RU2549002C1 - Turbine compressor with gas magnetic bearings - Google Patents
Turbine compressor with gas magnetic bearings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549002C1 RU2549002C1 RU2014117377/06A RU2014117377A RU2549002C1 RU 2549002 C1 RU2549002 C1 RU 2549002C1 RU 2014117377/06 A RU2014117377/06 A RU 2014117377/06A RU 2014117377 A RU2014117377 A RU 2014117377A RU 2549002 C1 RU2549002 C1 RU 2549002C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- bearings
- rotor
- gas
- turbine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Supercharger (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а конкретно - к турбокомпрессорам, используемым в системах наддува автомобильных, тепловозных, судовых и других видов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to the field of engineering, and specifically to turbochargers used in pressurization systems of automobile, diesel, marine and other types of internal combustion engines (ICE).
Известны турбокомпрессоры со следующими видами бесконтактных опор, обеспечивающих минимальные потери на трение: газовыми, магнитными и газомагнитными (конической формы).Known turbochargers with the following types of contactless bearings that provide minimal friction losses: gas, magnetic and gas-magnetic (conical shape).
Известен турбокомпрессор с подшипниковым узлом на газовой смазке, представляющим собой плавающую моновтулку с питающими отверстиями [1]. Конструкция моновтулки обеспечивает компенсацию радиальных и осевых перемещений. Для отвода отработавшего воздуха вал ротора выполнен полым, а рабочее колесо турбины имеет осевые сверления.Known turbocharger with a bearing assembly on gas lubricant, which is a floating mono-sleeve with supply holes [1]. The mono-bush design provides compensation for radial and axial movements. To exhaust the exhaust air, the rotor shaft is hollow, and the turbine impeller has axial drilling.
Известен турбокомпрессор с газостатическими подшипниками [2]. Ротор турбокомпрессора состоит из турбинного колеса, на одном валу с которым по обе стороны располагаются компрессорные колеса. Между турбинным и соответствующим компрессорным колесом располагается газостатический подшипник, являющийся одновременно опорным и упорным. На концах вала установлены подшипники качения с упругодемпферными обоймами.Known turbocharger with gas-static bearings [2]. The turbocharger rotor consists of a turbine wheel, on the same shaft with which compressor wheels are located on both sides. Between the turbine and the corresponding compressor wheel there is a gas-static bearing, which is both support and thrust. At the ends of the shaft, rolling bearings with elastic damper bearings are installed.
Известен турбокомпрессор с газостатическими опорами [3]. Особенность конструкции подшипников заключается в том, что газостатические опоры располагаются между рабочим колесом компрессора или турбины и соответствующим участком корпуса компрессора или турбины.Known turbocharger with gas-static supports [3]. The design feature of the bearings is that the gas-static bearings are located between the impeller of the compressor or turbine and the corresponding section of the compressor or turbine housing.
Недостатками указанных конструкций подшипниковых узлов является относительно невысокая несущая способность газового слоя, что при возникновении вибраций на работающем двигателе, может привести к потере устойчивости. Также можно отметить усложнение конструкции подшипникового узла и некоторых других элементов. В случае моновтулки это применение конструктивных решений для обеспечения внешнего смазочного газового слоя (между подшипником и корпусом), выполнение вала ротора полым и рабочего колеса турбины со сверлениями. В случае второй конструкции - это применение страховочных подшипников качения на концах вала. В третьем турбокомпрессоре усложняется конструкция рабочих колес турбины и компрессора, а также соответствующих частей корпусов, что приводит к усложнению технологии изготовления деталей.The disadvantages of these designs of bearing assemblies is the relatively low bearing capacity of the gas layer, which, when vibrations occur on a running engine, can lead to loss of stability. You can also note the complexity of the design of the bearing assembly and some other elements. In the case of a mono-bush, this is the use of structural solutions to provide an external lubricating gas layer (between the bearing and the housing), the execution of the rotor shaft hollow and the turbine impeller with drilling. In the case of the second design, this is the use of safety rolling bearings at the ends of the shaft. In the third turbocharger, the design of the impellers of the turbine and compressor, as well as the corresponding parts of the housings, is complicated, which complicates the manufacturing technology of the parts.
Известна турбомашина с магнитными подшипниками [4]. В конструкции турбомашины для поддержания ротора используются радиальные и осевые активные магнитные подшипники. Недостатком турбомашины является относительно невысокая несущая способность подшипников, свойственная не только газовым, но и магнитным подшипникам, и наличие страховочных подшипников качения, что усложняет конструкцию всего устройства.Known turbomachine with magnetic bearings [4]. In the design of the turbomachine, radial and axial active magnetic bearings are used to support the rotor. The disadvantage of a turbomachine is the relatively low bearing capacity of the bearings, characteristic not only of gas, but also of magnetic bearings, and the presence of safety rolling bearings, which complicates the design of the entire device.
В общем, недостатки газовых и магнитных опор турбокомпрессоров можно свести к следующему. И газовые, и магнитные подшипники имеют относительно невысокую несущую способность и склонность к потере устойчивости при возникновении вибрации, что неизбежно на работающем двигателе. Магнитные подшипники, а иногда и газовые, страхуются подшипниками качения или скольжения на случай их отказа, что приводит к усложнению конструкции. Также в магнитном поле взвешенное тело находится в неустойчивом положении.In general, the disadvantages of the gas and magnetic supports of turbochargers can be summarized as follows. Both gas and magnetic bearings have a relatively low bearing capacity and a tendency to loss of stability when vibration occurs, which is inevitable with a running engine. Magnetic bearings, and sometimes gas bearings, are insured by rolling or plain bearings in case of failure, which leads to a design complication. Also in a magnetic field, a suspended body is in an unstable position.
Тем не менее, применение в турбокомпрессорах бесконтактных опор с малыми потерями на трение имеет перспективу. Решением, позволяющим улучшить характеристики бесконтактных опор и частично устранить их недостатки, является применение комбинированных опор - газомагнитных подшипников. Такие подшипники имеют большую несущую способность, лучше демпфируют колебания и стабилизируют вращение ротора. При этом можно отказаться от страховочных подшипников, так как страховкой магнитному подшипнику будет газовая смазка.Nevertheless, the use of non-contact bearings with low friction losses in turbochargers is promising. The solution to improve the characteristics of contactless bearings and partially eliminate their disadvantages is the use of combined bearings - gas-magnetic bearings. Such bearings have a greater bearing capacity, better dampen vibrations and stabilize the rotation of the rotor. At the same time, safety bearings can be abandoned, since gas lubrication will be insurance for the magnetic bearing.
Известен турбокомпрессор с электроприводом и газомагнитной конической опорой [5]. Ротор турбокомпрессора состоит из рабочего колеса компрессора, конической опоры, обращенной меньшим диаметром в сторону компрессора, двух колес для нагнетания газовой смазки в рабочий зазор и отвода ее из зазора. Газомагнитный подвес ротора обеспечивается совместным действием подъемных сил слоя газовой смазки и электромагнитных сил притяжения ротора к статору.Known turbocharger with electric drive and gas conical support [5]. The turbocompressor rotor consists of a compressor impeller, a conical support facing with a smaller diameter towards the compressor, two wheels for pumping gas lubricant into the working gap and removing it from the gap. The gas-magnetic suspension of the rotor is provided by the combined action of the lifting forces of the gas lubricant layer and the electromagnetic forces of attraction of the rotor to the stator.
Особенностью последнего турбокомпрессора является то, что в конструкции отсутствует турбинное колесо для привода компрессора, что фактически превращает турбокомпрессор в электрокомпрессор, а вал в середине имеет конический участок, что усложняет технологию его изготовления. В то же время конструкция ротора абсолютного большинства выпускаемых турбокомпрессоров ДВС включает цилиндрический вал, компрессорное и турбинное колеса. Конический подшипник также обеспечивает компенсацию осевых усилий только в одном направлении, в то время как в турбокомпрессорах, работающих на отработавших газах ДВС, возможно появление осевых усилий в двух направлениях в связи с пульсацией газового потока.A feature of the last turbocharger is that the design does not have a turbine wheel to drive the compressor, which actually turns the turbocharger into an electric compressor, and the shaft in the middle has a conical section, which complicates the manufacturing technology. At the same time, the design of the rotor of the vast majority of produced ICE turbocompressors includes a cylindrical shaft, compressor and turbine wheels. The tapered bearing also provides axial forces compensation in only one direction, while in turbochargers operating on ICE exhaust gases, axial forces can occur in two directions due to gas flow pulsation.
Описанный выше турбокомпрессор является ближайшим аналогом заявляемому изобретению по принципу поддержания ротора. Предложенное ниже конструктивное решение позволяет, используя саму идею объединения газовых и магнитных сил, изложенную в [5], применить ее для отраслевых конструкций турбокомпрессоров, работающих на отработавших газах ДВС.The turbocharger described above is the closest analogue of the claimed invention on the principle of maintaining the rotor. The constructive solution proposed below allows, using the very idea of combining gas and magnetic forces, set forth in [5], to apply it to industrial designs of turbocompressors operating on ICE exhaust gases.
Основной целью изобретения является усовершенствование турбокомпрессора путем изменения конструкции подшипникового узла, позволяющее применить газомагнитный принцип поддержания ротора для отраслевых конструкций турбокомпрессоров с цилиндрическим ротором и газотурбинным приводом с одновременным упрощением системы подачи сжатого воздуха к подшипникам.The main objective of the invention is to improve the turbocharger by changing the design of the bearing assembly, which allows applying the gas-magnetic principle of maintaining the rotor for industrial designs of turbochargers with a cylindrical rotor and a gas turbine drive while simplifying the compressed air supply to the bearings.
Для решения поставленной задачи предложен турбокомпрессор с газомагнитными подшипниками, содержащий ротор с рабочим колесом компрессора. Приводом компрессора служит турбина, работающая на отработавших газах ДВС, а цилиндрический ротор размещается в двух опорно-упорных газомагнитных подшипниках, в каждом из которых размещены кольцевой активный электромагнит и два активных радиальных электромагнита для восприятия осевых и радиальных усилий соответственно путем взаимодействия с валом, колесом турбины и кольцевой вставкой колеса компрессора из ферромагнитного материала. В газомагнитных подшипниках выполнены питатели для подвода в осевом и радиальном направлении сжатого воздуха, подаваемого из нагнетательной магистрали компрессора.To solve this problem, a turbocompressor with gas-magnetic bearings is proposed, containing a rotor with a compressor impeller. The compressor is driven by an ICE exhaust gas turbine, and the cylindrical rotor is housed in two thrust gas-magnetic bearings, each of which has an annular active electromagnet and two active radial electromagnets to absorb axial and radial forces, respectively, by interacting with the shaft and turbine wheel and an annular insert of a compressor wheel of ferromagnetic material. In gas-magnetic bearings, feeders are made for supplying in the axial and radial direction of compressed air supplied from the compressor discharge line.
Технический результат: возможность воспринимать осевые усилия ротора в двух направлениях, регулировать несущую способность подшипников, эффективно демпфировать колебания ротора и упростить систему подачи воздушной смазки к подшипникам.Effect: the ability to perceive the axial forces of the rotor in two directions, regulate the bearing capacity of the bearings, effectively damp the oscillations of the rotor and simplify the system for supplying air lubrication to the bearings.
Конструктивная схема турбокомпрессора с газомагнитными подшипниками представлена на фиг. 1, схема размещения радиальных электромагнитов в подшипнике - на фиг. 2:A structural diagram of a turbocharger with gas-magnetic bearings is shown in FIG. 1, the arrangement of radial electromagnets in the bearing - in FIG. 2:
1 - рабочее колесо компрессора;1 - the impeller of the compressor;
2 - вставка из ферромагнитного материала;2 - insert of ferromagnetic material;
3 - втулка;3 - sleeve;
4 - корпус подшипника;4 - bearing housing;
5 - опорно-упорный подшипник;5 - thrust bearing;
6 - рабочее колесо турбины;6 - turbine impeller;
7 - питающие отверстия;7 - feeding holes;
8 - радиальный электромагнит;8 - radial electromagnet;
9 - осевой электромагнит;9 - axial electromagnet;
10 - вал;10 - shaft;
11 - камера.11 - camera.
Турбокомпрессор состоит из корпуса компрессора и корпуса турбины (не показаны), корпуса подшипника 4 и ротора. Ротор состоит из рабочего колеса компрессора 1, рабочего колеса турбины 6 и вала 10. Вал ротора размещается в двух опорно-упорных подшипниках 5. В каждом газомагнитном подшипнике размещается кольцевой электромагнит 9 для компенсации осевых усилий и два радиальных электромагнита 8 для компенсации радиальных усилий. Электромагниты 8 и 9 относятся к типу активных магнитов (система их управления не показана). Магнитное поле создается путем взаимодействия электромагнитов 8 и 9 с валом 10 и рабочим колесом турбины 6, изготовленным из ферромагнитного материала, и рабочим колесом компрессора 1, имеющим кольцевую ферромагнитную вставку 2. Газомагнитные подшипники имеют также питающие отверстия 7 (не менее 4-х в одном ряду по окружности) для подвода сжатого воздуха в рабочий зазор между подшипником и ротором. Газомагнитные подшипники размещаются во втулке 3, которая, в свою очередь, располагается в корпусе подшипника 4. В верхней части корпуса подшипника 4 имеется отверстие и канал для подвода сжатого воздуха из нагнетательного трубопровода компрессора через сверления во втулке 3 сначала в камеры 11, а затем через питающие отверстия 7 в рабочий зазор. В нижней части корпуса подшипников имеется отверстие для отвода отработавшего воздуха в атмосферу. Часть воздуха может выходить в проточные части компрессора и турбины.The turbocharger consists of a compressor housing and a turbine housing (not shown), a bearing housing 4 and a rotor. The rotor consists of a compressor impeller 1, a turbine impeller 6, and a
Работает турбокомпрессор следующим образом. Перед пуском на электромагниты 8 и 9 подшипников подается питание. При этом вал ротора «всплывает». После подачи рабочего тела (например, продуктов сгорания ДВС) на колесо турбины 6 ротор турбокомпрессора начинает раскручиваться. Часть сжатого воздуха после компрессора отбирается и подается в корпус подшипников 4. Далее по каналам сжатый воздух поступает сначала в камеры 11, затем через питающие отверстия 7 - в рабочий зазор между ротором и подшипниками, образуя газовый смазочный слой. Поддержание ротора в подшипниках обеспечивается совместным действием сил давления газового смазочного слоя и магнитных сил притяжения ротора к подшипникам. Так как входящие в газомагнитный подшипник электромагниты относятся к типу активных магнитов, то это позволяет регулировать несущую способность подшипника и эффективнее демпфировать колебания ротора. Система подачи воздуха по сравнению с устройством [5] упрощена, так как отсутствуют колеса для нагнетания и отвода газовой смазки и пневмопереключатель.The turbocharger operates as follows. Before starting, the
Источники информацииInformation sources
1. Автомобильные двигатели с турбонаддувом / Н.С. Ханин, Э.В. Аболтин, Б.Ф. Лямцев и др. - М.: Машиностроение, 1991. - 336 с.1. Automobile engines with turbocharging / N.S. Khanin, E.V. Aboltin, B.F. Lyamtsev et al. - M.: Mechanical Engineering, 1991. - 336 p.
2. Патент №2117772 РФ, МПК F01D 25/24, F02C 7/06; опубл. 20.08.1998.2. Patent No. 2171772 of the Russian Federation, IPC F01D 25/24, F02C 7/06; publ. 08/20/1998.
3. Патент №2118716 РФ, МПК F04D 29/04; опубл. 10.09.1998.3. Patent No. 21118716 of the Russian Federation, IPC F04D 29/04; publ. 09/10/1998.
4. Патент №2386048 РФ, МПК F02C 7/06; опубл. 10.04.2010.4. Patent No. 2386048 of the Russian Federation, IPC F02C 7/06; publ. 04/10/2010.
5. Авторское свидетельство №1746069 СССР МПК F04D 25/06; опубл. 07.07.92, бюл. №25.5. Copyright certificate No. 1746069 USSR IPC F04D 25/06; publ. 07/07/92, bull. Number 25.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117377/06A RU2549002C1 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Turbine compressor with gas magnetic bearings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117377/06A RU2549002C1 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Turbine compressor with gas magnetic bearings |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2549002C1 true RU2549002C1 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=53289557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014117377/06A RU2549002C1 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Turbine compressor with gas magnetic bearings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2549002C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1746069A1 (en) * | 1989-12-11 | 1992-07-07 | Научно-Производственное Объединение "Химтекстильмаш" | Turbo-compressor |
US5248239A (en) * | 1992-03-19 | 1993-09-28 | Acd, Inc. | Thrust control system for fluid handling rotary apparatus |
US5355040A (en) * | 1992-07-23 | 1994-10-11 | The Glacier Metal Company Limited | Magnetic bearing back-up |
RU2118716C1 (en) * | 1997-02-05 | 1998-09-10 | Государственное предприятие Конструкторское бюро химавтоматики | Turbocompressor with gas-static support |
RU90131U1 (en) * | 2009-09-08 | 2009-12-27 | Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" | TURBO-EXPANDER PLANT |
RU2386048C2 (en) * | 2007-07-14 | 2010-04-10 | Атлас Копко Энергаз Гмбх | Turbo machine |
-
2014
- 2014-04-29 RU RU2014117377/06A patent/RU2549002C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1746069A1 (en) * | 1989-12-11 | 1992-07-07 | Научно-Производственное Объединение "Химтекстильмаш" | Turbo-compressor |
US5248239A (en) * | 1992-03-19 | 1993-09-28 | Acd, Inc. | Thrust control system for fluid handling rotary apparatus |
US5355040A (en) * | 1992-07-23 | 1994-10-11 | The Glacier Metal Company Limited | Magnetic bearing back-up |
RU2118716C1 (en) * | 1997-02-05 | 1998-09-10 | Государственное предприятие Конструкторское бюро химавтоматики | Turbocompressor with gas-static support |
RU2386048C2 (en) * | 2007-07-14 | 2010-04-10 | Атлас Копко Энергаз Гмбх | Turbo machine |
RU90131U1 (en) * | 2009-09-08 | 2009-12-27 | Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" | TURBO-EXPANDER PLANT |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8857180B2 (en) | Turbocharger bearing anti-rotation plate | |
US9581044B2 (en) | Rolling element bearing cartridge with axial thrust damping and anti-rotation assemblies | |
US9157447B2 (en) | Centrifugal gas compressor magnetic bearing thrust collar with mounting pilots | |
US9599149B2 (en) | Fluid film hydrodynamic tilting pad semi-floating ring journal bearing with compliant dampers | |
US9334866B2 (en) | System and apparatus for reducing thrust forces acting on a compressor rotor | |
US9599119B2 (en) | Bearing device for turbocharger | |
US9494189B2 (en) | Turbocharger bearing housing oil groove | |
CN101842603A (en) | Anisotropic bearing supports for turbochargers | |
CN104747595B (en) | High reliability long life gas hydrodynamic bearing | |
WO2012177507A2 (en) | Turbocharger with air buffer seal | |
US20150131931A1 (en) | Axial bearing arrangement | |
US10408260B2 (en) | Bearing structure and turbocharger | |
US8531071B2 (en) | Turbine engine powered system with hybrid bearing | |
US20160215785A1 (en) | Turbocharger with a hybrid journal bearing system | |
WO2012145486A2 (en) | Magnetic bearing system for heavy loaded compressor | |
WO2009013453A1 (en) | Turbocharger with vibration suppressing device | |
RU2549002C1 (en) | Turbine compressor with gas magnetic bearings | |
US9169847B2 (en) | Auxiliary bearing landing guard | |
RU2019108050A (en) | TURBOCHARGER | |
RU143279U1 (en) | GAS TURBINE ENGINE | |
RU2528889C1 (en) | Gas turbine engine | |
US10260516B2 (en) | Turbocharger bearing with improved durability and noise reduction | |
US10954996B2 (en) | Turbocharger bearing | |
EP3128150A1 (en) | Electrically driven supercharger, and supercharging system | |
KR101449528B1 (en) | Rotor Damper using Magnet |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160430 |