮4产生的高压气体，为第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26提供高压气源，因此不需要外部装置额外供应高压气，降低涡轮增压器生产成本，利用压气机叶轮4产生的高压气体作为第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26润滑介质，同时发动机产生的高压废气推动涡轮机叶轮28为压气机叶轮4提供动力，无其他介质输入，避免了油润滑轴承密封问题。
推力轴承12通过第一轴向轴承座5和第二轴向轴承座15轴向定位，推力轴承12的中间为推力盘14，挡板7通过螺钉6固定到中间体11上，第一轴向轴承座5通过挡板7和套筒13轴向固定，第二轴向轴承座15通过中间体11和套筒13轴向定位，第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26分别通过第一径向轴承座20和第二径向轴承座25和转子3的轴肩轴向定位，第一径向轴承座20通过第一固定径向轴承座的螺钉19与中间体11固定在一起，第二径向轴承座25通过第二固定径向轴承座的螺钉27与中间体11固定在一起。
图2为第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26的侧视图，设置均匀分布四腔并有节流器31，保证转子在工作过程中不会发生偏心和窜动，提高其工作稳定性，进而提高了可靠性和增长了工作寿命。
本发明的工作过程如下：
由于高压废气推动涡轮机叶轮28给压气机叶轮4提供动力，进而不断压缩空气形成高压气体：其中，大部分高压气体输送到发动机内，使燃料充分燃烧，另一部分通过第一导气管10和第二导气管22输送给第一气体静压径向滑动轴承21和第二气体静压径向滑动轴承26作为润滑介质，省去了外部装置额外供应高压气，降低涡轮增压器生产成本，提高能源利用率，整体结构更加紧凑，减小***整体占地面积，降低设备成本，无需油润滑和维护保养，充分保证了涡轮机的密封性，提高了运行可靠性。

Claims (8)

1.一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，该涡轮增压器包括具有中空腔体且两端开口的中间体(11)，以及套装在中间体(11)内且两端均伸出至中间体(11)外的转子(3)，转子(3)的一端安装有压气机叶轮(4)，另一端安装有涡轮机叶轮(28)，靠近安装压气机叶轮(4)的中间体(11)一端端面上安装有压气机壳体(1)，靠近安装涡轮机叶轮(28)的中间体(11)另一端端面上安装有涡轮机壳体(29)，转子(3)与中间体(11)之间套装有气体静压径向滑动轴承；其中，
压气机壳体(1)的高压腔上开设有出气口，该出气口通过单向阀(32)以及开设在中间体(11)上的进气通道与气体静压径向滑动轴承的进气口连通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，气体静压径向滑动轴承包括靠近安装压气机叶轮(4)的转子(3)与中间体(11)之间套装的第一气体静压径向滑动轴承(21)，以及靠近安装压气机叶轮(4)的转子(3)与中间体(11)之间套装的第二气体静压径向滑动轴承(26)，压气机壳体(1)高压腔上的出气口通过单向阀(32)分为两路，并分别通过开设在中间体(11)上的进气通道与第一气体静压径向滑动轴承(21)和第二气体静压径向滑动轴承(26)的进气口连通。
3.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，气体静压径向滑动轴承的周向上均匀开设有四个进气口，每个进气口处均设置有一个节流器(31)。
4.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，单向阀(32)的出口处还连通有蓄能器(33)，蓄能器(33)的出口分为两路，分别连通至第一气体静压径向滑动轴承(21)和第二气体静压径向滑动轴承(26)的进气口。
5.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，第一气体静压径向滑动轴承(21)和第二气体静压径向滑动轴承(26)分别通过第一径向轴承座(20)和第二径向轴承座(25)和转子(3)的轴肩轴向定位。
6.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，压气机壳体(1)高压腔上的出气口处设置有第一管接头(8)，中间体(11)上的进气通道入口处分别设置有第二管接头(17)和第三管接头(23)，第一管接头(8)通过第一导气管(10)以及设置在第一导气管(10)上的单向阀(32)连通至第二管接头(17)，第一导气管(10)上还设置有第三管接头(23)，其通过第二导气管(22)连通至第三管接头(23)，第二管接头(17)和第三管接头(23)分别与第一气体静压径向滑动轴承(21)和第二气体静压径向滑动轴承(26)的进气口连通。
7.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，安装压气机叶轮(4)的转子(3)与中间体(11)之间还套装有推力轴承(12)，推力轴承(12)套装在套筒(13)内，且该推力轴承(12)的两端分别通过第一轴向轴承座(5)和第二轴向轴承座(15)轴向定位，第一轴向轴承座(5)通过固定到中间体(11)上的挡板(7)和套筒(13)轴向固定，第二轴向轴承座(15)通过中间体(11)和套筒(13)轴向定位。
8.根据权利要求2所述的一种应用于涡轮增压器的压力自供给气体静压径向滑动轴承，其特征在于，工作时，高压废气推动涡轮机叶轮(28)为压气机叶轮(4)提供动力，进而压缩空气形成高压气体，大部分输送到发动机中，为发动机提供充足的高压气体，使燃料充分燃烧，另一部分输送给第一气体静压径向滑动轴承(21)和第二气体静压径向滑动轴承(26)作为润滑介质，由于该介质为高压气体，转子(3)在第一气体静压径向滑动轴承(21)和第二气体静压径向滑动轴承(26)保证悬浮，从而避免高速旋转过程中磨损。
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