ЛЕПЕСТКОВЫЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ

Полезная модель относится к газотурбостроению, а именно, к лепестковым газодинамическим подшипникам скольжения с газовой смазкой, и может быть использован для подвески роторов высокоскоростных механизмов, имеющих сложный характер нагрузки несущих элементов, включая передачу крутящего момента, осевой и радиальной нагрузки, нагрузки от гармонических колебаний вращающихся частей. Это, например, такие механизмы, как турбогенераторы, турбокомпрессоры и т.п.
Известен лепестковый газодинамический подшипник, включающий кольцевой корпус и размещенные в его полости упругодемпферные секции (RU №2350794, F16C 32/06, опубл. 27.03.2009). Лепестковый газодинамический подшипник воспринимает радиальную нагрузку и компенсирует осевые перемещения вала. При этом под воздействием весовой нагрузки ось вала подобно консольной балке отклоняется от оси корпуса подшипника. Такое его отклонение приводит к неравномерности распределения весовой нагрузки на упругие элементы подшипникового узла, что приводит к преждевременному неравномерному их износу. При раскрутке вала на него дополнительно воздействуют вибрационные и прочие нагрузки, также отклоняющие его ось относительно оси корпуса подшипника узла.
Известна упругая опора вала (RU №2062916, F16C 27/02, опубл. 27.06.1996), где в корпусе и во вкладыше опоры выполнены глухие отверстия, в которых установлены упругие элементы в виде спрессованной проволоки. Однако, в лепестковых газодинамических подшипниковых узлах, работающих в высокотемпературной газовоздушной среде, такое выполнение упругих элементов неприемлемо. Пружина из проволоки теряет свои упругие свойства. Проволока от нагара окончательно спрессовывается. К тому же, рассчитать силу упругости подобных элементов, противостоящих вибрациям высокоскоростного вала, невозможно. Выполнение же подобных глухих отверстий в корпусе подшипника под упругие элементы в ГТД также неприемлемо, поскольку приводит к утолщению стенок корпуса и его утяжелению.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является лепестковый газодинамический подшипниковый узел, включающий кольцевой корпус подшипника и размещенные в его полости упругодемпферные секции (RU №2346193, F16C 27/02, опубл. 10.02.2009). Известный подшипниковый узел выполнен с возможностью изменения положения оси вала относительно оси кольцевого корпуса подшипникового узла. Однако такое выполнение лепесткового газодинамического подшипникового узла позволяет осуществлять поворот оси вала относительно оси кольцевого корпуса, а не смещение одной упомянутой оси относительно другой. Вышеназванный лепестковый газодинамический подшипниковый узел взят в качестве прототипа, поскольку он совпадает с заявленным большинством существенных признаков.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение несущей способности, надежности и работоспособности лепесткового газодинамического подшипникового узла при различных нагрузках в условиях газодинамического воздействия.
Заявленный технический результат достигается тем, что лепестковый газодинамический подшипниковый узел, включающий кольцевой корпус подшипника, и размещенные в его полости упругодемпферные секции, узел снабжен упругими элементами, установленными на кольцевом корпусе подшипника посредством их размещения в кольцевых канавках.
При этом упругие элементы могут быть выполнены в виде гофрированных полос.
Снабжение лепесткового газодинамического подшипникового узла упругими элементами, установленными на кольцевом корпусе подшипника посредством их размещения в кольцевых канавках, обеспечивает равномерность распределения нагрузки вращающегося вала, находящегося под воздействием газодинамической среды, на упругодемпферные элементы подшипникового узла, что, в свою очередь, повышает несущую способность, надежность, лепесткового газодинамического подшипникового узла при различных нагрузках в условиях газодинамического воздействия, а также повышает компенсационные возможности подшипниковых опор и увеличивает их ресурс.
Изобретение поясняется фигурами 1 и 2.
На фиг. 1 представлен лепестковый газодинамический подшипниковый узел в продольном разрезе.
На фиг. 2 показан разрез А-А подшипникового узла.
Лепестковый газодинамический подшипниковый узел содержит кольцевой корпус 1 подшипника (фиг. 1) и размещенные в его полости 2 упругодемпферные секции, которые состоят из пружинного элемента 3 (например, упругой гофрированной ленты) и гладких податливых лепестков 4. Каждый из пружинных элементов 3 и лепестков 4 одним из своих концов прикреплен к внутренней поверхности 5 кольцевого корпуса 1 подшипника (см. фиг. 2). На наружной поверхности кольцевого корпуса 1 посредством кольцевых канавок 6 установлены упругие элементы (путем их размещения в кольцевых канавках 6, выполненных на корпусе 1), выполненные, например, в виде гофрированных полос 7. Кольцевой корпус 1 подшипника снабжен фиксатором 8 для предотвращения его от проворачивания в установочном гнезде 9 статора 10 (изображенного в тонких линиях на фиг. 1). Размещенный в подшипниковом узле вал обозначен поз. 11.
Лепестковый газодинамический подшипниковый узел работает следующим образом.
Вал 11 статора 10, неподвижно находясь в лепестковом газодинамическом подшипниковом узле, под воздействием весовой нагрузки всех нанизанных на него деталей турбины передает эту нагрузку на упругие элементы (гофрированные полосы) 7, размещенные в кольцевых канавках 6 корпуса 1 подшипникового узла. Упругие элементы 7, прожимаясь под нагрузкой, обеспечивают совпадение осей кольцевого корпуса 1 подшипника и вала 11. При вращении вала 11 в лепестковом газодинамическом подшипниковом узле, его цилиндрическая поверхность создает вокруг себя вихревой газовый слой и обеспечивает тем самым за счет вязкости газа воздушный зазор между его поверхностью и обращенными к ней поверхностями лепестков 4. При этом обеспечивается газодинамический режим трения между лепестками и поверхностью вала, то - есть - наличие газового слоя между упомянутыми поверхностями. Вал, самоустанавливаясь, выравнивает свое положение в подшипниковом узле, а пружинные элементы 3 и упругие элементы 7 при этом совмещают положение оси корпуса подшипника 1 и оси вращающегося вала 11. При этом также выравнивается распределенная силовая нагрузка на лепестки 4, что обеспечивает равномерность их износа и максимально увеличивает их ресурс.
Таким образом, обеспечение равномерности распределения нагрузки вращающегося вала, находящегося под воздействием газодинамической среды, на упругодемпферные элементы подшипникового узла при различных нагрузках, способствует повышению его несущей способности и надежности, а также повышает компенсационные возможности подшипниковых опор и увеличивает их ресурс.