Радиальный лепестковый газодинамический подшипник

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к подшипникам скольжения с жидкостной и газовой смазкой, используемым в опорах роторов высокоскоростных турбомашин различного назначения.
Уровень техники
Известен радиальный лепестковый газодинамический подшипник (патент РФ на полезную модель №169646). Подшипник содержит цапфу, расположенную в отверстии корпуса. Между цапфой и корпусом расположены упругие лепестки, выполненные из тонкой металлической ленты. Лепестки расположены в окружном направлении и перекрывают друг друга. Лепесток закреплен своей средней частью относительно корпуса посредством шпонки, которая прикреплена к лепестку при помощи контактной сварки и установлена в пазу корпуса в осевом направлении. Между каждым лепестком и корпусом расположена в окружном направлении упругая гофрированная лента.
Крепление лепестка в его средней части приводит к уменьшению углового расстояния между зоной закрепления лепестка и зоной трения между лепестком и цапфой и снижению силы и момента трения в подшипнике во время пуска.
Однако данный подшипник имеет недостаточно надежное крепление лепестка к шпонке при длительной эксплуатации турбомашины в условиях вибрационной нагрузки ротора на подшипник.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение ресурса и надежности подшипника.
Указанный технический результат достигается следующим образом. Лепестковый газодинамический подшипник содержит цапфу, расположенную в отверстии корпуса. Между цапфой и корпусом расположены в окружном направлении перекрывающие друг друга тонкие гибкие лепестки. Между каждым лепестком и корпусом расположена тонкая упругая гофрированная лента. Средняя часть каждого лепестка закреплена относительно корпуса при помощи шпонки. Шпонка установлена в пазу корпуса, расположенном в осевом направлении. При этом шпонка прикреплена к лепестку через уголок, выполненный из металлической ленты, имеющий Г-образное сечение и закрепленный при помощи контактной сварки одной стороной на наружной поверхности лепестка, а другой стороной на боковой поверхности шпонки, расположенной навстречу вращению цапфы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано схематическое изображение продольного разреза лепесткового газодинамического подшипника.
На фиг. 2 показана увеличенная часть продольного разреза лепесткового газодинамического подшипника.
Осуществление полезной модели
Показанный на фиг. 1 подшипник содержит цилиндрическую цапфу 1. Цапфа 1 расположена в отверстии корпуса подшипника 2. В кольцевом зазоре между цапфой 1 и корпусом 2 в окружном направлении расположено несколько упругих лепестков 3, изготовленных из металлической ленты толщиной, обычно, 0,1…0,3 миллиметра. Обычно лепестки 3 имеют в свободном состоянии цилиндрическую форму. Каждый лепесток 3 удерживается относительно корпуса 2 при помощи шпонки 4, расположенной в осевом направлении и закрепленной на средней части лепестка 3. Шпонка 4 установлена в расположенном в осевом направлении пазу 8 корпуса 2.
Шпонка 4 делит в осевом направлении лепесток 3 на две части: переднюю и заднюю. Передняя часть 6 лепестка 3 прилегает к цапфе 1 подшипника при невращающемся роторе. Задняя часть 7 лепестка 3 расположена между передней частью 9 соседнего лепестка, перекрывающего лепесток 3, и корпусом. Между задней частью 7 лепестка 3 и корпусом 2 расположена гофрированная лента 5, изготовленная из металлической ленты толщиной около 0,1 мм. Такие же гофрированные ленты расположены в окружном направлении между корпусом 2 и задними частями остальных лепестков.
Как показано на фиг. 2, шпонка 4 прикреплена к лепестку 3 через уголок 12 выполненный из металлической ленты, имеющий Г-образное сечение и закрепленной при помощи контактной сварки одной стороной 14 на наружной поверхности лепестка 3, а другой стороной 15 на боковой поверхности шпонки 4. Эта поверхность расположена навстречу вращению цапфы.
При вращении цапфы в направлении по стрелке 10 воздух увлекается цапфой за счет своей вязкости в конфузорный зазор между цапфой и верхней частью 6 лепестка 3 и создает избыточное давление в зазоре между лепестком 3 и цапфой 1, возрастающее с ростом скорости вращения цапфы. Начиная с некоторой скорости вращения цапфы, это давление смещает лепесток 3 от цапфы 1 к корпусу 2 и контакт между цапфой и лепестками исчезает. Подобным образом исчезает контакт между цапфой 1 и остальными лепестками.
При работе турбомашины в условиях вибрационной нагрузки возникающие колебания цапфы 1 в радиальном направлении относительно корпуса 2 вызывают радиальные колебания лепестка 3 и шпонки 4. Эти колебания сопровождаются также угловыми колебаниями лепестка 3 относительно шпонки 4. В известном подшипнике, где лепесток непосредственно соединен со шпонкой при помощи сварки, такие колебания вызывают существенные переменные напряжения в местах сварки лепестка со шпонкой, что может приводить к усталости и разрушению соединения лепестка и шпонки и сокращению ресурса. В предлагаемом подшипнике угловые колебания лепестка 3 относительно шпонки 4 вызывают значительно меньшие переменные напряжения в местах сварки лепестка 3 и шпонки 4 с уголком 12, поскольку уголок 12 имеет относительно небольшую изгибную жесткость. Это обеспечивает повышение ресурса и надежности подшипника.