ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ
SUPPORT BEARING ASSEMBLY

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в высокоскоростных механизмах.
Известны газодинамические опорные лепестковые подшипники, содержащие втулку с размещенными внутри нее упругими многогранными подложками и несущими лепестками. Лепестки установлены поверх подложек и подвижно закреплены во втулке подшипника. Такое крепление позволяет свободно перемещаться подложке и лепестку друг относительно друга, что демпфирует колебания ротора. Все это ведет к снижению неравномерности износа лепестков (см. патент РФ №2204064, 10.05.2003).
Недостатком таких подшипников является низкая несущая способность, особенно на пусковых режимах работы механизма, а также недостаточное охлаждение рабочих поверхностей.
Известен также опорный подшипниковый узел, включающий вал, подшипник, в зазоре между которыми размещены лепестки, выполненные с возможностью газодинамического формирования газовой смазки, снабженный средством подвода сжатого газа в зазор между валом и рабочей поверхностью подшипника (см. патент РФ №2440519, 20.01.2012).
Недостатком этих конструкций является то, что жесткая рабочая поверхность не позволяет автоматически формировать смазочный зазор.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности и увеличение несущей способности подшипника.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в дополнительном повышении несущей способности лепесткового подшипника, в результате подачи сжатого газа от внешнего источника, а также увеличении эффективности охлаждения рабочей поверхности смазочным газом.
Поставленная задача решается тем, что опорный подшипниковый узел, включающий вал, подшипник, в зазоре между которыми размещены лепестки, выполненные с возможностью газодинамического формирования газовой смазки, снабженный средством подвода сжатого газа в зазор между валом и рабочей поверхностью подшипника, отличается тем, что использован лепестковый подшипник, включающий, по меньшей мере, опорную и несущую платы, выполненные в виде втулок из упругого материала, последняя из которых образует рабочую поверхность подшипника, при этом средство подвода сжатого газа в зазор между валом и рабочей поверхностью подшипника выполнено в виде сквозных каналов, сформированных в валу, выпускные отверстия которых распределены по поверхности вала, обращенной в рабочий зазор, а приемное отверстие сквозного канала, расположенного в валу, выполнено с возможностью приема сжатого газа от внешнего источника при вращении вала.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы изобретения решает следующие функциональные задачи.
Признак: «…использован лепестковый подшипник, включающий, по меньшей мере, опорную и несущую платы…» - позволяет автоматически формировать смазочный зазор, отслеживая колебания вала, за счет использования особенностей работы лепестковых подшипников, и тем самым обеспечивается возможность существенного повышения рабочих скоростей вращения подшипника.
Признаки «…средство подвода сжатого газа в зазор между валом и рабочей поверхностью подшипника выполнено в виде сквозных каналов, сформированных в валу, выпускные отверстия которых распределены по поверхности вала, обращенной в рабочий зазор…» обеспечивают подвод сжатого газа в зазор между валом и рабочей поверхностью подшипника, и тем самым придание газодинамическому подшипниковому узлу способности газостатического поддержания вала, обеспечивают повышение несущей способности подшипникового узла, особенно на пусковых режимах работы механизма (когда газодинамический эффект поддержания еще не проявляется в достаточной мере).
Признаки «…приемные отверстия выполнены с возможностью приема сжатого газа от внешнего источника при вращении вала…» обеспечивают возможность подачи сжатого газа в зазор между валом и рабочей поверхностью подшипника и после выхода подшипникового узла на газодинамический режим работы, и тем самым обеспечивает возможность повышения общей несущей способности подшипникового узла и эффективный отвод тепла из рабочего зазора подшипника.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен вид в плане опорного подшипникового узла; на фиг. 2 представлено сечение А-А опорного подшипникового узла; на фиг. 3 представлен общий вид лепесткового подшипника.
На чертежах показаны обойма 1, вал 2, зазор 3, опорная 4 и несущая 5 платы, сквозной канал 6, выпускные отверстия 7.
Опорный подшипниковый узел состоит из обоймы 1, вала 2, в зазоре между которыми размещен подшипник, выполненный с возможностью газодинамического формирования газовой смазки, снабженный средством подвода сжатого газа в зазор 3 между валом 2 и рабочей поверхностью подшипника. В качестве подшипника использован лепестковый подшипник, включающий, по меньшей мере, опорную 4 и несущую 5 платы, выполненные из упругого материала, последняя из которых образует рабочую поверхность подшипника. Опорная плата 4 выполнена в виде пружинной конструкции (например, гофрированной ленты). Опорную плату 4 и несущую плату 5 закрепляют в обойме 1. Средство подвода сжатого газа в зазор 3 между валом 2 и рабочей поверхностью подшипника выполнено в виде сквозного канала 6, сформированного в валу 2, выпускные отверстия 7, которые распределены по поверхности вала 2, обращенной в рабочий зазор. Отверстие 6 выполнено с возможностью приема сжатого газа от внешнего источника при вращении вала 2.
Предлагаемый подшипниковый узел работает следующим образом.
Опорная 4 и несущая платы 5 совместно с валом 2 образуют смазочный зазор 3. При вращении в клиновидном зазоре повышается давление газа. Повышенное давление обеспечивает несущую способность подшипника, благодаря которой он воспринимает радиальную нагрузку. Под действием давления опорная 4 и несущая 5 платы деформируются, автоматически отслеживая колебания вала 2.
Для дополнительного повышения давления в смазочном слое и охлаждения рабочих поверхностей подшипникового узла, в смазочный зазор 3 через отверстия 7 подается сжатый газ. В этом случае газ сжимается от внешнего источника (например, компрессора, на чертежах не показан).
Таким образом, давление в смазочном слое (а значит, и несущая способность подшипника) повышается в результате сжатия газа на клиновидном участке при вращении вала 2, а также в результате дополнительного нагнетания газа сжатого от внешнего источника.
Такое решение увеличивает несущую способность подшипника и надежность. В лаборатории ДВФУ были выполнены и испытаны опорные подшипники, работающие по такому принципу.