Розробка заходів з підвищення надійності підшипникового вузла турбокомпресора автотракторного дизеля

Abstract

Для підвищення надійності малорозмірних турбокомпресорів, зокрема підшипникового вузла, запропоновано використання в автоматичному режимі локального охолодження підшипника стисненим повітрям. Розглядається конструкція турбокомпресора з центральним корпусом, в якому розміщується підшипник і до якого підводиться під надлишковим тиском моторне масло з системи змащення двигуна. Така конструкція є найбільш розповсюдженою серед турбокомпресорів автотракторних двигунів. Критичним для підшипника можуть стати форсовані режими двигуна, що супроводжуються закиданнями температури відпрацьованих газів, наприклад, внаслідок некерованого збільшення циклової подачі, різкого зростання навантаження. Такі режими призводять до зростання температурних деформацій турбінного колеса, ротора, знижують надійність турбокомпресора. Відведення теплоти від ротора через підшипниковий вузол в систему змащення виявляється недостатнім, необхідне додаткове короткочасне локальне охолодження. В проведеному дослідженні змодельовані теплообмінні процеси в підшипниковому вузлі малорозмірного турбокомпресора з використанням розробленої математичної моделі на основі методу скінчених елементів. Для уточнення моделі, а саме граничних умов задачі теплопровідності, було проведено серію безмоторних експериментів з локально охолоджуваним підшипником. В ході безмоторних експериментів було відпрацьовано алгоритм роботи системи автоматичного керування, відібрані та перевірені на практиці окремі її структурні елементи. Проведені безмоторні експерименти та результати математичного моделювання підтвердили ефективність ви-користання системи автоматичного локального охолодження підшипникового вузла. Зазначені заходи підвищують надійність малорозмірних турбокомпресорів.

To increase the reliability of small turbochargers, in particular the bearing unit, it is proposed to use in the automatic mode of local cooling of the bearing with compressed air. The design of the turbocharger with the central case which houses the bearing and to which engine oil from the engine lubrication system is brought under excess pressure is considered. This design is the most common among turbochargers of tractor engines. Forced engine modes can be critical for the bearing, accompanied by fluctuations in the exhaust gas temperature, for example, due to an uncontrolled increase in cyclic supply, a sharp increase in load. Such modes lead to an increase in temperature deformations of the turbine wheel, rotor, reduce the reliability of the turbocharger. Heat dissipation from the rotor through the bearing assembly into the lubrication system is insufficient, additional short-term local cooling is required. The study simulated heat transfer processes in the bearing assembly of a small turbocharger using the developed mathematical model based on the finite element method. To clarify the model, namely the boundary conditions of the thermal conductivity problem, a series of non-motorized experiments with a locally cooled bearing were performed. In the course of non-motorized experiments, the algorithm of the automatic control system operation was worked out, some of its structural elements were selected and tested in practice. Conducted non-motorized experiments and the results of mathematical modeling confirmed the effectiveness of using the system of automatic local cooling of the bearing assembly. These measures increase the reliability of small turbochargers.