РАДИАЛЬНЫЙ ГАЗОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
RADIAL GASOSTATIC BEARING

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано при конструировании опорных подшипников турбомашин и корпусов сжатия.
Известно, что одним из перспективных направлений в создании подшипников для турбомашин являются устройства с применением газовой смазки, см., например, книгу В.А.Максимов. Газовая смазка: перспективы применения в турбомашиностроении. Казань: ЗАО "НИИ турбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа", г.Казань, 2002 г. УДК 62-135/-136-233.2-72. В книге достаточно широко освещены вопросы использования газовой смазки в различных областях машиностроения на работающих машинах, приведены сведения по основным типам и конструкциям газовых опор, приведены результаты экспериментальных исследований газовых подшипников применительно к центробежным компрессорам.
Есть достаточно подробные указания для конструирования подшипников, в частности указывается о необходимости наличия питательных отверстий, через которые сжатый рабочий газ поступает в зазор между ротором и опорой. Раскрыт механизм работы газовых опор и приведены конструктивные схемы газостатических опор, показаны основные конструкции радиальных газостатических подшипников.
Наиболее близким аналогом является радиальный газостатический подшипник, содержащий корпус, в который установлены кольцевые втулки, образующие в стыках между собой питающие каналы, зафиксированные от осевого перемещения ограничительными кольцами. В средней части корпуса предусмотрена кольцевая полость, сообщающаяся с отверстием в корпусе, через которое рабочий газ подается в кольцевую полость. Рабочий газ через питательные каналы подается в кольцевой зазор между кольцевыми втулками и ротором (см. вышеупомянутую книгу В.А.Максимов. «Газовая смазка: перспективы применения в турбомашиностроении», рис.3.6г на стр.89).
Недостатком данного подшипника является: достаточно быстрое засорение питательных каналов из-за сравнительно малой ее ширины; наличие сравнительно узкой зоны повышенного давления на выходе из питательных каналов, что вызывает необходимость предусматривать большое количество щелей для обеспечения требуемой подъемной силы, способной удерживать вал ротора в подвешенном состоянии; наличие потерь рабочего газа за счет утечки за пределы опорной поверхности рабочей втулки, сопрягаемой с валом ротора.
Техническим результатом изобретения является устранение перечисленных недостатков и, как следствие, увеличение срока службы подшипника.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что радиальный газостатический подшипник содержит корпус, установленную в нем рабочую втулку, зафиксированную от осевого перемещения относительно корпуса ограничительными кольцами, имеющую на наружной поверхности кольцевое углубление, образующее с внутренней поверхностью корпуса герметичную кольцевую полость, сообщающуюся с выполненными в корпусе отверстием для подачи рабочего газа и с питательными каналами, образованными в рабочей втулке, при этом на опорной части внутренней цилиндрической поверхности рабочей втулки, сопрягаемой с валом ротора, выполнены пересекающиеся между собой, с образованием сетки, канавки, соединенные с кольцевой полостью одним или несколькими питательными каналами, а все пересекающиеся канавки выходят своими концами в сбеговую замкнутую канавку, оконтуривающую опорную поверхность рабочей втулки.
Кроме того, питательные каналы могут быть расположены в срединной части опорной поверхности рабочей втулки и ориентированы длиной в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора.
Кроме того, кольцевая полость может быть загерметизирована с помощью уплотнительных колец, расположенных в канавках, образованных на наружной поверхности рабочей втулки по обе стороны от кольцевого углубления.
Кроме того, пересекающиеся между собой канавки ориентированы, преимущественно, под острым углом относительно направления вращения вала ротора.
Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 показан в продольном разрезе предлагаемый газостатический подшипник.
На фиг.2 показан газостатический подшипник в поперечном разрезе А-А на фиг.1.
На фиг.3 показан в разрезе Б-Б на фиг.2 вид на развернутую опорную поверхность рабочей втулки.
На фиг.4 показан крупным планом, выносным элементом В, участок опорной поверхности рабочей втулки 2 с пересекающимися канавками, сбеговой канавкой и питательными каналами 8.
На фиг.5 показан поперечным разрезом Г-Г участок рабочей втулки с профилями канавок и питательных каналов.
Радиальный газостатический подшипник содержит корпус 1, установленную в нем рабочую втулку 2, которая в свою очередь зафиксирована от осевого перемещения относительно корпуса 1 по его торцам с помощью ограничительных колец 3. Рабочая втулка 2 имеет в средней части на наружной поверхности углубление, которое образует с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 кольцевую полость 4, сообщающуюся с выполненными в корпусе 1 отверстием 5, служащим для подачи рабочего газа, и загерметизированную от внешней среды по обе стороны с помощью уплотнительных деталей, выполненных в виде уплотнительных колец 6, расположенных в уплотнительных канавках 7, образованных на наружной поверхности рабочей втулки 2 по обе стороны от кольцевого углубления. В серединной части рабочей втулки 2 в зоне кольцевой полости 4 выполнены питательные каналы 8, ориентированные длиной в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора 9, сообщающиеся с кольцевой полостью 4 (фиг.1 и 2). На опорной части внутренней цилиндрической поверхности рабочей втулки 2, сопрягаемой с вращающимся валом ротора 9, выполнены пересекающиеся между собой канавки 10 и 11, соединенные с питательными каналами 8. Пересекающиеся между собой канавки 10 и 11 образуют сетку и выходят своими концами в расположенную по контуру опорной части поверхности рабочей втулки 2 сбеговую замкнутую канавку 12, при этом канавки 10 и 11 ориентированы под острым углом а относительно направления N вращения вала ротора 9 (фиг.3).
Радиальный газостатический подшипник работает по принципу принудительного поступления газа в зазор между двумя поверхностями - опорой и вращающимся ротором 9, причем поверхности оказываются разделенными упругим газовым слоем, внутри которого образуется избыточное давление, при этом возникает подъемная сила, удерживающая ротор 9 в подвешенном состоянии и исключается контакт с опорой.
Чтобы обеспечить газовую смазку необходимо подавать рабочий газ в зазор между движущимися поверхностями путем дросселирования через питательные каналы 8.
Работа предлагаемого радиального газостатического подшипника заключается в следующем.
Перед пуском компрессора рабочий газ через отверстие 5 в корпусе 1 подают в кольцевую полость 4, откуда рабочий газ через питательные каналы 8 поступает в канавки 10 и 11, устремляясь к периферии опорной поверхности рабочей втулки 2, при этом проходит извилистый зигзагообразный путь, меняя направление движения при каждом пересечении канавок 10 и 11, теряя при этом свою кинетическую энергию, и попадает в сбеговую канавку 12.
Рабочий газ дросселируется в системе пересекающихся канавок 10 и 11, образующих густую сетку, т.е лабиринт для поступающего в него газа. Это позволяет выполнить питательные каналы 8 более широкими и располагать их между собой значительно реже, что позволяет исключить их засорение механическими частицами при работе. Рабочий газ, проходя через густую сетку канавок к периферии опоры, теряет свою кинетическую энергию, преобразующуюся в энергию давления, равномерно распределенную по всей опорной поверхности рабочей втулки 2, что, несомненно, улучшает условия для образования упругой газовой прослойки между валом ротора 9 и опорой и повышает ее подъемную силу. Наличие сбеговой кольцевой канавки 12, расположенной по контуру опорной поверхности рабочей втулки 2, позволяет отсечь утечку рабочего газа за пределы опоры, уменьшая его потери.