ТУРБИНА ПНЕВМОПРИВОДА Российский патент 1995 года по МПК F01D15/06 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к быстроходным приводам различных механизмов.

Известно устройство, которое содержит корпус, вал, на противоположных концах которого насажены турбина и компрессор. Вал опирается на газостатический подшипник. В корпусе подшипника имеется проточка кольцевой формы. Кольцевая проточка сообщается каналом с напорной магистралью и в ней выполнены дросселирующие каналы, которые подводят воздух к поверхностям вала, рабочим колесам турбины и компрессора.

Принцип работы известного устройства заключается в следующем. При запуске турбины начинается вращение вала с компрессором. Компрессор нагнетает воздух в напорную магистраль. В этот момент давления воздуха не достаточно для создания несущего воздушного слоя. Вал работает со значительным трением, что вызывает износ как газостатического подшипника, так и вала. Это является недостатком известного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее корпус, вал с рабочим колесом, газостатическую опору с радиальными и упорными подшипниками, сопловой аппарат. Воздух подается через отверстие в задней крышке корпуса и разделяется на два потока, один из которых подается на турбину через сопловой аппарат и питание упорного подшипника. Другой поток через отверстия внутреннего корпуса и радиальный зазор между внутренним и наружным корпусами подается на вход радиального и переднего упорного подшипников.

В известном устройстве происходит опережающая подача воздуха в сопловой аппарат и соответственно на турбину, что вызывает в начальный момент работы турбины трение вала и газостатической опоры. Кроме того, раздельная система каналов подвода воздуха для питания турбины и подшипников усложняет конструкцию данного устройства, что является ее основным недостатком.

Изобретение направлено на упрощение конструкции турбины без ухудшения ее технических характеристик.

Поставленная задача решается при помощи устройства, которое содержит корпус, вал с рабочим колесом, установленный в нем на газостатической опоре с радиальным и упорным подшипниками, имеющими общую полость питания, и сопловой аппарат, расположенный на обращенной к рабочему колесу наружной поверхности упорного подшипника и подключенный к напорной магистрали через полость питания подшипников, причем радиальный и упорный подшипники выполнены за одно целое.

Сопловой аппарат может быть выполнен в виде проточки профилированных каналов в наружной поверхности подшипников или в виде кольца с профилированными лопатками, установленного на подшипнике.

В процессе решения поставленной задачи достигнут следующий технический результат:
снижение количества конструктивных элементов турбины за счет совмещения соплового аппарата с наружной поверхностью упорного подшипника, обращенной к рабочему колесу, выполнения за одно целое радиального и упорного подшипников и обеспечения подвода воздуха к сопловому аппарату через полость питания подшипников;
уменьшение габаритов турбины на размеры, соответствующие размерам соплового аппарата;
уменьшение износа вала и подшипников при пуске турбины за счет опережающей подачи воздуха в газостатический подшипник.

На фиг. 1 изображен общий вид туpбины с сопловым аппаратом, выполненным в виде проточки профилированных каналов на наружной поверхности подшипника; на фиг. 2 - часть турбины с сопловым аппаратом, выполненным в виде кольца с профилированными лопатками, установленного на подшипнике.

Турбина содержит корпус 1, внутри которого закреплена газостатическая опора 2 с радиальными 3 и упорными 4 подшипниками, выполненными за одно целое. Между корпусом 1 и газостатической опорой 2 выполнена кольцевая полость 5, соединенная с магистралью высокого давления и обеспечивающая питание подшипников 3 и 4. Внутри опоры размещен вал 6 с рабочим колесом 7. На наружной поверхности опоры 2, обращенной к рабочему колесу 7, размещен сопловой аппарат 8 так, что его полость питания совмещена с полостью питания подшипников 3 и 4. На противоположном конце вала 6 закреплена шайба 9 для уравновешивания реактивного момента газостатического подшипника. Воздух сбрасывается в атмосферу через отверстие 10 корпуса 1.

Турбина работает следующим образом.

Сжатый воздух из воздушной напорной магистрали поступает в полость 5, через нее - к газостатическим подшипникам 3 и 4 и одновременно к сопловому аппарату 8. Сопловым аппаратом 8 воздух направляется на лопатки рабочего колеса 7 и приводит его во вращение. Одновременно с раскручиванием колеса 7 с валом 6 создается полнонапорный слой между газостатическими подшипниками 3 и 4 и валом 6, рабочим колесом 7 и опорной шайбой 9, который предотвращает их интенсивный износ. Благодаря такому исполнению турбина вращается с воздушной смазкой с момента пуска. Вращение вала передается исполнительному механизму (не показан).

При выключении турбины подача воздуха одновременно прекращается и к газостатическим подшипникам 3 и 4, и сопловому аппарату 8.

После прекращения подачи воздуха турбина продолжает вращаться некоторое время по инерции, газостатические подшипники в это время работают в газодинамическом режиме, что также исключает износ вала и подшипников.

Использование: в турбостроении, конкретно в быстроходных приводах различных механизмов. Сущность изобретения: турбина пневмопривода содержит корпус, вал с рабочим колесом, установленный в нем на газостатической опоре с радиальным и упорным подшипниками, имеющими общую полость питания, сопловой аппарат, причем сопловой аппарат размещен на обращенной к рабочему колесу наружной поверхности упорного подшипника и подключен к напорной магистрали через полость питания подшипников, а упорный и радиальный подшипники выполнены за одно целое. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ТУРБИНА ПНЕВМОПРИВОДА, содержащая корпус, вал с рабочим колесом, установленный в нем на газостатической опоре с радиальным и упорным подшипниками, имеющими общую полость питания и сопловой аппарат, отличающаяся тем, что сопловой аппарат размещен на обращенной к рабочему колесу наружной поверхности упорного подшипника и подключен к напорной магистрали через полость питания подшипников, а упорный и радиальный подшипники выполнены за одно целое. 2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что сопловой аппарат выполнен в виде проточки профилированных каналов в наружной поверхности подшипника. 3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что сопловой аппарат выполнен в виде кольца с профилированными лопатками, установленного на подшипнике.