Радиальный лепестковый газодинамический подшипник

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к радиальным лепестковым газодинамическим подшипникам, и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных турбомашин. Радиальный лепестковый газодинамический подшипник содержит корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными пазами, в которые вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики (7) перекрывающих друг друга лепестков (3), охватывающих в статическом состоянии цапфу сопрягаемого вала. Подшипник снабжен кольцевой проточкой, выполненной на внутренней цилиндрической поверхности корпуса в месте охвата цапфы вала и установки лепестков (3), и упругим разжимным кольцом для установки в кольцевой проточке. Крепежные хвостовики (7) снабжены прорезью (8) для прохода упомянутого упругого разжимного кольца, установленного, в собранном состоянии подшипника, в кольцевой проточке цилиндрической поверхности корпуса, выполненной в области центра симметрии лепестка (3) или на некотором смещении от упомянутого центра симметрии. Технический результат: расширение зоны работоспособности подшипника, в т.ч. путем увеличения изгибной частоты колебаний вала вследствие уменьшения длины вала за счет исключения нерабочей зоны подшипника, используемой для крепления лепестков в осевом направлении. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к радиальным лепестковым газодинамическим подшипникам, и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных турбомашин, в частности в турбогенераторах и турбокомпрессорах.

Известен радиальный лепестковый газодинамический подшипник (см. Патент США 3615121, 1971 г.), содержащий охватывающий цапфу вала корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными прямоугольными пазами, перекрывающие друг друга лепестки с крепежными штифтами, вставленными в пазы корпуса и последующего закрытия концов пазов кольцевыми фиксаторами (тонкими дисками), которые крепятся к корпусу с помощью винтов.

Недостатком данного подшипника является снижение рабочей зоны подшипника из-за наличия кольцевых фиксаторов с крепящими их винтами и сложность его изготовления.

Наиболее близким к данному изобретению является радиальный лепестковый газодинамический подшипник (см. Высокоскоростные газодинамические лепестковые подшипники с перекрывающимися лепестками. / Сигачев С.И., Захарова Н.Е., Румянцев М.Ю. // Сборник трудов VIII Международной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве». - Протвино, Управление образования и науки Администрации г. Протвино. 23-27 июня 2014 г. стр. 923-927), где для осевой фиксации лепестков в кольцевые проточки по краям корпуса устанавливаются упругие разрезные кольца.

К недостаткам прототипа относится то, что использование для осевой фиксации лепестков двух пазов по краям корпуса с установленными в них разжимных колец приводит к увеличению минимально необходимой длины цапфы вала и, как следствие, к снижению изгибной жесткости вала, которая может оказаться ниже рабочей частоты вращения вала, что недопустимо для работы лепесткового газодинамического подшипника.

Кроме того, при работе данный подшипник допускает только одно направление вращения, и обслуживание подшипника затруднено.

Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является расширение зоны работоспособности подшипника, в т.ч. путем увеличения изгибной частоты колебаний вала в следствие уменьшения длины вала за счет исключения нерабочей зоны подшипника, используемой для крепления лепестков в осевом направлении.

Дополнительными техническими результатами являются:

- облегчение процессов обслуживания подшипника, в т.ч. его сборки и разборки;

- исключение возможности неправильной установки лепестков (в обратном направлении);

- обеспечение возможности работы подшипника в обоих направлениях вращения вала.

Также техническим результатом является расширение области техники и создание именно такого подшипника, как он охарактеризован в формуле изобретения.

Заявленный технический результат достигается тем, что радиальный лепестковый газодинамический подшипник, содержащий корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными пазами, в которые вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики перекрывающих друг друга лепестков, охватывающих в статическом состоянии цапфу сопрягаемого вала, снабжен кольцевой проточкой, выполненной на внутренней цилиндрической поверхности корпуса в месте охвата цапфы вала и установки лепестков, и упругим разжимным кольцом для установки в кольцевой проточке, а крепежные хвостовики снабжены прорезью для прохода упомянутого упругого разжимного кольца, установленного, в собранном состоянии подшипника, в кольцевой проточке цилиндрической поверхности корпуса в области центра симметрии лепестка или на некотором расстоянии от него.

В частных случаях выполнения:

Крепежные хвостовики и/или выполнены преимущественно из сплавов на железоникелевой основе.

На сторону лепестков, обращенную к цапфе сопрягаемого вала, может быть нанесено антифрикционное покрытие, например, фторопласто-полиимидная твердая смазка.

Относительная длина каждого из лепестков преимущественно находится диапазоне 1,5-1,9 (безразмерная величина).

Относительный радиус лепестка преимущественно находится в диапазоне 1,3-2,0 (безразмерная величина).

Рабочая часть, как минимум, одного из лепестков, может быть спрофилирована по радиусу.

Глубина прорези крепежного хвостовика преимущественно выполняется не менее ширины соответствующей прорези.

Упругое разжимное кольцо может быть выполнено с круглым или прямоугольным сечением.

Упругое разжимное кольцо установлено с зазором или с натягом.

На прилагаемых чертежах показан предложенный радиальный лепестковый газодинамический подшипник в различных разрезах, а также его составная часть.

На фиг. 1 показан осевой разрез подшипника.

На фиг. 2 показан поперечный разрез подшипника.

На фиг. 3 показан лепесток подшипника.

Радиальный лепестковый газодинамический подшипник содержит корпус подшипника 1, внутри которого располагается цапфа вала 2, перекрывающие друг друга лепестки 3. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса подшипника 1 равномерно по окружности размещены несколько продольных пазов 4, преимущественно прямоугольного сечения (на чертежах представлен один из возможных вариантов с пятью пазами).

На внутренней цилиндрической поверхности корпуса подшипника 1 в месте охвата цапфы вала 2 и установки лепестков 3 в области центра симметрии или на некотором незначительном расстоянии от него выполнена кольцевая проточка 5, в которую в собранном состоянии вставлено упругое разжимное (например, разрезное) кольцо 6. В пазы 4 вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики 7 лепестков 3, причем хвостовики 7 имеют прорезь 8 для прохода кольца 6, выполненную преимущественно в центральной части хвостовика.

Глубина прорези 8 хвостовика 7 преимущественно выполняется не менее ширины соответствующей прорези.

Крепежные хвостовики 7 (как и все лепестки в целом) выполнены из сплавов на железоникелевой основе, например, причем преимущественно используется сплав 36НХТЮ.

Рабочая часть лепестков 3 спрофилирована по радиусу, относительная длина лепестков 3 находится в диапазоне 1,5-1,9 (безразмерная величина), а относительный радиус - в диапазоне 1,3-2,0 (безразмерная величина).

Лепестки 3 установлены таким образом, что в статическом состоянии охватывают цапфу вала 2 без зазора, а в динамическом состоянии - с зазором. На сторону как минимум, одного из лепестков 3, обращенную к цапфе сопрягаемого вала, может быть нанесено антифрикционное покрытие, например, фторопласто-полиимидная твердая смазка.

Упругое разжимное кольцо 6, которое может быть выполнено разрезным, имеет круглое или прямоугольное сечение, и может быть установлено в проточке 5 с зазором или с натягом.

Заявляемый радиальный лепестковый газодинамический подшипник работает следующим образом.

Лепестки 3, частично перекрывая друг друга, образуют непрерывный ряд клиновых поверхностей. Когда вал неподвижен, лепестки 3 касаются цапфы вала 2 и стремятся удержать его в центре подшипника. Вращающийся вал увлекает воздух из зоны с большой толщиной воздушного зазора между цапфой вала 2 и лепестком 3 в зону с малой толщиной воздушного зазора. При этом в зазоре между цапфой вала 2 и лепестком 3 возрастает давление. При определенной частоте вращения вала давление воздуха становится достаточным для отделения лепестков 3 от цапфы вала 2. Между цапфой вала 2 и лепестками 3 на всем протяжении возникает несущий газовый слой, чтобы воспринимать всю нагрузку от вала.

От осевого смещения лепестков 3 относительно корпуса подшипника 1 предохраняет упругое разрезное кольцо 6, вставленное в кольцевую проточку 5 таким образом, что крепежный хвостовик 7 прорезью 8 обхватывает кольцо 6 и удерживает лепесток 3 от осевого смещения относительно корпуса подшипника 1.

Причем установка кольца 6 по центру симметрии лепестка или близко от указанного центра симметрии не препятствует возможности проворота лепестка 3 в пазах 4 корпуса подшипника 1, лепесток 3 принимает такое положение, что результирующая сила от возникающего давления всегда проходит через центр цапфы вала 2, исключая условия для образования приводящих к потере устойчивости движения вала сил.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном устройстве, решается полностью поставленная задача, вытекающая из уровня техники, и, следовательно, оно соответствует критериям, предъявляемым к изобретениям.

1. Радиальный лепестковый газодинамический подшипник, содержащий корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными пазами, в которые вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики перекрывающих друг друга лепестков, охватывающих в статическом состоянии цапфу сопрягаемого вала, отличающийся тем, что подшипник снабжен кольцевой проточкой, выполненной на внутренней цилиндрической поверхности корпуса в месте охвата цапфы вала и установки лепестков, и упругим разжимным кольцом для установки в кольцевой проточке, а крепежные хвостовики снабжены прорезью для прохода упомянутого упругого разжимного кольца, установленного, в собранном состоянии подшипника, в кольцевой проточке цилиндрической поверхности корпуса в области центра симметрии лепестка или на некотором расстоянии от него.

2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что крепежные хвостовики выполнены из сплавов на железоникелевой основе.

3. Подшипник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на сторону лепестков, обращенную к цапфе сопрягаемого вала, нанесено антифрикционное покрытие.

4. Подшипник по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что относительная длина каждого из лепестков находится в диапазоне 1,5-1,9.

5. Подшипник по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что относительный радиус лепестка находится в диапазоне 1,3-2,0.

6. Подшипник по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что рабочая часть как минимум одного из лепестков спрофилирована по радиусу.

7. Подшипник по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что глубина прорези крепежного хвостовика выполнена не менее ширины соответствующей прорези.

8. Подшипник по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что упругое разжимное кольцо выполнено круглого или прямоугольного сечения.

9. Подшипник по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что упругое разжимное кольцо установлено с зазором.

10. Подшипник по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что упругое разжимное кольцо установлено с натягом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к упорным подшипникам скольжения с самоустанавливающимися колодками, и может быть использовано в конструкциях паровых турбин, компрессоров, насосов и других роторных машин. В упорном подшипнике скольжения, содержащем корпус с каналами подвода смазки, упорные самоустанавливающиеся колодки, фиксирующие элементы и маслосъемные скребки, установленные в межколодочном пространстве, на тыльной стороне каждой колодки выполнен гидростатический карман, соединенный отверстием с рабочей поверхностью своей колодки, при этом на рабочей поверхности в центральной части колодки выполнено углубление, имеющее наклонный участок, кроме того, в теле скребка предусмотрено отверстие, соединяющее канал подвода смазки в корпусе подшипника с полостью в верхней части скребка, связанной с входом на рабочую поверхность колодки.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в увеличении удельной мощности, уменьшении механического износа сферического электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в увеличении удельной мощности, уменьшении механического износа сферического электродвигателя.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к упорным подшипникам скольжения с сегментами, каждый из которых снабжен скошенными участками, и может быть применено в конструкциях машин при переменном направлении вращения вала. В упорном подшипнике скольжения, содержащем корпус с каналами подачи смазки, упорное кольцо с каналами подвода смазки к рабочей поверхности, разделенной радиальными канавками на равные сегменты, каждый из которых снабжен двумя противоположно направленными участками, скошенными под углом к плоской поверхности скольжения, на тыльной стороне каждого сегмента выполнено по два гидростатических кармана, соединенных каждый отдельным отверстием в упорном кольце с одним из двух скошенных участков сегмента.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам скольжения, и может быть использовано в узлах механизмов и машин для обеспечения вращательного движения. Подшипник скольжения содержит внутреннюю и наружную втулки, устройство перемещения внутренней втулки, блок сбора, обработки и управления сигналами, который соединен прямой и обратной связью с датчиками температуры, перемещения и давления.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к упорным подшипникам скольжения с самоустанавливающимися колодками, и может быть использовано в конструкциях паровых турбин, компрессоров, насосов и других роторных машин. Реверсивный упорный подшипник скольжения содержит корпус с каналами подвода смазки, упорные самоустанавливающиеся колодки, фиксирующие винты, маслосъемные скребки, установленные в межколодочном пространстве.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подшипникам скольжения с самоустанавливающимися колодками, и может быть использовано в качестве опор скольжения для паровых турбин, компрессоров, насосов и других роторных машин. Реверсивный подшипник скольжения содержит корпус с каналами подвода смазки и сливной полостью, вал, охваченный самоустанавливающимися колодками, каждая из которых имеет гидростатические карманы на спинках колодки.

Изобретение относится к подшипнику, предназначенному для поддержки вала, вращающегося вокруг оси. Более конкретно, данное изобретение относится к радиальному или упорному подшипнику с множеством самоустанавливающихся сегментных подушек, соответственно соединенных с корпусом подшипника через гибкую опору переборки.

Изобретение относится к деталям машин, а именно к конструкциям радиальных газодинамических подшипников, предназначенных для использования, в частности, в высокоскоростных роторных системах, например, компрессоров, турбин, электрогенераторов. Радиальный лепестковый газодинамический подшипник состоит из цилиндрического корпуса (1), включающего внутреннюю опорную поверхность (2) и по меньшей мере два Г-образных паза (3), выполненных с возможностью установки в эти пазы (3) отбортовки (4) лепестков (5) подшипника.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к активным упорным гидро/аэростатодинамическим подшипникам, и может быть использовано в быстровращающихся, высоконагруженных или прецессионных роторных машинах. Активный упорный гидро/аэростатодинамический подшипниковый узел содержит корпус, в котором размещен вал с пятой и установлен вкладыш, в котором выполнено одно смазочное отверстие, соединенное с подающей магистралью.

Изобретение относится к деталям машин, а именно к конструкциям радиальных газодинамических подшипников, предназначенных для использования, в частности, в высокоскоростных роторных системах, например, компрессоров, турбин, электрогенераторов. Радиальный лепестковый газодинамический подшипник состоит из цилиндрического корпуса (1), включающего внутреннюю опорную поверхность (2) и по меньшей мере два Г-образных паза (3), выполненных с возможностью установки в эти пазы (3) отбортовки (4) лепестков (5) подшипника.
Наверх