ГАЗОВЫЙ ПОДШИПНИК
GAS BEARING

Область техники
Изобретение относится к газовому подшипнику согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Из уровня техники известны газовые подшипники, в особенности воздушные подшипники, со множеством микрофорсунок и/или цилиндрическими поверхностями из пористого материала. Такие газовые подшипники используют поток газа для опирания поршня. В известных газовых подшипниках микрофорсунки диаметром примерно от 25 до 40 мкм находятся в стенке цилиндра. При необходимости стенка цилиндра может быть выполнена пористой из металлокерамики. Чтобы потери были на невысоком уровне, эти форсунки выполняются как можно меньшего размера. Разумеется, эти маленькие форсунки восприимчивы к грязи.
При высоких поперечных силах необходим сильный поток, чтобы предотвратить касание поршня с цилиндрической стенкой и тем самым предотвратить износ. Такой поток приводит к потерям, зависящим от давления. Это является критическим в случае самоснабжающихся компрессорных газовых подшипников, так как давление сжатия в рабочей области может колебаться, например, между 3 и 12 бар и тем самым сильные потери потока при высоких давлениях сжатия ухудшают КПД.
Из области масляных подшипников известно лазерное хонингование граничных поверхностей. При этом после обработки поверхности в ней создаются дорожки. Эти дорожки уменьшают в масляных подшипниках трение примерно на 50%. Таким образом, там используется уже обработка поверхности, чтобы выполнить в поверхности цилиндра каналы и использовать их для подвода масла.
Раскрытие изобретения
Исходя из этого задача изобретения состоит в том, чтобы создать улучшенный газовый подшипник. Для этого используется такая известная техника обработки поверхностей, чтобы достичь эффективной подачи газа.
Задача решена по настоящему изобретению с помощью признаков п.1 формулы изобретения. Преимущественные варианты развития приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предметом изобретения является газовый подшипник с каналами на стенках опорных элементов, причем благодаря подаче газа в элементах может быть достигнуто уменьшение потерь и преимущественно используется принцип противотока для уменьшения массового потока и для возврата газа (газового слоя) подшипника в камеру сжатия.
В настоящем изобретении происходит целенаправленная подача газа с использованием мертвого объема, т.е. остаточного газа в камере сжатия, для газовой опоры с малыми потерями, так как на стенке цилиндра или также на поршне имеются каналы с форсунками или без них. Каналы могут быть сквозными или могут быть выполнены на части поверхности цилиндра.
Каналы, которые выполнены сквозными из верхней мертвой точки, работают до тех пор, пока давление в камере сжатия выше, чем давление окружающей среды. Каналы, которые ведут из верхней мертвой точки к форсункам, проводят поток сперва из камеры сжатия в газовый резервуар форсунок, а при обратной разности давлений из газового резервуара в камеру сжатия. Оба этих варианта используют работу, заключенную в мертвом объеме, для газового опирания, а второй вариант даже для заполнения газового резервуара для подшипника.
Во втором варианте дополнительно добавляется эффект противотока. В большой рабочей области хода поршня поток газа противоположен направлению движения. Таким образом, может быть использован получающийся вследствие этого различный коэффициент трения.
Третий вариант выполнения каналов ведет от форсунок к стороне низкого давления. В данном случае имеет место постоянный поток.
Геометрическая форма опорного элемента, выполненного в форме полого цилиндра, и соответствующего поршня газового подшипника может быть как круглой, так и угловатой, предпочтительно шестиугольной или восьмиугольной.
Краткое описание чертежей
Другие подробности и преимущества изобретения вытекают из последующего описания вариантов реализации с помощью чертежей и в сочетании с формулой изобретения. На них показано следующее:
фиг.1 - продольный разрез по опорному элементу, выполненному с возможностью применения для нового газового подшипника;
фиг.2 - разрез вдоль линии II-II на фиг.1.
Обе фигуры поясняются ниже совместно. Подразумевается, что конструкция и функция газового подшипника с камерой сжатия и газовым резервуаром известны из уровня техники.
Осуществление изобретения
На чертежах газовая камера 1 окружена опорным элементом 10, выполненным в форме полого цилиндра с осью цилиндра I. Газовая камера 1 служит в качестве камеры сжатия для поршня, не показанного на чертежах. На внутренней стенке опорного элемента 10 параллельно оси I цилиндра находится четыре не содержащих форсунок канала 11, 11′, 11″, 11′′′ для обеспечения газом через камеру сжатия. Четыре канала 11-11′′′ расположены на внутренней стенке полого цилиндра таким образом, что при виде сверху по фиг.2 образуется прямоугольник.
Далее имеется два канала 12, 12′ с форсунками, которые соединены с газовым резервуаром 15 с помощью форсунок 13, 13′.
Внутренняя стенка опорного элемента 10 в форме полого цилиндра может иметь структуру, создающую в зазоре подшипника, то есть в зазоре между внутренней стенкой и поршнем, турбулентный поток и уменьшающую массовый поток. Каналы 11, 12 имеют для этого полукруглое поперечное сечение.
На фиг.1 каналы представлены прямыми. Чтобы достичь оптимального соотношения между путем и сопротивлением потока, каналы могут быть выполнены также спиральными или волнистыми. Возможны также перекрещивания каналов.
В отличие от фиг.1 сквозные каналы могут быть расположены также на стенке поршня.
Описанное расположение дает следующие преимущества:
1) с помощью каналов без форсунок для направления поршня применяется газ в верхней области (избыточное давление в мертвом объеме) без форсунок, что обеспечивает невосприимчивость к загрязнению.
2) Во время всасывания или соответственно в случае, когда давление сжатия меньше, чем давление в форсунках, газ подается через каналы, имеющие по меньшей мере одну форсунку, в камеру сжатия, то есть в противотоке. Техника противотока дает другой коэффициент трения, чем поток в направлении движения. Тем самым можно работать с потоком меньшей силы.
3) При сжатии газ при движении поршня продолжает поступать в камеру сжатия до тех пор, пока перепад давлений не станет слишком маленьким. С этого момента подшипник снабжается из камеры сжатия.