ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАДИАЛЬНЫЙ ПОДШИПНИК Российский патент 1994 года по МПК F16C27/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам скольжения с газовой смазкой, используемым в качестве радиальных опор высокоскоростных роторов турбомашин различного назначения (турбохолодильников, турбодетандеров, турбонагревателей, турбогенераторов и др. ).

В лепестковых опорах таких турбомашин используют лепестки, закрепленные в продольных пазах корпуса подшипника с помощью профилированных хвостовиков, имеющих в сечении различную форму.

Упругая заделка лепестка в пазу корпуса подшипника позволяет лепестку самоустанавливаться при запуске и реагировать на местоположение ротора в подшипнике, отслеживая его колебания в процессе работы.

Однако на аварийном режиме, при резком возрастании амплитуды колебаний ротора возможен механический контакт цапфы с лепестком, приводящий к "захвату" лепестка валом и выдергиванию его из паза, что приводит к повреждению не только лепестков, но и поверхности цапфы (сваривание) лепестков и цапфы). В таких случаях при ремонте требуется замена лепестков и перешифровка цапфы вала, связанная с нежелательным, а часто и недопустимым увеличением монтажного радиального зазора в опоре.

Известен способ крепления лепестка в корпусе с помощью шпонки, жестко связанной с хвостовиком лепестка (Патент США N 3615121, кл. 308-9, N 4005914, кл. 308-9).

Известен подшипник, в котором хвостовая кромка лепестка отбортована под углом 90^о и приварена к призматической шпонке [1] . Сечение установочного паза корпуса подшипника соответствует сечению шпонки с лепестком, что предотвращает выдергивание лепестка из паза в процессе работы.

Недостатком такой конструкции является повышенный износ антифрикционного покрытия лепестков.

Целью изобретения является повышение надежности, технологичности и ремонтопригодности.

Это достигается тем, что в газодинамическом радиальном подшипнике, содержащем корпус с продольными пазами и установленными в них лепестками и призматическими шпонками, каждый лепесток имеет крепежный хвостовик коробчатого незамкнутого профиля с размером поперечного сечения, обеспечивающим преднатяг хвостовика в пазу в сборе со шпонкой, свободно установленной в хвостовике, причем лепесток и шпонка взаимно зафиксированы в осевом направлении.

На фиг. 1 изображен газодинамический радиальный подшипник (лепесток со шпонкой в пазу корпуса подшипника); на фиг. 2 - газодинамический радиальный подшипник, вид на лепесток сбоку в аксонометрии.

Газодинамический радиальный подшипник содержит корпус 1 с пазами 2 для установки лепестков 3, имеющих хвостовики 4 незамкнутого коробчатого типа, в которых свободно (с зазором) установлены призматические шпонки 5. В шпонке выполнен поперечный паз 6, а в консольной стенке хвостовика 4 лепестка 3 - ответный язычок 7, препятствующий смещению и выпаданию шпонки 5 из хвостовика 4. Язычок может быть выполнен, например, с помощью лазерной резки или выдавки. Лепесток 3 вместе со шпонкой 5 устанавливается в предельном пазу 2 корпуса подшипника. Максимальный размер поперечного сечения хвостовика 4 лепестка 3 - S₁, больше ширины паза 2 корпуса 1 подшипника S₂ (см. фиг. 1,3). Соотношение S₁ > S₂ обеспечивает упругий преднатяг при установке лепестка 3 в пазу 2.

Наличие коробчатого незамкнутого профиля хвостовой части лепестка 3, установка его с упругим преднатягом в пазу 2 обеспечивают самоустанавливаемость лепестка при пуске и возможность отслеживания колебаний ротора на рабочих режимах.

Подшипник работает следующим образом.

При подаче давления на вход колеса турбины ротор, размещенный в подшипниках, начинает вращаться, увлекая рабочий газ в клиновые зазоры, образованные поверхностью цапфы (на чертеже не показана) и лепестками 3. С увеличением скорости вращения ротора движение в зазорах увеличивается до величины, достаточной для "вскрытия" ротора. В этот момент прекращается механический контакт цапфы с лепестками, их разделяет несущий газовый слой.

Пара сил, действующая на хвостовик 4 лепестка 3 при механическом контакте цапфы ротора с лепестками в момент пуска, не смещает лепесток в сторону рабочего зазора, нарушая его оптимальность, а лишь переустанавливает хвостовик в пазу корпуса подшипника. Свободная установка шпонки 5 внутри хвостовика допускает небольшой тангенциальный сдвиг лепестка в направлении сил трения при контакте с цапфой ротора (на чертеже не показана) в момент пуска и на аварийных режимах, что приводит к снижению напряжения в зоне контакта и соответственно уменьшению износа покрытия, что увеличивает ресурс опоры. В то же время наличие шпонки 5 препятствует выдергиванию лепестка 3 из паза 2, что повышает надежность опоры. На аварийных режимах происходит лишь повышенный износ антифрикционного покрытия лепестка. В этом случае ремонт турбомашины сводится только к восстановлению антифрикционного покрытия лепестка. Ротор остается неповрежденным.

Благодаря такой конструкции крепления лепестков компенсируется погрешность изготовления и сборки деталей подшипника, что позволило снизить точности их изготовления, а также компенсируются тепловые деформации ротора и корпусных деталей, упрощается ремонт в случае аварийных режимов.

Использование лепестковых газодинамических подшипников описанной конструкции в криогенных турбодетандерах позволило улучшить их технические характеристики:
повысить надежность за счет обеспечения работоспособности при нерасчетном возрастании амплитуды колебаний ротора;
повысить ресурс за счет снижения степени износа антифрикционного покрытия опор;
снизить требования к точности изготовления и сборки благодаря повышенной способности опор к самоустанавливаемости;
повысить ремонтопригодность за счет упрощения ремонта подшипников и исключения возможности повреждения цапф ротора на аварийных режимах. (56) Патент США N 3615121, кл. 308-9, 1971.

Использование: в радиальных опорах высокоскоростных роторов турбомашин различного назначения /турбохолодильников, турбодетандеров, турбонагнетателей, турбогенераторов и др/. Сущность: газодинамический радиальный подшипник содержит корпус с пазами для установки лепестков. Лепестки имеют хвостовики незамкнутого коробчатого типа, в которых свободно /с зазором/ установлены призматические шпонки. В шпонке выполнен поперечный паз, в консольной стенке хвостовика лепестка - ответный язычок, препятствующий смещению и выпадению шпонки из хвостовика. Это повышает надежность за счет обеспечения работоспособности при нерасчетном возрастании амплитуды колебаний ротора, снижает требования к точности изготовления и сборки благодаря повышенной способности опор к самоустанавливаемости и повышает ремонтопригодность за счет упрощения ремонта подшипников и исключения возможности повреждения цапф ротора на аварийных режимах. 2 ил.

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАДИАЛЬНЫЙ ПОДШИПНИК , содеpжащий коpпус с пpодольными пазами и pазмещенными в них пpизматическими шпонками и лепестки со смонтиpованными в пpодольных пазах и зафиксиpованными посpедством шпонок хвостовиками, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, технологичности и pемонтопpигодности, каждый хвостовик выполнен в виде коpобчатого незамкнутого пpофиля, консольная стенка котоpого выполнена с отогнутым внутpь упpугим язычком, а каждая шпонка со стоpоны упpугого язычка выполнена с попеpечным пазом для установки в нем упомянутого язычка.