РАДИАЛЬНЫЙ ЛЕПЕСТКОВЫЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
RADIAL PETAL GAS DYNAMIC BEARING

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.