ГИБРИДНЫЙ РАДИАЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ ПОДШИПНИК С ШИРОКИМ ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ СКОРОСТЕЙ И НАГРУЗОК

Полезная модель  относится к области машиностроения, в частности к гибридным опорам, совмещающим в себе характеристики газостатического и газодинамического подшипников скольжения с газовой смазкой, используемым для радиальной подвески валов низко- и высокоскоростных радиально нагруженных валов различного назначения - турбохолодильников, турбодетандеров, электрогенераторов, турбин летательных аппаратов, наземных, надводных и подводных транспортных объектов и т.д.
Из уровня техники известен лепестковый подшипник, применяемый в микротурбинных разработках Capstone (патент US 5915841, МПК F16C 17/12, F16C 17/03, F16C 27/02, опубл. 1999), который поддерживает вал ротора генератора на слое воздуха. В микротурбинных установках Capstone воздушный подшипник состоит из двух компонентов: внешняя часть выполнена из особого высокотемпературного сплава, имеет цилиндрическую форму, а внутренняя часть представляет собой тонкую волнообразную цилиндрическую оболочку (гофрированный упругий элемент, выполняющий роль пружины), над которой расположена лента. Пружины обеспечивают необходимую жесткость и податливость опоры. Благодаря формируемой при движении вала форме поверхности ленты, обращенной к валу, при скорости вращения свыше 2000 об/мин образуется воздушная пленка, которая отделяет вал от ленты подшипника и защищает его от износа, одновременно обеспечивая необходимую несущую способность газодинамической опоры. Такая конструкция подшипника обеспечивает длительный срок эксплуатации, до 60000 ч до капитального ремонта.
Недостатком такого подшипника является невозможность работы при вибрационных нагрузках на корпус и ограниченное количество циклов пуск (разгон) - останов (торможение) микротурбинной установки из-за износа и повреждения рабочей поверхности ленты и невозможность работы машины на низких оборотах.
Известен подшипник газостатический (прототип) (патент РФ №134602, приоритет от 29.03.2013 г., МПК F16C 17/03, F16C 32/06), состоящий из корпуса установленных на корпусе колодок, охватывающих вал и образующие с его поверхностью циркуляционный зазор, в каждой колодке выполнены питающие каналы для поступления рабочей среды в циркуляционный зазор, каждая колодка установлена в корпусе с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вала и оснащена струйным блоком управления, питающий канал которого соединен с питающими каналами колодки посредством гибких полых элементов.
Недостатками указанного решения-прототипа являются:
1. необходимость постоянного нагнетания рабочей среды по каналам колодок в циркуляционный зазор;
2. наличие предустановленного зазора между колодками и валом увеличивает расход рабочей среды;
3. невозможность компенсации осевого перекоса между валом и основным корпусом.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение нагрузочной способности подшипников при малых и высоких скоростях вращения ротора при сохранении высокой амортизирующей способности, надежности и долговечности при многократности циклов пусков-остановов роторных машин, с возможностью работы в системах с осевым перекосом.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в гибридном газовом радиальном подшипнике, состоящим из корпуса с направляющими отверстиями, силовых газовых каналов, на концах которых посредством шарового соединения с тремя степенями свободы закреплены колодки с внутренними каналами для подачи рабочей среды в циркуляционный зазор, согласно полезной модели, внутренняя поверхность колодок, примыкающая к валу, покрыта антифрикционным покрытием, корпус подшипника по внешнему радиусу, неподвижно зафиксирован в гнезде корпуса устройства, при этом силовые каналы с шаровым соединением могут свободно перемещаться в радиальном направлении относительно корпуса подшипника и корпуса устройства. Силовые газовые каналы за счет регулирующих пружинных блоков передают усилие через шаровое соединение, постоянно прижимая колодки к валу, и обеспечивают подведение рабочей среды в циркуляционный зазор между колодками и валом.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, где на фиг. представлен поперечный разрез предлагаемой конструкции гибридного подшипника.
На фиг. гибридный радиальный газовый подшипник содержит вал 1, силовые газовые каналы 2 с упорной шайбой 3, шаровое соединение с тремя степенями свободы 4, прижимные колодки с антифрикционным покрытием 5, штуцер для подключения магистрали сжатого газа 6, силовые газовые каналы 7, корпус с направляющими отверстиями 8.
Комбинированный радиальный газовый подшипник работает следующим образом.
При начале работы из магистрали сжатого газа подается рабочая среда посредством силового газового канала 7 через шаровое соединение 4 и внутренние каналы колодок 5 в зазор между валом 1 и колодками 5, что обеспечивает наличие циркуляционного зазора между валом 1 и колодками 5, что позволяет валу 1 свободно вращаться в подшипнике со скоростью от 0 до 180000 оборотов в мин, при этом шаровые соединения 4 с тремя степенями свободы и упорными шайбами 3, и регулирующими пружинными блоками (на фиг. не показаны) передают регулируемое усилие на колодки, полностью компенсируя все перекосы, возникающие при изготовлении деталей, сборке и в процессе работы, обеспечивая постоянный неизменный циркуляционный зазор между валом 1 и колодками 5.
При вращении вала 1, более 10000 оборотов в мин, между валом 1 и антифрикционным покрытием колодок 5 возникает воздушная пленка, обеспечивающая циркуляционный зазор и позволяющая свободно вращаться валу 1 в подшипнике, при этом подача сжатого газа из внешней магистрали прекращается и подшипник работает в автономном режиме. При снижении числа оборотов менее 10000 оборотов в мин и до полной остановки сжатый газ вновь подается из внешней магистрали, для обеспечения стабильного циркуляционного зазора.
Предлагаемый гибридный газовый подшипник обеспечит высокий ресурс роторных машин, т.к. вал ротора всегда остается защищенным от износа.