ПОДШИПНИК С САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИМИСЯ СЕГМЕНТНЫМИ ПОДУШКАМИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F16C17/03 F16C33/10 F16C32/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к подшипнику, предназначенному для поддержки вала, вращающегося вокруг оси. Более конкретно, данное изобретение относится к радиальному или упорному подшипнику с множеством самоустанавливающихся сегментных подушек, соответственно соединенных с корпусом подшипника через гибкую опору переборки. Данное изобретение дополнительно относится к способу эксплуатации подшипника, а также к способу изготовления подшипника.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В гидродинамических подшипниках вращающийся вал, как правило, поддерживается тонким слоем жидкости или газа, который содержится между опорной поверхностью гидродинамического подшипника и шейкой вала. Гидродинамические подшипники могут в широком смысле подразделяться на гидродинамические подшипники и гидростатические подшипники. В гидростатических подшипниках находящаяся под высоким давлением текучая среда, такая как масло, может препятствовать прямому контакту поверхности вала с опорной поверхностью. В гидродинамических подшипниках шейка вала перемещается с высокой скоростью относительно опорной поверхности, например, для повышения давления текучей среды в смазочном клине между шейкой вала и опорной поверхностью. Смазочный клин образуется вокруг вращающегося вала, и гидродинамическая смазка поступает, когда опорная поверхность и сопряженная поверхность вала полностью разделены между собой связующей пленкой смазочного материала.

В то время как гидростатические подшипники обычно зависят от работы внешнего насоса для повышения давления текучей среды при статическом давлении, давление в гидродинамических подшипниках может поддерживаться вращением вала. Гидродинамические подшипники могут испытывать высокое трение на низкой скорости, прежде чем образуется клин, и поэтому могут использоваться для высокоскоростных применений, в которых пуски и остановки вала происходят не часто. Затем подшипник может непрерывно работать в режиме гидродинамического смазывания.

Подшипники с поворотными подушками существуют как в виде гидростатических, так и в виде гидродинамических подшипников. Кроме того, подшипники с поворотными подушками существуют как в виде радиальных подшипников или опорных подшипников скольжения, так и в виде упорных или опорно-упорных подшипников. Радиальные или опорные подшипники скольжения содержат самоустанавливающиеся сегментные подушки, расположенные на определенном расстоянии друг от друга вокруг оси вала. Самоустанавливающиеся сегментные подушки могут быть соединены с корпусом подшипника таким образом, чтобы иметь возможность наклоняться относительно соответствующей оси наклона, которая может проходить параллельно оси вала. Опорные поверхности самоустанавливающихся сегментных подушек могут быть направлены в сторону пространства кожуха вала, в котором должен поддерживаться вал. При работе вращающийся вал может переносить смазку к опорным поверхностям самоустанавливающихся сегментных подушек посредством вязкого волочения. Давление смазочного материала между опорной поверхностью и валом может привести к небольшому наклону самоустанавливающихся сегментных подушек относительно оси наклона сегментных подушек, и между валом и опорной поверхностью может образоваться клин централизованной смазки. Наклон сегментных подушек может меняться в зависимости от нагрузки на подшипник и скорости вращения подшипника.

Однако в подшипнике с самоустанавливающимися сегментными подушками обеспечение равномерной подачи смазочного материала между опорными поверхностями подшипника и шейкой вала во время работы может быть затруднено. Неравномерное распределение смазочного материала по опорным поверхностям подшипника может привести к нестабильности при высоких рабочих скоростях, а также к чрезмерному выделению тепла в определенных зонах опорных поверхностей подшипника.

Соответственно, было бы выгодно спроектировать и предусмотреть подшипник с самоустанавливающимися сегментными подушками, а также способ его изготовления, который обеспечивает высокие рабочие скорости без риска перегрева и нестабильности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В свете вышесказанного предложен подшипник для поддержки вала, вращающегося вокруг оси. Данный подшипник содержит: корпус подшипника и множество самоустанавливающихся сегментных подушек, при этом каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом подшипника с помощью гибкой опоры переборки и имеет опорную поверхность, направленную к пространству для приема вала. Опорная поверхность по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек имеет множество отверстий для подачи смазочного материала.

Каждое отверстие для подачи смазочного материала может быть выполнено с возможностью подачи смазочного материала непосредственно на опорную поверхность в зазор между опорной поверхностью и вращающимся валом, где во время работы подшипника может образовываться гидродинамический клин.

В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник может содержать две, три, четыре, пять или более самоустанавливающихся сегментных подушек, при этом опорная поверхность каждой из самоустанавливающихся сегментных подушек может иметь множество отверстий для подачи смазочного материала, например, четыре или более отверстий для подачи смазочного материала, предназначенных для подачи смазочного материала в зазор между соответствующей опорной поверхностью и валом. Отверстия для подачи смазочного материала могут быть расположены на определенном расстоянии друг от друга на опорных поверхностях.

В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник может представлять собой радиальный подшипник или опорный подшипник скольжения, в котором корпус подшипника окружает пространство для приема вала в направлении по окружности. В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник может представлять собой упорный или опорно-упорный подшипник, в котором множество самоустанавливающихся сегментных подушек соединены соответственно с радиальной или осевой поверхностью корпуса подшипника.

В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник представляет собой монолитный подшипник, в котором самоустанавливающиеся сегментные подушки выполнены как одно целое с корпусом подшипника.

В соответствии с дополнительным аспектом данного изобретения предусмотрено вращающееся механическое устройство. Вращающееся механическое устройство может представлять собой высокоскоростное вращающееся механическое устройство, в частности, по меньшей мере одно из компрессора и турбины, более конкретно, паровой турбины или газовой турбины. Вращающееся механическое устройство содержит вал и подшипник. Подшипник содержит корпус подшипника и множество самоустанавливающихся сегментных подушек, причем каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом подшипника через гибкую опору переборки и имеет опорную поверхность, направленную к валу. Опорная поверхность по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек содержит множество отверстий для подачи смазочного материала. Вал поддерживается с возможностью вращения в месте для приема вала подшипника.

В соответствии с дополнительным аспектом предложен способ эксплуатации подшипника, отличающийся тем, что вал поддерживается с возможностью вращения в пространстве для приема вала подшипника. Подшипник содержит корпус подшипника и множество самоустанавливающихся сегментных подушек, при этом каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом подшипника через гибкую опору переборки и имеет опорную поверхность, направленную в сторону пространства для приема вала. Опорная поверхность по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек содержит множество отверстий для подачи смазочного материала. Способ включает вращение вала с одновременной подачей смазочного материала через множество отверстий для подачи смазочного материала, например, для обеспечения гидродинамического смазочного клина между опорной поверхностью и поверхностью вала. В некоторых вариантах смазочный материал может подаваться под абсолютным давлением, составляющим от 1,1 бар до 5 бар.

В соответствии с дополнительным аспектом предусмотрен способ изготовления подшипника для поддержки вала, вращающегося вокруг оси. Подшипник содержит множество самоустанавливающихся сегментных подушек, причем каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом подшипника через гибкую опору переборки и имеет опорную поверхность. Способ включает в себя изготовление по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек с множеством отверстий для подачи смазочного материала на опорной поверхности посредством аддитивного производства, в частности, путем селективного лазерного плавления или лазерного спекания.

В некоторых вариантах реализации изобретения множество самоустанавливающихся сегментных подушек изготавливаются как одно целое с корпусом подшипника посредством аддитивного производства, в частности, посредством селективного лазерного плавления.

В некоторых вариантах реализации изобретения система каналов для направления смазочного материала к соответствующей опорной поверхности образована в каждом из множества самоустанавливающихся сегментных подушек.

Дополнительные аспекты, преимущества и признаки данного изобретения очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и прилагаемых графических материалов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для того чтобы способ, в связи с которым приведенные выше отличительные признаки данного изобретения можно рассмотреть более подробно, более подробное описание изобретения, сущность которого кратко изложена выше, можно понять с помощью ссылки на варианты реализации изобретения. Прилагаемые графические материалы относятся к вариантам реализации изобретения и описаны ниже. Некоторые варианты реализации изобретения проиллюстрированы в графических материалах и подробно описаны в последующем описании.

На фиг. 1 проиллюстрирован схематический вид в сечении подшипника в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе;

на фиг. 2 проиллюстрирован увеличенный вид в сечении одной из самоустанавливающихся сегментных подушек подшипника в соответствии с фиг. 1;

на фиг. 3 проиллюстрирован вид в перспективе подшипника в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе;

на фиг. 4А проиллюстрирован увеличенный вид в перспективе одной из самоустанавливающихся сегментных подушек подшипника в соответствии с фиг. 3;

на фиг. 4B проиллюстрирован увеличенный вид, показывающий осевое сечение одной из самоустанавливающихся сегментных подушек подшипника в соответствии с фиг. 3;

на фиг. 4C проиллюстрирован увеличенный вид в сечении одной из самоустанавливающихся сегментных подушек подшипника в соответствии с фиг. 3;

на фиг. 5A проиллюстрирован схематический вид в перспективе подшипника в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, который выполнен в виде опорно-упорного подшипника или упорного подшипника;

на фиг. 5B проиллюстрирован увеличенный вид отдельной самоустанавливающейся сегментной подушки опорно-упорного подшипника в соответствии с фиг. 5A; а также

на фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления подшипника в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приведено подробное описание со ссылкой на различные варианты реализации изобретения, один или более примеров которых проиллюстрированы на фигурах. Каждый пример приведен для пояснения и не имеет ограничительного характера. Например, отличительные признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта реализации изобретения, могут использоваться в любом другом варианте реализации изобретения или в сочетании с ним для получения еще одного варианта реализации изобретения. Предполагают, что данное изобретение включает такие модификации и варианты.

В последующем описании графических материалов одинаковые ссылочные позиции относятся к соответствующим или аналогичным компонентам. Как правило, описаны только различия в отношении отдельных вариантов реализации изобретения. Если не указано иное, описание части или аспекта в одном варианте реализации изобретения также применимо к соответствующей части или аспекту в другом варианте реализации изобретения.

На фиг. 1 проиллюстрирован схематический вид в сечении подшипника 100, выполненного с возможностью поддержки вала 200, вращающегося вокруг оси А. Плоскость сечения на фиг. 1 перпендикулярна осевому направлению вала 200. Подшипник может быть выполнен в виде радиального подшипника или опорного подшипника скольжения, который выполнен с возможностью принятия радиальных нагрузок на вал.

В других вариантах реализации изобретения, подшипник может быть выполнен в виде упорного подшипника или опорно-упорного подшипника, который выполнен с возможностью принятия осевых нагрузок на вал.

В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник может быть выполнен в виде комбинированного упорного и радиального подшипника, который выполнен с возможностью принятия как осевых, так и радиальных нагрузок на вал.

Подшипник 100 содержит корпус 120 подшипника. В случае радиального подшипника корпус 120 подшипника окружает пространство 125 для приема вала в направлении U по окружности. Кроме того, подшипник 100 содержит множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130, при этом каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом 120 подшипника через гибкую опору переборки и имеет опорную поверхность 136, направленную в сторону пространства 125 для приема вала.

Во время работы подшипника 100 вал может быть установлен с возможностью вращения в месте 125 для приема вала таким образом, чтобы он был окружен корпусом 120 подшипника в направлении U по окружности. Опорные поверхности самоустанавливающихся сегментных подушек могут иметь необходимую форму для сопряжения с внешней поверхностью вала 200, то есть с шейкой вала, так что гидродинамический смазочный клин может образоваться в радиальном зазоре между опорными поверхностями 136 и шейкой вала. Смазочный клин может поднимать вал с поверхностей сегментных подушек при скорости вращения, превышающей пороговое значение. Вал может вращаться без непосредственного контакта с опорными поверхностями 136 из-за смазочного клина, действующего между ними.

Используемый в данном документе термин «опорная поверхность» может подразумевать поверхность самоустанавливающейся сегментной подушки, на которой во время работы подшипника может образовываться смазочная пленка, такая как гидродинамический смазочный клин. В случае радиального подшипника опорная поверхность может представлять собой искривленную внутреннюю радиальную поверхность самоустанавливающейся сегментной подушки. В случае опорно-упорного подшипника опорная поверхность может быть, по существу, плоской передней поверхностью самоустанавливающейся сегментной подушки. В состоянии холостого хода подшипника вал может находиться в непосредственном контакте с опорными поверхностями самоустанавливающихся сегментных подушек. В рабочем состоянии подшипника вал может скользить по опорной поверхности, при этом смазочный материал может подаваться в виде тонкой жидкой пленки между опорными поверхностями и валом.

Используемый в данном документе термин «гибкая опора переборки» может подразумевать соединение из тонкого и упругого сгибаемого материала между самоустанавливающейся сегментной подушкой и корпусом шарнира. В случае радиального подшипника гибкие опоры переборки могут, по существу, проходить в радиальном направлении и могут иметь минимальную ширину в направлении по окружности, что обеспечивает возможность поворота соответствующей самоустанавливающейся сегментной подушки. Ширина гибких опор переборки может зависеть от диаметра подшипника/вала. В случае опорно-упорного подшипника гибкие опоры переборки могут быть соединены с радиальной поверхностью корпуса подшипника и могут проходить в осевом направлении между корпусом подшипника и соответствующей самоустанавливающейся сегментной подушкой. Корпус подшипника может иметь кольцевую форму, окружающую ось А, в некоторых вариантах реализации изобретения.

Следует отметить, что в последующем описании будут в основном описаны радиальные подшипники. Однако, как будет очевидно для специалиста в данной области техники, подшипники в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, также могут быть выполнены в виде опорно-упорных подшипников. В случае опорно-упорного подшипника множество самоустанавливающихся сегментных подушек могут быть соединены с корпусом подшипника. Радиальная поверхность вала, например, передняя поверхность вала или радиальная прокладка, предусмотренная на валу, может поддерживаться с возможностью вращения на опорных поверхностях множества самоустанавливающихся сегментных подушек. Отличительные признаки по данному описанию также могут быть реализованы в случае опорно-упорного подшипника. В частности, множество отверстий для подачи смазочного материала может быть предусмотрено в опорной поверхности по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки опорно-упорного подшипника, в частности, из всех самоустанавливающихся сегментных подушек.

Множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130 радиального подшипника, которое проиллюстрировано на фиг. 1, может быть выполнено с возможностью наклона или поворота вокруг соответствующей оси наклона, при этом оси наклона самоустанавливающихся сегментных подушек могут проходить параллельно оси А вала 200. В частности, гибкая опора 135 переборки, которая соединяет самоустанавливающуюся сегментную подушку с корпусом подшипника, может быть изгибаемой или упруго деформируемой в направлении U по окружности, так что самоустанавливающаяся сегментная подушка может поворачиваться относительно соответствующей оси наклона.

Соответственно, самоустанавливающиеся сегментные подушки могут следовать за движением вала относительно корпуса подшипника, вызванным переменным давлением смазочного клина во время работы подшипника.

В соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, опорная поверхность 136 по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 содержит множество отверстий 140 для подачи смазочного материала. Например, по меньшей мере одна самоустанавливающаяся сегментная подушка 131 в соответствии с фиг. 1 содержит первое отверстие 141 и второе отверстие 142 в опорной поверхности 136 в проиллюстрированной плоскости сечения. В некоторых вариантах реализации изобретения более двух расположенных на некотором расстоянии друг от друга отверстий для подачи смазочного материала могут быть предусмотрены в опорной поверхности по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131. Множество отверстий 140 для подачи смазочного материала может быть выполнено с возможностью подачи смазочного материала из внутренней части по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 в жидкостную пленку, предусмотренную в зазоре между опорной поверхностью 136 и внешней поверхностью вала 200. Другими словами, множество отверстий 140 для подачи смазочного материала может быть выполнено с возможностью подачи смазочного материала в пространство 125 для приема вала.

Путем подачи смазочного материала на опорную поверхность через множество отверстий, которые предусмотрены в опорной поверхности по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки, можно добиться более равномерного и более непрерывного распределения смазочного материала между самоустанавливающейся сегментной подушкой и валом во время работы подшипника. Кроме того, количество смазочного материала можно локально регулировать по всей площади опорной поверхности таким образом, чтобы получить улучшенное образование смазочного клина. Например, распределение отверстий для подачи смазочного материала и/или размер отверстий для подачи смазочного материала могут быть выполнены так, что можно будет уменьшить нестабильность вращения.

Кроме того, путем введения смазочного материала непосредственно в жидкостную пленку на опорной поверхности в двух или более находящихся на определенном расстоянии друг от друга положениях, можно уменьшить перенос горячего смазочного материала из первой самоустанавливающейся сегментной подушки в соседнюю самоустанавливающуюся сегментную подушку и можно снизить температуру материала подшипника.

В свою очередь, для чисто гидростатического применения может быть достаточно одного отверстия для подачи смазочного материала, чтобы подавать смазочный материал под высоким давлением в пространство для приема вала, при условии, что подача смазочного материала через множество отверстий 140 для подачи смазочного материала в каждой самоустанавливающейся сегментной подушке может обеспечить конкретные преимущества для гидродинамического подшипника. Это связано с тем, что в гидродинамическом подшипнике локально заданная подача смазочного материала непосредственно в жидкостную пленку может содействовать уменьшению нестабильности смазочного клина. Благодаря обеспечению опорной поверхности 136 по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 с множеством расположенных на определенном расстоянии друг от друга отверстий для подачи смазочного материала, выполненных с возможностью подачи смазочного материала непосредственно в жидкостную пленку, может быть повышена стабильность образования клина, и может быть сведена к минимуму нестабильность вращающегося вала.

В некоторых вариантах реализации изобретения, которые могут быть объединены с другими вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, подшипник 100 может быть выполнен в виде гидродинамического подшипника.

В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере одно или более отверстий из множества отверстий для подачи смазочного материала могут использоваться для обеспечения гидростатических или активных характеристик смазочного материала, например, путем обеспечения подачи смазочного материала, выполненной с возможностью подачи смазочного материала под высоким давлением смазочного материала. Например, может быть предусмотрено устройство для повышения давления смазочного материала для создания достаточной поддержки нагрузки, чтобы обеспечить гидродинамический подшипник гидростатическими характеристиками.

В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один или более отверстий для подачи смазочного материала, предусмотренные в опорной поверхности 136, могут быть выполнены с возможностью подачи смазочного материала под вторым давлением смазочного материала, а остальные отверстия для подачи смазочного материала могут быть предусмотрены для подачи смазочного материала под первым давлением смазочного материала. Первое давление может быть ниже, чем второе давление. Соответственно, подшипник может обеспечивать гидродинамические и/или гидростатические характеристики подшипника. Например, две отдельные канальные системы могут быть предусмотрены по меньшей мере в одной самоустанавливающейся сегментной подушке, при этом первая канальная система может быть выполнена с возможностью подачи смазочного материала через подмножество из множества отверстий для подачи смазочного материала под первым давлением, а вторая канальная система может быть выполнена с возможностью подачи смазочного материала через второе подмножество из множества отверстий для подачи смазочного материала под вторым давлением. Подшипник может работать в гидродинамическом режиме и/или с гидростатическим/активным смазочным материалом.

Динамический режим работы подшипника 100 может быть дополнительно улучшен путем обеспечения опорных поверхностей каждой из множества самоустанавливающихся сегментных подушек 130 множеством расположенных на определенном расстоянии друг от друга отверстий для подачи смазочного материала, выполненных с возможностью подачи смазочного материала в зазор между соответствующей опорной поверхностью и внешней поверхностью вала. Например, в опорной поверхности каждой самоустанавливающейся сегментной подушки могут быть предусмотрены два, три, четыре или более отверстий для подачи смазочного материала.

Подшипник, проиллюстрированный на фиг. 1, содержит всего пять самоустанавливающихся сегментных подушек, которые равномерно распределены в направлении U по окружности вокруг пространства 125 для приема вала. Другими словами, пять самоустанавливающихся сегментных подушек расположены в одинаково отдаленных друг от друга наклонных положениях относительно оси А. Например, в случае пяти самоустанавливающихся сегментных подушек угловое расстояние между угловыми центрами двух соседних самоустанавливающихся сегментных подушек может составлять 360°/5 = 72°.

В других вариантах реализации изобретения подшипник может содержать меньше или больше пяти самоустанавливающихся сегментных подушек, например, две, три или четыре самоустанавливающиеся сегментные подушки или шесть или более самоустанавливающихся сегментных подушек. Самоустанавливающиеся сегментные подушки могут быть расположены в одинаково удаленных друг от друга наклонных положениях относительно оси А.

В некоторых вариантах реализации изобретения форма каждой самоустанавливающейся сегментной подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек 130 может быть, по существу, одинаковой. Множество отверстий для подачи смазочного материала может быть предусмотрено в соответствующем расположении на опорной поверхности каждой из множества самоустанавливающихся сегментных подушек.

Самоустанавливающиеся сегментные подушки могут быть выполнены, по существу, симметрично относительно соответствующей оси симметрии, которая может проходить в радиальном направлении R вдоль соответствующей наклоняемой опоры переборки через центр соответствующей самоустанавливающейся сегментной подушки. Другими словами, форма передней периферийной части каждой самоустанавливающейся сегментной подушки может быть, по существу, зеркальным отражением формы задней периферийной части самоустанавливающейся сегментной подушки. Если самоустанавливающиеся сегментные подушки имеют симметричную установку относительно плоскости симметрии, подшипник может использоваться для поддержки вала, вращающегося как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.

В некоторых вариантах реализации изобретения множество отверстий 140 для подачи смазочного материала могут быть расположены по определенной схеме на опорной поверхности 136, при этом схема не может быть симметричной относительно плоскости симметрии соответствующей самоустанавливающейся сегментной подушки. Например, в передней периферийной части опорной поверхности может быть предусмотрено больше отверстий, чем в задней периферийной части опорной поверхности. Например, в варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, множество отверстий 140 для подачи смазочного материала расположено по схеме, которая является асимметричной относительно плоскости симметрии по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131. Асимметричное расположение отверстий для подачи смазочного материала может содействовать снижению динамической нестабильности подшипника.

В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник может быть выполнен с возможностью применений при высоких скоростях. Например, подшипник может быть выполнен с возможностью поддержки вала, вращающегося с окружной скоростью 60 м/с или более, в частности, 80 м/с или более, более конкретно, 100 м/с или более, или же 120 м/с или более. Термин «окружная скорость», используемый в данном описании, может подразумевать максимальную относительную скорость между поддерживаемой поверхностью вала и опорной поверхностью самоустанавливающейся сегментной подушки во время работы подшипника.

Подшипник может быть снабжен канальной системой 150, которая проходит через внутреннюю часть по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131, чтобы направлять смазочный материал к множеству отверстий 140 для подачи смазочного материала. В некоторых вариантах реализации изобретения канальная система 150 может проходить через внутреннюю часть по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 и через гибкую опору 135 переборки по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки, чтобы направлять смазочный материал из корпуса 120 подшипника через гибкую опору 135 переборки по меньшей мере в одну самоустанавливающуюся сегментную подушку 131. Множество отверстий 140 для подачи смазочного материала может сообщаться по текучей среде с канальной системой 150.

В некоторых вариантах реализации изобретения каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка поддерживается отдельной тонкой гибкой опорой переборки. Геометрия и топология самоустанавливающихся сегментных подушек, а также гибких опор переборки могут быть спроектированы таким образом, чтобы достичь улучшенного динамического режима работы подшипника также при высоких скоростях вращения. Динамический режим работы подшипника может зависеть от многочисленных параметров, таких как вес самоустанавливающихся сегментных подушек, инерция самоустанавливающихся сегментных подушек по отношению к соответствующей оси наклона, радиальная жесткость гибких опор переборки и/или жесткость по отношению к вращениям гибкой опоры переборки. Радиальная жесткость и жесткость по отношению к вращениям гибкой опоры переборки может зависеть от свойств материала, от толщины гибкой опоры переборки в направлении по окружности, а также от радиальной длины гибкой опоры переборки. Может быть полезным предусмотреть гибкую опору переборки с высокой радиальной жесткостью и низкой жесткостью по отношению к вращениям. Кроме того, может быть полезным предусмотреть самоустанавливающуюся сегментную подушку с небольшим весом, которая может обладать сниженной инерцией относительно оси наклона самоустанавливающейся сегментной подушки.

В некоторых вариантах реализации изобретения геометрия самоустанавливающихся сегментных подушек разработана за счет применения процесса оптимизации к аналитическим выражениям расчетных переменных: (i) радиальной жесткости гибкой опоры переборки, (ii) жесткости по отношению к вращениям гибкой опоры переборки и (iii) инерции самоустанавливающейся сегментной подушки. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения различные весовые коэффициенты и ограничения могут быть назначены расчетным переменным, полученным в соответствии с результатами анализа чувствительности динамики вращающихся конструкций.

В некоторых вариантах реализации изобретения, которые могут быть объединены с другими вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, подшипник может быть монолитным подшипником. В монолитном подшипнике множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130 образовано как одно целое с корпусом 120 подшипника. В нем каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка из множества самоустанавливающихся сегментных подушек может быть выполнена как одно целое с соответствующей гибкой опорой переборки и с корпусом подшипника. Другими словами, самоустанавливающиеся сегментные подушки, гибкие опоры переборки и корпус подшипника могут быть изготовлены из одного куска материала без какого-либо соединения материала с материалом или какого-либо соединения с геометрическим замыканием или соединения тугой прессовой посадкой. Например, подшипник может быть изготовлен как «цельный» подшипник, в частности, с помощью технологий аддитивного производства. Когда соотношение между толщиной гибких опор переборки в направлении по окружности и длиной гибких опор переборки в радиальном направлении является достаточно низким, становится возможным перемещение самоустанавливающихся сегментных подушек вокруг соответствующей оси наклона.

Износостойкость и ожидаемый срок службы монолитного подшипника являются более высокими и большими, чем у составного подшипника, который содержит самоустанавливающиеся сегментные подушки, соединенные с корпусом подшипника с помощью соединения материала с материалом или с помощью соединения с геометрическим замыканием или соединения тугой прессовой посадкой.

Следует отметить, что подшипниковый корпус монолитного подшипника, который используется в данном документе, не обязательно является «цельным» корпусом. Например, корпус подшипника может содержать две полуоболочки, которые могут быть установлены вокруг шейки вала. Однако и в этом случае каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка выполнена как одно целое с одной из частей корпуса.

Подшипник, проиллюстрированный на фиг. 1, представляет собой монолитный подшипник, в котором корпус 120 подшипника, множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130, а также гибкие опоры 135 переборки выполнены в виде единого куска материала, например, как цельный металлический кусок.

В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник изготовлен из металла, в частности, из сплава на основе никеля, более конкретно, из жаропрочного справа на основе никеля и хрома, например сплава Inconel, такого как Inconel 718.

На фиг. 2 проиллюстрирован увеличенный вид в сечении по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 подшипника 100 в соответствии с фиг. 1. В некоторых вариантах реализации изобретения оставшиеся самоустанавливающиеся сегментные подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек 130 подшипника могут иметь соответствующую форму.

Самоустанавливающаяся сегментная подушка 131 может быть выполнена как одно целое с гибкой опорой 135 переборки и с корпусом 120 подшипника. Кроме того, самоустанавливающаяся сегментная подушка 131 имеет опорную поверхность 136, которая направлена в сторону пространства 125 для приема вала. Множество отверстий 140 для подачи смазочного материала предусмотрено на опорной поверхности для подачи смазочного материала непосредственно в жидкостную пленку, которая должна быть предусмотрена на опорной поверхности 136.

В некоторых вариантах реализации изобретения два или более отверстий из множества отверстий 140 для подачи смазочного материала расположены на определенном расстоянии друг от друга в направлении U по окружности. Например, первое отверстие 141 может быть предусмотрено в передней окружной части опорной поверхности 136, а второе отверстие 142 может быть предусмотрено в центральной окружной части опорной поверхности 136. В частности, первое отверстие 141 и второе отверстие 142 могут быть расположены в двух различных наклонных положениях по отношению к оси А, при этом оба наклонных положения могут охватывать между собой угол 5° или более, в частности, угол 10° или более, более конкретно, угол 15° или более. В качестве альтернативного или дополнительного варианта, первое расстояние D1 между первым отверстием 141 и вторым отверстием 142 может составлять 2 см или более, в частности, 3 см или более, более конкретно, 4 см или более.

В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере одна самоустанавливающаяся сегментная подушка 131 может проходить в пределах углового диапазона («угла наклона сегментной подушки»), составляющего n градусов в направлении по окружности, при этом n может составлять от 40° до 80°, в частности, от 50° до 70°. Первое отверстие 141 и второе отверстие 142 могут быть расположены в двух разных наклонных положениях, которые охватывают между собой угол, составляющий от n/8 до n/2.

За счет подачи смазочного материала на опорную поверхность 136 в различных наклонных положениях может быть обеспечено более равномерное распределение смазочного материала от передней кромки самоустанавливающейся сегментной подушки до задней кромки самоустанавливающейся сегментной подушки.

В некоторых вариантах реализации изобретения, которые могут быть объединены с другими вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, опорная поверхность 136 по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 может быть снабжена четырьмя или более, в частности, шестью или более, более конкретно, десятью или более отверстиями для подачи смазочного материала. Только два отверстия для подачи смазочного материала (первое отверстие 141 и второе отверстие 142) показаны на виде в сечении на фиг. 2. Однако дополнительные отверстия для подачи смазочного материала могут быть предусмотрены на определенном расстоянии от первого отверстия 141 и/или от второго отверстия 142 в осевом направлении.

По меньшей мере одно отверстие (например, первое отверстие 141) может быть предусмотрено в передней окружной части по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131. Например, расстояние между первым отверстием 141 и передней кромкой 145 самоустанавливающейся сегментной подушки может составлять 5 см или менее, в частности, 2 см или менее. Под передней кромкой 145 самоустанавливающейся сегментной подушки может подразумеваться кромка опорной поверхности, которую сначала проходит заданная точка вращающегося вала во время работы подшипника. Под задней кромкой 146 самоустанавливающейся сегментной подушки может подразумеваться кромка опорной поверхности, которую в последнюю очередь проходит заданная точка вращающегося вала во время работы подшипника. Соответственно, во время работы подшипника заданная точка вращающегося вала сначала скользит мимо передней окружной части опорной поверхности, затем скользит мимо центральной окружной части опорной поверхности и, наконец, скользит мимо задней окружной части опорной поверхности.

В некоторых вариантах реализации изобретения центральная окружная часть опорной поверхности может быть определена как средняя треть углового диапазона опорной поверхности, тогда как передняя и задняя окружные части могут быть определены как две наружные трети углового диапазона опорной поверхности.

По меньшей мере одно отверстие (например, второе отверстие 142 на фиг. 2) может быть предусмотрено в центральной окружной части по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131. Например, расстояние между вторым отверстием 142 и угловым центром самоустанавливающейся сегментной подушки может составлять 5 см или менее, в частности, 2 см или менее. В некоторых вариантах реализации изобретения второе отверстие 142 может быть предусмотрено точно в угловом центре по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131. В этом случае во второе отверстие 142 может подаваться смазочный материал из канала, который может проходить в радиальном направлении от корпуса 120 подшипника через гибкую опору 135 переборки.

В некоторых вариантах реализации изобретения, которые могут быть объединены с другими вариантами реализации изобретения, описанными в настоящем документе, соотношение между общей площадью опорной поверхности 136, охватываемой отверстиями, и общей площадью остальной части опорной поверхности 136, на которой не предусмотрены отверстия, может составлять от 1% до 5%. Значение, превышающее 5%, может быть не выгодным в некоторых вариантах реализации изобретения, поскольку это может оказать отрицательное влияние на образование гидродинамического клина. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения ни одно из отдельных отверстий не может покрывать площадь более чем на 2% или более чем на 1% от общей опорной поверхности.

Как схематически проиллюстрировано на фиг. 2, канальная система 150 для подачи смазочного материала из корпуса 120 подшипника по направлению к множеству отверстий 140 для подачи смазочного материала может проходить через внутреннюю часть по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131. По меньшей мере один основной канал 152 канальной системы 150 может проходить от корпуса 120 подшипника через гибкую опору 135 переборки по меньшей мере к одной самоустанавливающейся сегментной подушке 131, например, по существу, в радиальном направлении R. По меньшей мере один основной канал 152 может быть приспособлен для направления смазочного материала из резервуара для смазочного материала в корпусе подшипника через гибкую опору 135 переборки в направлении множества отверстий 140 для подачи смазочного материала. В случае опорно-упорного подшипника основной канал канальной системы может, по существу, проходить в осевом направлении.

В некоторых вариантах реализации изобретения два, три или более основных каналов 152 могут проходить через гибкую опору 135 переборки, например, в радиальном направлении R, при этом два, три или более основных каналов могут быть расположены на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении.

Поперечное сечение по меньшей мере одного основного канала 152 может быть не круглым в некоторых вариантах реализации изобретения. Например, поперечное сечение по меньшей мере одного основного канала 152 может быть, по существу, прямоугольным по меньшей мере в сечении, проходящем через гибкую опору 135 переборки. Некруглая форма поперечного сечения основного канала может быть выгодной, так как гибкая опора переборки может иметь небольшую ширину по окружности и большую осевую ширину, так что форма канала может быть приспособлена к форме гибкой опоры переборки.

В некоторых вариантах реализации изобретения один или более поперечных каналов 151 канальной системы 150 могут проходить не в радиальном направлении по меньшей мере через одну самоустанавливающуюся сегментную подушку 131. Например, один или более поперечных каналов 151 могут проходить от основного канала 152 канальной системы 150 в переднюю часть и/или в заднюю часть корпуса самоустанавливающейся сегментной подушки.

По меньшей мере один поперечный канал 151 канальной системы 150 может проходить под углом 45° или более относительно радиального направления R и/или осевого направления, более конкретно, под углом 60° или более относительно радиального направления R и/или осевого направления, более конкретно, по существу, перпендикулярно по отношению к радиальному направлению и/или осевому направлению, например в качестве касательной к направлению U по окружности. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один поперечный канал 151 может проходить, по существу, в направлении U по окружности. По меньшей мере один поперечный канал 151 может представлять собой изогнутый канал или линейный канал. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 2, поперечный канал 151 линейно проходит от основного канала 152 в переднюю часть корпуса самоустанавливающейся сегментной подушки и может иметь длину 4 см или более. В случае опорно-упорного подшипника по меньшей мере один поперечный канал может проходить под углом по отношению к осевому направлению, например, под углом 60° или более или, по существу, перпендикулярно.

По меньшей мере один поперечный канал 151 может быть выполнен с возможностью направления смазочного материала через внутреннюю часть самоустанавливающейся сегментной подушки по направлению к первому отверстию 141, которое расположено в передней окружной части опорной поверхности 136. В некоторых вариантах реализации изобретения два или более отверстий предусмотрены в передней окружной части опорной поверхности 136, при этом каждое из указанных отверстий может иметь соответствующий поперечный канал 151 для направления смазочного материала к соответствующему отверстию. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере одно отверстие (не проиллюстрировано на фигурах) может быть предусмотрено в задней окружной части опорной поверхности, при этом может быть предусмотрен поперечный канал для направления смазочного материала к указанному по меньшей мере одному отверстию.

Каждое отверстие из множества отверстий 140 для подачи смазочного материала может сообщаться по текучей среде с соответствующим подающим каналом 153 канальной системы 150 для направления смазочного материала к отверстию. Подающие каналы 153 могут проходить, по существу, перпендикулярно опорной поверхности, например, в радиальном направлении и могут соединять отверстия с основным каналом 152 канальной системы и/или с поперечным каналом 151 канальной системы. Например, подающие каналы 153 могут быть расположены ниже по потоку от основных каналов 152 и от поперечных каналов 151 и непосредственно выше по потоку от отверстий для подачи смазочного материала. Форма поперечного сечения и/или площадь поперечного сечения отверстий могут, по существу, соответствовать форме поперечного сечения и/или площади поперечного сечения соответствующего подающего канала, соответственно. В некоторых вариантах реализации изобретения площадь поперечного сечения и/или форма поперечного сечения основного канала 152 могут отличаться от площади поперечного сечения и/или формы поперечного сечения подающих каналов 153.

На фиг. 3 проиллюстрирован вид в перспективе подшипника 300 в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе. Большинство отличительных признаков подшипника 300 соответствуют отличительным признакам подшипника 100, проиллюстрированного на фиг. 1, так что можно ссылаться на приведенные выше пояснения, которые в данном документе не повторяются.

Подшипник 300 представляет собой монолитный или «цельный» подшипник, содержащий множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130 (в данном документе: пять самоустанавливающихся сегментных подушек), которые выполнены как одно целое с соответствующей наклоняемой опорой 135 переборки и с корпусом 120 подшипника.

Множество отверстий 140 для подачи смазочного материала предусмотрено на опорных поверхностях 136 каждой самоустанавливающейся сегментной подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек 130. В дальнейшем будет более подробно описана только самоустанавливающаяся сегментная подушка 131, но остальные самоустанавливающиеся сегментные подушки могут быть соответствующим образом сформированы и могут иметь соответствующие отличительные признаки.

Самоустанавливающаяся сегментная подушка 131 имеет опорную поверхность 136, имеющую предусмотренное на ней множество отверстий 140 для подачи смазочного материала, в частности, шесть или более и/или двадцать или менее отверстий, более конкретно, десять отверстий.

В некоторых вариантах реализации изобретения, которые могут быть объединены с другими вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, два или более расположенных на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстий 143 из множества отверстий 140 для подачи смазочного материала могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении опорной поверхности 136. Например, два, три, четыре, пять или более расположенных на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстий 143 могут быть расположены в ряд, проходящий в осевом направлении, например через равные промежутки между двумя смежными отверстиями. Например, второе расстояние D2 между двумя смежными, расположенными на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстиями 143 может составлять в осевом направлении 2 мм или более и 50 мм или менее, в частности, 5 мм или более и 20 мм или менее.

В некоторых вариантах реализации изобретения самоустанавливающаяся сегментная подушка может иметь осевое удлинение, составляющее n сантиметров, при этом расстояние между двумя расположенными на некотором расстоянии в осевом направлении отверстиями может превышать n/2 сантиметра.

В некоторых вариантах реализации изобретения два или более рядов расположенных на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстий 143 могут быть предусмотрены на опорной поверхности 136 самоустанавливающейся сегментной подушки 131. Данные ряды могут быть предусмотрены в различных наклонных положениях в направлении U по окружности. Например, первый ряд расположенных на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстий 143 может быть предусмотрен в передней части опорной поверхности, а второй ряд расположенных на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстий может быть предусмотрен в центральной части опорной поверхности 136. В некоторых вариантах реализации изобретения более чем в два ряда расположенных на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстий могут быть предусмотрены на опорной поверхности 136, например, три, четыре или более рядов.

В некоторых вариантах реализации изобретения, которые могут быть объединены с другими вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, два, три или более отверстий из множества отверстий 140 для подачи смазочного материала могут быть предусмотрены в передней окружной части опорной поверхности, два, три или более отверстий из множества отверстий 140 для подачи смазочного материала могут быть предусмотрены в центральной окружной части опорной поверхности, и/или два, три или более отверстий из множества отверстий для подачи смазочного материала могут быть предусмотрены в задней окружной части опорной поверхности. Равномерного распределения смазочного материала по опорным поверхностям можно достичь, когда по меньшей мере два отверстия предусмотрены в передней окружной части и по меньшей мере два отверстия предусмотрены в центральной окружной части, в то время как в задней окружной части не требуется отверстий, как схематически проиллюстрировано на фиг. 3.

Канальная система может проходить через каждую из множества самоустанавливающихся сегментных подушек 130 для подачи смазочного материала в соответствующее множество отверстий для подачи смазочного материала. Канальные системы могут иметь некоторые или все признаки канальной системы 150, более детально проиллюстрированной на фиг. 2. Корпус 120 подшипника может содержать кольцевой резервуар 155 для текучей среды для подачи смазочного материала в канальные системы. Основные каналы 152 соответствующих канальных систем могут проходить в радиальном направлении внутрь от кольцевого резервуара 155 для текучей среды в наклонных положениях, которые соответствуют наклонным положениям, в которых расположены гибкие опоры переборки.

В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник может содержать блок управления давлением, выполненный с возможностью регулировки абсолютного давления смазочного материала в канальной системе в диапазоне от 1,1 бар до 5 бар, в частности, в диапазоне от 1,1 бар до 3 бар.

На фиг. 4А проиллюстрирован увеличенный вид в перспективе одной из самоустанавливающихся сегментных подушек подшипника в соответствии с фиг. 3. Как детально проиллюстрировано, первый ряд отверстий расположен в угловом центре самоустанавливающейся сегментной подушки 131, а второй ряд отверстий расположен рядом с передней кромкой самоустанавливающейся сегментной подушки. Соответственно, передняя окружная часть опорной поверхности, которую сначала проходит заданная точку вала, может в достаточной степени снабжаться смазочным материалом. Смазочный материал может переноситься в направлении по окружности к центру самоустанавливающейся сегментной подушки, где дополнительное количество смазочного материала может подаваться центральным рядом отверстий. Смазочный материал может переноситься дальше в направлении по окружности к задней кромке самоустанавливающейся сегментной подушки. Может не требоваться дальнейшая подача смазочного материала в задней окружной части самоустанавливающейся сегментной подушки.

В некоторых вариантах реализации изобретения, которые могут быть объединены с другими вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, минимальная ширина w гибкой опоры 135 для переборки может составлять от 1 мм до 4 мм, в частности, от 1,8 мм до 3,2 мм, в случае подшипника, выполненного с возможностью поддержки вала диаметром 110 мм. В некоторых вариантах реализации изобретения высота h гибкой опоры переборки может составлять от 2 мм до 10 мм, в частности, от 3 мм до 7 мм, в случае подшипника, выполненного с возможностью поддержки вала диаметром 110 мм. В некоторых вариантах реализации изобретения радиальная толщина t самоустанавливающейся сегментной подушки может составлять от 6 мм до 14 мм, в частности, от 8 мм до 12 мм, в случае подшипника, выполненного с возможностью поддержки вала диаметром 110 мм. Самоустанавливающиеся сегментные подушки подшипников, выполненные с расчетом на валы других диаметров, могут иметь иную форму.

На фиг. 4B проиллюстрирован вид в осевом сечении одной из самоустанавливающихся сегментных подушек подшипника в соответствии с фиг. 3. Как схематически изображено на фиг. 4B, каждое отверстие из множества отверстий 140 для подачи смазочного материала сообщается по текучей среде с проходящим в радиальном направлении подающим каналом 153, расположенным выше по потоку от него. Один или более основных каналов 152 могут быть расположены выше по потоку от подающих каналов 153, при этом основные каналы могут проходить в радиальном направлении через гибкую опору 135 переборки. Поперечные каналы 151 могут ответвляться от основных каналов 152, чтобы направлять смазочный материал к отверстиям, которые расположены в передней окружной части опорной поверхности.

На фиг. 4C проиллюстрирован увеличенный вид в сечении одной из самоустанавливающихся сегментных подушек подшипника в соответствии с фиг. 3. Плоскость сечения проходит через один из поперечных каналов 151, который ответвляется от основного канала 152 внутри корпуса самоустанавливающейся сегментной подушки 131. Радиальный подающий канал 153 проходит от нижнего по потоку конца поперечного канала 151 к одному из отверстий, которые предусмотрены в передней окружной части.

В соответствии с дополнительным аспектом данного изобретения предусмотрено вращающееся механическое устройство. Вращающееся механическое устройство может содержать подшипник в соответствии с любым из вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе. Кроме того, вращающееся механическое устройство содержит вал 200, который поддерживается с возможностью вращения в пространстве 125 для приема вала подшипника.

Подшипник может быть радиальным подшипником или опорно-упорным подшипником. Кроме того, подшипник может быть гидродинамическим подшипником или гидростатическим подшипником.

В некоторых вариантах реализации изобретения вращающееся механическое устройство представляет собой высокоскоростное вращающееся механическое устройство. Например, вращающееся механическое устройство может быть по меньшей мере одним из компрессора и турбины, более конкретно, паровой турбины или газовой турбины. В некоторых вариантах реализации изобретения вращающееся механическое устройство представляет собой по меньшей мере одно из высокоскоростного компрессора, паровой турбины, газовой турбины и устройства для высокочастотной балансировки установок.

Вращающееся механическое устройство может быть выполнено с возможностью вращения вала с окружной скоростью 80 м/с или более, в частности, 100 м/с или более, более конкретно, 120 м/с или более.

В соответствии с дополнительным аспектом, описанным в данном документе, предусмотрен способ эксплуатации подшипника. Подшипник может иметь некоторые признаки или все признаки любого из вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе, так что можно сделать ссылку на приведенные выше пояснения, которые в данном документе не повторяются. Вал 200 установлен с возможностью вращения в пространстве 125 для приема вала подшипника.

Вал вращается, в то время как смазочный материал подается через множество отверстий 140 для подачи смазочного материала подшипника таким образом, чтобы обеспечить гидродинамический смазочный клин между опорной поверхностью и поверхностью вала. В некоторых вариантах реализации изобретения смазочный материал может подаваться во множество отверстий через канальную систему 150, предусмотренную во внутренней части по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 под абсолютным давлением 5 бар или менее, в частности, под абсолютным давлением, составляющим от 1,1 бар до 3 бар.

В некоторых вариантах реализации изобретения вал 200 может вращаться с окружной скоростью 80 м/с или более, в частности, 100 м/с или более, более конкретно, 120 м/с или более.

На фиг. 5А проиллюстрирован вид в перспективе подшипника в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, который выполнен в виде опорно-упорного подшипника 400. В случае опорно-упорного подшипника множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130 может быть соединено с передней поверхностью корпуса 120 подшипника, который может иметь кольцеобразную форму в некоторых вариантах реализации изобретения.

На фиг. 5B проиллюстрирован увеличенный вид одной из самоустанавливающихся сегментных подушек опорно-упорного подшипника в соответствии с фиг. 5A.

Множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130 может быть расположено так, что опорные поверхности самоустанавливающихся сегментных подушек являются, по существу, плоскими и проходят, по существу, перпендикулярно относительно оси А вала. Радиальная поверхность вращающегося вала, например, торцевая поверхность или радиальная прокладка вала может поддерживаться на опорных поверхностях множества самоустанавливающихся сегментных подушек. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть предусмотрено более пяти самоустанавливающихся сегментных подушек.

Подшипник может представлять собой гидродинамический подшипник, выполненный с возможностью обеспечения гидродинамического смазочного клина между валом и опорными поверхностями самоустанавливающихся сегментных подушек. В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник представляет собой монолитный подшипник.

Опорная поверхность по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 из множества самоустанавливающихся сегментных подушек содержит множество отверстий 140 для подачи смазочного материала. Во внутренней части по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 может быть предусмотрена канальная система для направления смазочного материала через гибкую опору 135 переборки по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки 131 в направлении множества отверстий 140 для подачи смазочного материала.

Аналогично вышеописанным радиальным подшипникам, по меньшей мере два отверстия из множества отверстий 140 для подачи смазочного материала могут быть размещены на определенном расстоянии друг от друга в направлении по окружности. В качестве альтернативного или дополнительного варианта могут быть предусмотрены ряды отверстий, которые проходят, по существу, в радиальных направлениях, при этом ряды могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга в направлении по окружности. Детали канальной системы, которая проходит через по меньшей мере одну самоустанавливающуюся сегментную подушку, могут соответствовать вышеописанным деталям и в данном документе не повторяются. Как будет очевидно для специалиста в данной области техники, в случае опорно-упорного подшипника гибкая опора 135 переборки обеспечивает перемещение самоустанавливающихся сегментных подушек по отношению к радиальной оси наклона и/или по отношению к оси наклона, проходящей перпендикулярно радиальной оси наклона, как можно увидеть более детально на фиг. 5В.

На фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления подшипника для поддержки вала 200, вращающегося вокруг оси, в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе. Подшипник может содержать некоторые или все признаки любого из подшипников, описанных в данном документе, так что можно сослаться на приведенные выше пояснения, которые в данном документе не повторяются. В частности, подшипник может содержать множество самоустанавливающихся сегментных подушек 130, при этом каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом 120 подшипника через гибкую опору 135 переборки и имеет опорную поверхность 136. В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник может быть монолитным подшипником.

Как проиллюстрировано с помощью блоков 510 и 520, по меньшей мере одну самоустанавливающуюся сегментную подушку 131 из множества самоустанавливающихся сегментных подушек 130 изготавливают с множеством отверстий 140 для подачи смазочного материала на опорную поверхность 136 посредством аддитивного производства.

Аддитивное производство подразумевает метод изготовления для создания детали слоями путем нанесения материала. Вместо того чтобы фрезеровать деталь из блока материала, деталь можно создавать слой за слоем с помощью материала, который можно наносить в виде порошка.

В блоке 510 слой материала может быть нанесен на платформу. В блоке 520 слой материала могут сплавить, например, с помощью лазера, в соответствии с расчетными данными, которые включают трехмерную информацию об устройстве, которое необходимо создать, и платформу сдвигают, например, понижают. Выполнение способа возвращается к блоку 510, в котором дополнительный слой материала наносят поверх сплавленного первого слоя. В блоке 520 второй слой может быть сплавлен в соответствии с расчетными данными. Сплавление второго слоя может включать в себя соединение второго слоя с первым слоем в заранее определенных точках. Платформу снова сдвигают, и третий слой материала наносят поверх сплавленного второго слоя. Выполнение способа продолжается до тех пор, пока устройство не будет создано в соответствии с расчетными данными.

Аддитивное производство может включать в себя селективное лазерное плавление или лазерное спекание.

В некоторых вариантах реализации изобретения каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка из множества самоустанавливающихся сегментных подушек 130 выполнена как единое целое с корпусом 120 подшипника с помощью аддитивного производства, в частности, с помощью селективного лазерного плавления или лазерного спекания.

Кроме того, канальная система для направления смазочного материала к множеству отверстий, предусмотренных на опорной поверхности, может быть образована с помощью аддитивного производства, в частности, с помощью селективного лазерного плавления или лазерного спекания. Канальная система может быть изготовлена полностью внутри каждой самоустанавливающейся сегментной подушки из множества самоустанавливающихся сегментных подушек.

В то время как вышеизложенное относится к вариантам реализации данного изобретения, другие и дополнительные варианты реализации изобретения могут быть разработаны без отклонения от его основного объема, и объем изобретения определяется последующей формулой изобретения.

Изобретение относится к подшипнику, предназначенному для поддержки вала, вращающегося вокруг оси. Более конкретно, данное изобретение относится к радиальному или упорному подшипнику с множеством самоустанавливающихся сегментных подушек, соответственно соединенных с корпусом подшипника через гибкую опору переборки. Данное изобретение дополнительно относится к способу эксплуатации подшипника, а также к способу изготовления подшипника. Подшипник (100) для поддержки вала (200) вращается вокруг оси (А). Подшипник (100) содержит: корпус (120) подшипника и множество самоустанавливающихся сегментных подушек (130), при этом каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом (120) через гибкую опору (135) переборки и имеет опорную поверхность (136), направленную в сторону пространства (125) для приема вала, выполненную с возможностью поддержки вала. Опорная поверхность (136) по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки (130) из множества самоустанавливающихся сегментных подушек снабжена множеством отверстий (140) для подачи смазочного материала. Технический результат: спроектировать и предусмотреть подшипник с самоустанавливающимися сегментными подушками, а также способ его изготовления, который обеспечивает высокие рабочие скорости без риска перегрева и нестабильности. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Подшипник (100) для поддержки вала (200), вращающегося вокруг оси (А), содержащий:

корпус (120) подшипника и

множество самоустанавливающихся сегментных подушек (130), при этом каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом (120) подшипника через гибкую опору (135) переборки и имеет опорную поверхность (136), направленную в сторону пространства (125) для приема вала,

при этом опорная поверхность (136) по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки (131) из множества самоустанавливающихся сегментных подушек (130) содержит множество отверстий (140) для подачи смазочного материала, множество самоустанавливающихся сегментных подушек (130) образовано как одно целое с соответствующими гибкими опорами (135) переборки и с корпусом (120) подшипника и множество отверстий (140) для подачи смазочного материала сообщаются по текучей среде с канальной системой (150), проходящей через внутреннюю часть по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки (131) и через гибкую опору (135) переборки по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки (131).

2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что подшипник выполнен в виде радиального подшипника, при этом корпус (120) подшипника окружает пространство (125) для приема вала в направлении (U) по окружности.

3. Подшипник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что два или более отверстий из множества отверстий (140) для подачи смазочного материала расположены на определенном расстоянии друг от друга в направлении (U) по окружности, в частности на первом расстоянии (D1), составляющем 3 см или более, и/или отличающийся тем, что два или более расположенных на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении отверстия из множества отверстий (140) для подачи смазочного материала расположены на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении, в частности на втором расстоянии (D2), составляющем 2 мм или более.

4. Подшипник по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что опорная поверхность (136) по меньшей мере одной самоустанавливающейся сегментной подушки (131) снабжена четырьмя или более, в частности шестью или более, более конкретно десятью или более отверстиями для подачи смазочного материала.

5. Подшипник по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что два или более отверстий из множества отверстий (140) для подачи смазочного материала предусмотрены в передней окружной части опорной поверхности (136) и/или два или более отверстий из множества отверстий (140) для подачи смазочного материала предусмотрены в центральной окружной части опорной поверхности (136).

6. Подшипник по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что один или более поперечных каналов (151) канальной системы (150) проходят по меньшей мере частично не в радиальном направлении по меньшей мере через одну самоустанавливающуюся сегментную подушку (131), в частности под углом 45° или более относительно радиального направления, более конкретно, по существу, перпендикулярно относительно радиального направления и/или осевого направления.

7. Подшипник по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что канальная система (150) проходит через каждую из множества самоустанавливающихся сегментных подушек (130), при этом корпус (120) подшипника содержит кольцевой резервуар (155) для текучей среды, сообщающийся по текучей среде с канальной системой (150) и выполненный с возможностью подачи смазочного материала в канальную систему.

8. Подшипник по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что подшипник представляет собой гидродинамический подшипник, в частности, дополнительно содержащий блок управления давлением, выполненный с возможностью регулировки абсолютного давления смазочного материала в канальной системе (150) в диапазоне от 1,1 до 5 бар, в частности в диапазоне от 1,1 до 3 бар.

9. Вращающееся механическое устройство, содержащее:

по меньшей мере один подшипник (100) по любому из пп. 1-8 и

вал (200), поддерживаемый с возможностью вращения в пространстве (125) для приема вала подшипника (100),

при этом вращающееся механическое устройство представляет собой высокоскоростное вращающееся механическое устройство, в частности по меньшей мере одно из компрессора и турбины, более конкретно паровой турбины или газовой турбины.

10. Способ эксплуатации подшипника по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что вал (200) поддерживается с возможностью вращения в пространстве (125) для приема вала подшипника, причем способ включает:

вращение вала (200) при подаче смазочного материала через множество отверстий (140) для подачи смазочного материала таким образом, чтобы обеспечить гидродинамический смазочный клин между опорной поверхностью (136) и поверхностью вала.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что вал (200) вращается с окружной скоростью 80 м/с или более, в частности 100 м/с или более, более конкретно 120 м/с или более.

12. Способ изготовления подшипника для поддержки вала (200), вращающегося вокруг оси (А), в частности, по любому из пп. 1-8, включающий множество самоустанавливающихся сегментных подушек (130), при этом каждая самоустанавливающаяся сегментная подушка соединена с корпусом (120) подшипника через гибкую опору (135) переборки и имеет опорную поверхность (136),

при этом по меньшей мере одна самоустанавливающаяся сегментная подушка (131) из множества самоустанавливающихся сегментных подушек (130) изготовлена с множеством отверстий для подачи смазочного материала в опорной поверхности (136) с помощью аддитивного производства, в частности с помощью селективного лазерного плавления или лазерного спекания.

13. Способ изготовления по п. 12, отличающийся тем, что множество самоустанавливающихся сегментных подушек (130) выполнено как одно целое с корпусом (120) подшипника с помощью аддитивного производства, и при этом в каждой из множества самоустанавливающихся сегментных подушек образована канальная система для направления смазочного материала к соответствующей опорной поверхности.