РАДИАЛЬНЫЙ ЛЕПЕСТКОВЫЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
RADIAL FLAP GAS DYNAMIC BEARING

Область техники
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.
Характеристика аналога
Известен радиальный лепестковый газодинамический подшипник (см. Безмасляный турбодетандер с лепестковыми газодинамическими подшипниками. / Захарова Н.Е., Зотов Н.И., Леонов В.П., Сигачев С.И., Шадрина В.Ю., Щедухин С.И. // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение - 2000. Специальный выпуск. - С. 72-77), содержащий охватывающий цапфу вала корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными прямоугольными пазами и перекрывающие друг друга лепестки с крепежными хвостовиками профилированными по незамкнутому коробчатому профилю, вставленными в пазы корпуса с образованием шарнирного соединения примыкающего к передней стенки паза.
Недостатком данного подшипника является низкая демпфирующая способность.
Характеристика прототипа
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. С. 923-927), имеющий между каждым лепестком и корпусом аркообразный демпфирующий дополнительный лепесток, отогнутая крепежная часть которого размещена между крепежным хвостовиком лепестка и передней стенкой паза.
К недостаткам прототипа относится то, что отогнутая крепежная часть дополнительного лепестка зажата между крепежным хвостовиком лепестка и передней стенкой паза, таким образом, лишая дополнительный лепесток значительной части подвижности и возможности к самоустановке, что снижает несущую способность и устойчивость движения вала в таком подшипнике.
Техническая задача
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении несущей способности подшипника и устойчивости движения вала за счет придания дополнительному лепестку возможности проворота (вращения) в месте крепления к корпусу.
Поставленная задача достигается тем, что радиальный лепестковый газодинамический подшипник, содержащий охватывающий цапфу вала корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными прямоугольными пазами, в которые вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики перекрывающих друг друга лепестков и отогнутая крепежная часть дополнительных лепестков.
Причем отогнутая крепежная часть дополнительных лепестков размещена внутри незамкнутого коробчатого профиля крепежных хвостовиков перекрывающих друг друга лепестков с возможностью проворота (вращения), что позволяет обеспечить большую несущую способность подшипника при сохранении устойчивого движения вала.
В результате проведенных патентных исследований не выявлено аналогичных технических решений, что позволяет предположить соответствие заявляемого изобретения критерию новизна и изобретательский уровень.
На чертеже представлен поперечный разрез заявляемого радиального лепесткового газодинамического подшипника.
Радиальный лепестковый газодинамический подшипник содержит корпус подшипника 1, расположенную внутри отверстия в корпусе подшипника цапфу вала 2, перекрывающие друг друга лепестки 5 и дополнительные лепестки 7, установленные между корпусом подшипника и цапфой вала. На внутренней цилиндрической поверхности отверстия корпуса подшипника 1 равномерно по окружности размещены несколько продольных прямоугольных пазов 3 (на чертеже представлен один из возможных вариантов с четырьмя пазами). В пазы 3 вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики 4 лепестков 5. Дополнительные лепестки 7 расположены между корпусом подшипника 1 и лепестками 5, при этом отогнутая крепежная часть 6 дополнительных лепестков 7 размещена внутри крепежных хвостовиков 4 лепестков 5. На видах А и А1 изображены варианты исполнения отогнутой крепежной части 6 дополнительных лепестков 7.
Заявляемый радиальный лепестковый газодинамический подшипник работает следующим образом. Лепестки 5, частично перекрывая друг друга, образуют непрерывный ряд клиновых поверхностей. Когда вал неподвижен, лепестки 5 касаются цапфы вала 2 и стремятся удержать его в центре подшипника. Вращающийся вал увлекает воздух в из зоны с большой толщиной воздушного зазора между цапфой вала 2 и лепестком 5 в зону с малой толщиной воздушного зазора. При этом в зазоре между цапфой вала 2 и лепестком 5 возрастает давление. При определенной частоте вращения вала давление воздуха становится достаточным для отделения лепестков 5 от цапфы вала 2. Между цапфой вала 2 и лепестками 5 на всем протяжении возникает несущий газовый слой, чтобы воспринимать всю нагрузку от вала.
Результирующая сила от возникающего давления в общем случае проходит не через центр цапфы вала, создавая кроме несущей силы, направленной через центр цапфы вала, тангенсальную силу, которая создает прецессию вала относительно центра вращения, и при определенных условиях приводит к потери устойчивости движения вала. Из-за возможности проворота лепестка 5 в пазах 3 корпуса подшипника 1, лепесток 5 принимает такое положение, что результирующая сила от возникающего давления всегда проходит через центр цапфы вала 2, исключая условия для образования приводящих к потери устойчивости движения вала сил. Это называется эффектом самоустанавливаемости.
Зоны сухого трения, образующиеся при относительном смещении лепестков 5 в процессе их деформирования, рассеивают колебательную энергию вала. Обычно этого не достаточно, особенно при большой мощности на валу или при воздействии внешней возмущающей нагрузке. Для увеличения демпфирующей способности подшипника используют дополнительные лепестки 7, устанавливаемые между корпусом подшипника и лепестками 5. Дополнительные лепестки 7 гасят возмущающие колебания вала за счет образования дополнительных зон трения контактирующих поверхностей.
Однако для обеспечения эффекта самоустанавливаемости необходимо, чтобы дополнительные лепестки также имели возможность проворота в месте крепления к корпусу. Установка отогнутой крепежной части 6 дополнительных лепестков 7 внутри крепежных хвостовиков 4 лепестков 5 решает эту задачу.
Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом устройстве, решается полностью поставленная задача, вытекающая из уровня техники, и, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение находится на стадии опытно-промышленных испытаний. Планируется серийное производство заявляемого устройства и использование в отечественных турбогенераторах.