4.3. Расположение подшипников

Различают внешнее и внутреннее расположение подшипников. На рис. 4.6. показано внутреннее расположение подшипников (колесо компрессора размещено консольно с одной стороны вала, а колесо турбины также консольно, но с другой стороны вала), а на рис. 4.7. – внешнее.

Рис. 4.7. Общий вид турбокомпрессора с внешним расположением подшипников.

Имеются также особые конструктивные схемы, когда одна опора расположена снаружи, а другая – изнутри, т. е. между колёсами компрессора и турбины. Имеются также схемы с моноротором, т. е. когда ротор размещён в двух подшипниках, а колёса и турбины, и компрессора размещены совместно консольно с одной стороны вала на опорах.

П реимущества внешнего расположения подшипников следующие: хороший доступ к ним (удобство обслуживания подшипников, удобство замены при малом объёме монтажно – демонтажных работ), меньшие диаметры цапф подшипников, чем при внутреннем расположении, меньший подвод тепла к подшипнику, расположенному у турбины, т. к. его можно удалить от диска. Правда, в этом случае требуется охлаждение водой входного устройства компрессора (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Общий вид турбокомпрессора с осевой турбиной и внешним расположением подшипников качения конструкции “Броун – Бовери”.

Расположение опор по концам вала имеет следующие недостатки: большие габаритные размеры; более толстый и тяжёлый вал, т. к. из – за повышенной длины он должен иметь повышенную изгибную жёсткость; худшая соосность подшипников, т. к. подшипники размещаются в отдельных частях корпусных деталей, которые между собой должны очень строго фиксироваться, а также потому, что из – за повышенной длины более ощутимыми становятся термические искривления вала; подвод воздуха к компрессору и газа к турбине происходят не так свободно, как при внутреннем расположении опор; худший доступ к узлам с лопатками.

К преимуществам внутреннего расположения опор (двухконсольная конструкция) относятся следующие: меньшая габаритная длина при тех же размерах колёс (рис. 4.9. и 4.10); большая компактность и меньшая масса.

Рис. 4.9. Общий вид турбокомпрессора с радиальной турбиной и внутренним расположением подшипников скольжения конструкции фирмы MAN типа NR12.

Рис. 4.10. Общий вид турбокомпрессора с осевой турбиной и внутренним расположением подшипников скольжения конструкции фирмы MAN типа N и H для четырёхтактных дизелей.

Этим часто облегчается размещение турбокомпрессора на двигателе. Газоподводящие каналы могут выполняться более прямыми, с меньшими углами поворота. Такие турбокомпрессоры обходятся либо без водяного охлаждения, либо с охлаждением водой одного подшипника, т. к. температурная деформация корпуса и короткого вала мало сказывается на соосности подшипников. Для такого турбокомпрессора не требуется водяное охлаждение газоподводящего корпуса, что способствует повышению КПД и уменьшает коррозию корпуса, особенно при работе на тяжёлом топливе. Меньшая масса ротора способствует повышению приёмистости турбокомпрессора. Стоимость такого ТК заметно ниже.

Недостатками такой конструкции являются следующие: больший диаметр подшипников, а значит повышенное трение; более сильный нагрев от турбинного диска подшипника, расположенного рядом с турбиной; из – за меньшего расстояния между подшипниками требуется более тщательная балансировка роторов; замена подшипников требует большего объёма монтажно – демонтажных работ.

Расположение подшипников по одну сторону от колёс применимо лишь для радиальной турбины, позволяет ещё более существенно уменьшить диаметры подшипников, особенно наружного; имеется хороший доступ к подшипникам. Такая конструкция обеспечивает особенно плавный ход ТК при высоких частотах вращения.

При двухконсольной схеме более распространены подшипники скольжения. Они невосприимчивы к ударным нагрузкам, имеют меньший износ, т. к. у них лучше обеспечивается гидродинамическая смазка (что определяется меньшими удельными нагрузками и высокой окружной скоростью), а следовательно они более долговечны. Их недостатки заключаются в повышенном расходе масла, в необходимости предварительной подачи масла после длительной стоянки, а также в необходимости подачи дополнительной смазки при неожиданной остановке (горячий подшипник вблизи турбины нагревает масло в нём до температур коксуемости).

Достоинства подшипников качения заключаются в меньшем трении, в возможности запуска ТК даже при небольшой мощности турбины (двухтактные двигатели), в меньшем расходе масла, меньшем его нагреве, возможности отказа от предварительной смазки.

Подшипники скольжения требуют применения принудительной смазки. В таких ТК может использоваться собственная система циркуляции масла, что обеспечивает повышенную чистоту масла и не требует дополнительных трубопроводов на двигателе. Однако, при этом необходим собственный циркуляционный насос с приводом от вала ТК. Поэтому ТК чаще включают в систему циркуляции масла всего двигателя. В подшипниках качения применяют либо смазку разбрызгиванием, либо подачу масла специальным насосом (в случаях повышенных степеней повышения давления).

Эта мера необходима для отвода теплоты при высоких окружных скоростях подшипников.

В целом, ТК с подшипниками скольжения почти всегда выполняются с системой смазки, включённой в масляную систему двигателя. А ТК с подшипниками качения оснащаются автономной масляной системой.