ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к подшипникам скольжения, способным выполнять функции как опор, так и уплотнений, разделяющих полости с различным давлением, и предназначенных для использования в высокооборотных турбонасосах, центробежных и осевых лопаточных насосах, преимущественно в насосах, использующих для смазки подшипников перекачиваемую жидкость, например в насосах турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей.
Известен подшипник скольжения высокооборотных турбомашин. Этот подшипник содержит вал и охватывающую его втулку, между которыми образован рабочий зазор. Внутренняя поверхность втулки разделена в осевом направлении на два участка, на каждом из которых выполнены клиновидные углубления. Участки разделены кольцевой канавкой. Смазка подается в указанную канавку через отверстия, выполненные во втулке, и по рабочему зазору вытекает в обе стороны через торцы подшипника. (См., напр. а.с. СССР №929901 по классу МКЗ F16C 17/02, публ. 23.05.85) Однако принятая схема подвода и отвода смазки требует при установке подшипника в насос специально предусмотренных магистралей и/или полостей для подвода и отвода смазки, отделенных уплотнениями как друг от друга, так и от некоторых других полостей насоса; кроме того, - увеличенное за счет клиновидных углублений проходное сечение рабочего зазора делает подшипник не экономичным как при работе на больших перепадах смазывающей жидкости, так и при использовании подшипника в качестве уплотнения, разделяющего полости с различным давлением Известны различные конструкции гидростатических подшипников, имеющих на рабочей поверхности несущие карманы в которые подается смазывающая жидкость от какого-либо источника давления (см., например кн. «Детали и механизмы металлорежущих станков», том 2, под ред. Д.Н.Решетова. М.: Машиностроение, 1972, с. 154, рис. 35а).
Однако при использовании для смазки подшипников жидкости, перекачиваемой насосом (например, в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей), жидкость, используемая для смазки подшипника, специально отбирается из полости высокого давления и сбрасывается после подшипника в полость низкого давления. Это приводит к росту потерь, связанных с увеличением объема утечек и уменьшению гидравлического кпд насоса. Этот недостаток особенно критичен в случае малорасходных насосов.
Наиболее близким к предложенному, по мнению заявителя, является комбинированный многоклиновый гидродинамический подшипник, рабочая поверхность которого состоит из гладкой и многоклиновой частей, по патенту РФ №2324081 Мкл F16C 17/02, F16C 33/10., публ. 10.05.2008, предназначенный для работы с осевым протоком смазки, и встраиваемый в тракты сброса имеющихся в насосе утечек.
Эта конструкция подшипника позволяет за счет изменения ряда геометрических параметров и их соотношений изменять в достаточно широких пределах характеристики подшипника.
Недостаток этого технического решения обусловлен тем, что при работе на высоких частотах вращения многоклиновый участок перестает подавлять неустойчивость, обусловленную наличием гладкой части подшипника. Это ограничивает диапазон устойчивой работы подшипника.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение диапазона устойчивости работы подшипника.
Эта задача решена за счет того, что в подшипнике, содержащем охватывающую вал втулку, внутренняя поверхность которой содержит по длине гладкий и профилированный участки, разделенные кольцевой проточкой, в профилированном участке выполнены в продольном направлении клиновидные углубления, равномерно расположенные по окружности, глубина которых уменьшается в направлении вращения вала, на гладком участке выполнены гидростатические карманы, а во втулке по числу карманов каналы, соединяющие соответствующий карман с зоной уменьшенной глубины клиновидного углубления, при этом каждый карман расположен вдоль одной образующей с ближайшим клиновидным углублением, а количество карманов равно или кратно количеству клиновидных углублений, причем каналы могут быть выполнены капиллярными, или в каналах на входе в карман могут быть установлены жиклеры.
Проведенные патентные исследования не выявили идентичных и сходных технических решений.
Совокупность существенных признаков заявляемого устройства не следует явным образом из изученного уровня техники, имеет существенные отличия от рассмотренных аналогов. Поэтому заявитель считает, что заявляемый подшипник соответствует критерию «новизна» и имеет изобретательский уровень.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, на которых представлен пример реализации изобретения Этот пример ни в коей мере не ограничивает любые другие варианты выполнения различных функциональных узлов предлагаемого устройства.
На фиг 1 изображен подшипник скольжения в осевом разрезе, на фиг.2 представлено поперечное сечение (А-А фиг.1) подшипника и показано направление вращения вала, на фиг.3 представлено поперечное сечение (Б-Б фиг.1) подшипника, на фиг.4 - развертка внутренней поверхности втулки подшипника при равном количестве несущих карманов и клиновидных углублений, на фиг.5 - развертка внутренней поверхности втулки подшипника при количестве карманов вдвое меньшем, чем количество клиновидных углублений, на фиг.6 показана эпюра давления зоны высокого давления относительно клиновидного углубления, на фиг 7 - выполнение канала с установленным в нем жиклером.
o
На фигурах обозначены вал 1 с наружным диаметром D, охватывающая вал втулка 2, внутренняя поверхность которой в осевом направлении разделена на профилированный L3 и гладкий L4 участки.
На фиг.2 и фиг.3 представлены поперечные сечения, проведенные через участки L3 и L4 (см. фиг.1) соответственно и показаны диаметральные размеры, соответствующие этим участкам.
На участке L3 с исходным диаметром D1 выполнены равномерно расположенные по окружности клиновидные углубления 5, глубина которых уменьшается в направлении ω вращения вала 1, от максимального значения, определяемого диаметром D2 до нуля, определяемого диаметром D1. Позицией 6 обозначены каналы, соединяющие соответствующий карман 7 с зоной 8 высокого давления клиновидного углубления 5.
Участок L4 представляет собой гладкий цилиндрический пояс с внутренним диаметром D3, выполненный концентрично исходной поверхности D1 участка L3, на котором выполнены равномерно расположенные карманы 7, соединенные каналами 6 с зонами 8 высокого давления на профилированном участке L3.
Позицией 9 обозначен жиклер, установленный в канале 6, позицией 10 обозначен зазор между валом 1 и участком L4.
Подшипник работает в составе высокооборотного турбонасоса, центробежного и осевого лопаточного насоса, использующих для смазки подшипников перекачиваемую жидкость, например в насосах турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей.
Перекачиваемая жидкость подается под давлением со стороны торца профилированного участка L3 с клиновидными углублениями 5 и вытекает через зазор между валом 1 и участком L4 и выполняет функцию смазки подшипника.
При вращении вала 1 смазка увлекается в сужающуюся часть клиновидного углубления 5, образуя зоны 8 высокого давления, обеспечивающие несущую способность подшипника, а благодаря наличию нескольких таких зон 8 - его устойчивую работу.
Из зон 8 высокого давления, по каналам 6 жидкость поступает в карманы 7, выполненные на участке L4, создавая на гладком участке L4 дополнительные зоны высокого давления, увеличивающие устойчивость подшипника.
Смещение вала 1 под действием радиальной силы приводит к уменьшению зазора 10 в направлении смещения вала 1 и к увеличению давления, создаваемого в клиновидных углублениях 5, расположенных в зонах 8 и, соответственно к увеличению гидростатического давления в карманах 7. Кроме того, увеличению гидростатического давления в карманах 7, расположенных со стороны уменьшенного зазора 10, способствует увеличение сопротивления вытеканию жидкости из кармана 7 за счет упомянутого уменьшения
Поскольку несущая способность подшипника падает с увеличением количества клиновидных углублений 5, то исключение части клиновидных углублений 5 из процесса создания несущей способности за счет отбора давления приведет к некоторому росту несущей способности участка L3.
Таким образом, количество клиновидных углублений 5 может быть равно или кратно количеству карманов 7 в зависимости от конкретных требований к подшипнику.
Способность подшипника работать в условиях осевого протока смазки и значительных осевых перепадов давления позволяет легко встраивать его в конструкцию насосов и использовать для смазки имеющиеся в насосе утечки между полостями с различным давлением. В этом случае не требуется привлечения специально отбираемого для смазки подшипника расхода жидкости, что существенно повышает экономичность насоса.
Наибольшая эффективность предлагаемой конструкции достигается при использовании его в насосах, подшипники которых смазываются перекачиваемой жидкостью, в первую очередь в малорасходных насосах, кпд которых в большой степени зависит от величины объемных потерь, т.е. утечек. Отбор смазки из зон 8 высокого давления, образующихся на клиновых углублениях 5, приводит к снижению давления в этих зонах и. соответственно, к уменьшению несущей способности участка L3 подшипника. Частично компенсировать это явление возможно за счет использования для питания карманов 7 части клиновидных углублений 5.
Заявителем были проведены успешные макетные испытания заявляемого устройства. Предлагаемый подшипник может быть изготовлен в промышленных масштабах и пригоден для использования в высокооборотных турбонасосах, центробежных и осевых лопаточных насосах, преимущественно в насосах, использующих для смазки подшипников перекачиваемую жидкость, например в насосах турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей.