ЛЕПЕСТКОВЫЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК С НАДДУВОМ
LEAF-TYPE GAS BEARING WITH SUPERCHARGE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к подшипникам различных типов с газовой смазкой, используемым для подвески валов, роторов, вращающихся корпусов различных 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 компрессоры, детандеры, генераторы, насосы, центрифуги, сепараторы, вентиляторы, пылесосы и т.д.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является лепестковый газодинамический подшипник, включающий платы, на одну из которых жестко установлены опорные элементы с закрепленными на них упругими лепестками [Патент РФ №2137954]. При этом упругие лепестки перекрывают друг друга, а кромка одного лепестка опирается на соседний лепесток. Опорные элементы и лепестки крепятся по частям вне рабочей зоны подшипника, находящейся между внутренним и наружным радиусами подшипника. Нижняя часть лепестка опирается на пружину, установленную на плате в зоне перекрытия лепестков. Пружина представляет собой изогнутую пластину, опирающуюся своими кромками на плату.
Однако известный газодинамический подшипник обладает рядом недостатков:
1. В смазочном слое подшипников имеет место утечка рабочего газа через торцы подшипника, а также радиус кривизны лепестка в окружном направлении имеет переменные значения, следовательно, и переменный зазор в смазочном слое. Эти два фактора приводят к неполной эпюре давления рабочего газа в смазочном слое подшипников в окружном и поперечном направлениях.
Неполная эпюра давления газа в смазочном слое приводит к снижению величины среднего давления газа и аэродинамической силы, воздействующей на упругодеформированные лепестки. Соответственно, снижается несущая способность и жесткость подшипникового узла.
2. На малых и средних угловых скоростях вращения подвижной платы величина аэродинамического давления в смазочном слое и, соответственно, силы, воздействующие на упругодеформированные лепестки, несущая способность и жесткость подшипника не достаточны по величине для перехода на режим аэродинамического трения.
В предлагаемом изобретении решается задача оптимизации жесткости и несущей способности подшипникового узла путем получения наименьшей угловой скорости подвижной платы, при которой наступает режим чисто аэродинамического трения, т.е. отделения упругодеформированных лепестков от подвижной платы смазочным слоем рабочего газа.
Поставленная задача решается тем, что в лепестковом газодинамическом подшипнике, включающем подвижную плату, установленную на подвижном элементе механизма, и неподвижную плату, установленную на неподвижном элементе механизма, с закрепленными на ней опорными элементами и перекрывающими друг друга упругими лепестками, каждый из которых закреплен одним концом на опорном элементе, а другим концом опирается на подвижную плату, на подвижной плате с двух сторон выполнены торцевые нагнетательные устройства с лопастями и внутреннее нагнетательное устройство с лопастями, каналами для подачи рабочего газа к лопастям.
Торцевые нагнетатели вместе с упругими лепестками, перекрывающими друг друга со стороны неподвижной платы, и рабочей поверхностью подвижной платы образуют замкнутый объем газовой смазки, препятствующей утечке газа и способствующей повышению рабочего давления при малых значениях угловых скоростей.
Сущность изобретения поясняется Фиг. 1-3.
На Фиг. 1 представлен лепестковый газодинамический подшипник, где 1 - неподвижная плата, 2 - опорный элемент, 3 - упругодеформированный лепесток, 4 - подвижная плата, 5 - торцевое нагнетательное устройство, 6 - внутренне нагнетательное устройство, 7 - канал для входа рабочего газа, 8 - кольцевая проточка.
На Фиг. 2 представлен разрез А-А по торцевому нагнетателю 5, где 1 - неподвижная плата, 2 - опорный элемент, 3 - упругодеформированный лепесток, 4 - подвижная плата, 7 - канал для входа рабочего газа, 9 - лопасть торцевого нагнетательного устройства.
На Фиг. 3 представлен разрез Б-Б по внутренне нагнетательному устройству 6, где 1 - неподвижная плата, 2 - опорный элемент, 3 - упругодеформированный лепесток, 4 - подвижная плата, 7 - канал для входа рабочего газа, 10 - лопасть внутреннего нагнетательного устройства.
Лепестковый газодинамический подшипник с наддувом (Фиг. 1-3) содержит неподвижную плату 1 с опорными элементами 2 и жестко закрепленными на них одним концом любым из известных способов (сварка, склейка, пайка, механическое соединение) упругодеформированными лепестками 3. Другой конец лепестка 3 опирается на подвижную плату 4, которую устанавливают на подвижный элемент механизма. Лепестки 3 в поперечном сечении в месте касания подвижной платы 4 имеют форму и размеры, соответствующие размерам подвижной платы, а в месте закрепления на опорном элементе - форму и размеры, соответствующие размерам неподвижной платы. При этом лепестки перекрывают друг друга на некоторое расстояние от места крепления следующего лепестка. На подвижной плате 4 имеются с двух сторон торцевые нагнетательные устройства 5 и внутреннее нагнетательное устройство 6.
Торцевое нагнетательное устройство (Фиг. 2) состоит из рабочих лопастей 9, выполненных на торцах подвижной платы 4 и имеющих специальный профиль в радиальном и поперечном направлениях. В торцевых нагнетателях вход рабочего газа осуществляется с торца, а выход осуществляется в радиальном направлении.
Внутреннее нагнетательное устройство 6 (Фиг. 3) состоит из рабочих лопастей 10, выполненных на подвижной плате 4 и имеющих специальный профиль в радиальном и поперечном направлениях. Вход рабочего газа для внутреннего нагнетателя 6 осуществляется по каналам 7. Канал 7 берет начало в кольцевой проточке 8, в которую может устанавливаться фильтр для рабочего газа, и заканчивается в межлопаточном объеме.
Лепестковый газодинамический подшипник с наддувом (Фиг. 1-3) работает следующим образом.
Собранный подшипник устанавливают неподвижной платой 1 в неподвижный элемент механизма, а подвижную плату 4 устанавливают на подвижный элемент механизма. При вращении подвижной платы 4 торцевые нагнетательные устройства с лопастями 9 создают давление в зоне между торцами лепестков 3 и подвижной платы 4, образуя замкнутый кольцевой объем, ограниченный в радиальном направлении лепестками 3, перекрывающими друг друга, и рабочей поверхностью подвижной платы 4, а в поперечном направлении участками с повышенным давлением, создаваемым торцевыми нагнетателями 5, имеющими лопасти 9. Одновременно внутреннее нагнетательное устройство 6 забирает через каналы 7 рабочий газ и с помощью лопастей 10 создает давление рабочего газа в замкнутом кольцевом объеме. Усилие от этого давления передается на упругодеформированные лепестки, которые отклоняются от поверхности подвижной платы 4 до образования зазора между ними. В этот момент прекращается механическое трение между лепестком 3 и подвижной платой 4 и наступает режим аэродинамического трения подвижной платы 4 в среде рабочего газа, при этом резко уменьшается сопротивление перемещению, прекращается механический износ трущихся поверхностей подшипника. Благодаря наддуву рабочего газа в зону аэродинамического трения (газовой смазки) момент перехода от механического трения к аэродинамическому трению происходит при меньших угловых скоростях, так как усилие, отклоняющее лепестки, зависит от давления, создаваемого нагнетающим устройством.
Торцевые нагнетатели вместе с упругими лепестками, перекрывающими друг друга со стороны неподвижной платы и рабочей поверхностью подвижной платы, образуют замкнутый объем газовой смазки, препятствующей утечке рабочего газа и, как следствие, увеличивающей среднее давление газа и несущую способность подшипников, которая зависит от величины среднего давления в смазочном объеме и по своим значениям сопоставимо с несущей способностью газостатических подшипников, в которых наддув в зону смазочного слоя осуществляется от постороннего источника.
Применение нагнетающих устройств в лепестковых газодинамических подшипниках позволяет осуществлять переход от механического трения к режиму аэродинамического трения в смазочном слое еще на оборотах холостого хода, когда отсутствует рабочая нагрузка и, следовательно, механическое трение в режиме пуска - остановки имеет минимальные последствия для трущихся поверхностей.