ДЕМПФИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ПОДШИПНИКА, ПОДШИПНИК И ЭЛЕМЕНТ КОМПРЕССОРА, СНАБЖЕННЫЕ ТАКИМ ДЕМПФИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ ПОДШИПНИКА, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО ДЕМПФИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ПОДШИПНИКА Российский патент 2020 года по МПК F16C27/04 F16C19/24 F16C33/58 F01D25/16 

Настоящее изобретение относится к демпфирующему элементу подшипника.

В частности, изобретение предназначено для применения во вращающихся машинах, например, таких как турбомашины или винтовые компрессоры, в которых вал ротора установлен с возможностью вращения в корпусе машины посредством некоторого числа подшипников.

Известно, что в машинах, которые вращаются с высокой частотой вращения, часто возникают проблемы вибрации в пределах одного или нескольких конкретных диапазонов частот вращения, преимущественно в случае, когда имеются резонансы в данных диапазонах.

В таких диапазонах уровень вибраций может стать настолько большим, что в машине возникает повреждение.

В некоторых случаях можно избежать этой проблемы посредством недопущения данных диапазонов частот вращения.

Это означает, что будет существовать стремление избежать таких частот вращения, и в тот момент, когда необходимо осуществить переключение при переходе через данные диапазоны частот вращения при ускорении или замедлении, это будет выполняться быстро, чтобы, тем самым, избежать повреждений или по меньшей мере ограничить повреждения, если они имеются.

Само собой разумеется, более желательно спроектировать машину таким образом, чтобы эти проблемы вибрации отсутствовали или имелись только в очень ограниченной степени.

Это требует регулирования динамических характеристик ротора, которые большей частью определяются жесткостью (вращающегося) вала машины и/или жесткостью подшипников вала.

Поскольку конструкция и сборка машины накладывают строгие ограничения на размеры, регулирование жесткости вала машины крайне ограничено, так что регулирование жесткости подшипников часто является лучшим выбором при условии, что задание размеров подшипников допускает это.

Поскольку проблемы вибраций никогда не могут быть полностью устранены, предпочтительно также выполнить подшипники с некоторыми характеристиками демпфирования, которые будут гарантировать уменьшение возникающих вибраций до допустимого уровня.

Известны гидростатические подшипники, которые уже имеют характеристики демпфирования и также могут вращаться с очень высокими частотами вращения и, следовательно, особенно подходят для использования в турбомашинах.

Однако гидростатические подшипники создают потери в подшипниках, чем подшипники качения. Кроме того, гидростатические подшипники могут переходить в неустойчивый режим работы, что может быть очень деструктивным. Такой риск неустойчивого режима присущ вращению вала в жидкой пленке.

Это является причиной, по которой также часто используются подшипники качения. Для устранения недостатка таких подшипников качения, более конкретно, недостатка, состоящего в том, что они не имеют или практически не имеют характеристик демпфирования, они часто используются в применениях, связанных с высокими скоростями/частотами вращения, в сочетании с так называемыми демпфирующими элементами подшипников.

Следует отметить, что подшипники качения относятся ко всем подшипникам, которые состоят из по меньшей мере двух колец, между которыми тела качения перекатываются по дорожкам качения в данных кольцах. Тела качения могут быть шарообразными, цилиндрическими, коническими или бочкообразными.

Первый возможный демпфирующий элемент подшипника представляет собой так называемый «демпфер типа «беличье колесо», состоящий из выступающего элемента, а именно «беличьего колеса», который обеспечит жесткость и установку кольца вокруг подшипника (или в подшипнике) так, чтобы между этим кольцом и подшипником имелся точный зазор, а именно зазор для демпфирования. В этом зазоре для демпфирования используется тонкая пленка, а именно «пленка под давлением», которая «отвечает» за демпфирование. Обычно масло или другая жидкость, вязкая в меньшей или большей степени, используется в качестве данной тонкой пленки.

Пример такого «демпфера типа «беличье колесо» описан в статье Fouad Y. Zeidan “Design and application of squeeze film dampers in rotating machinery” - Proceedings of the Twenty-Fifth Turbomachinery Symposium, Turbomachinery Laboratory, Texas A&M University, p. 169-188, 1996.

Несмотря на то, что можно регулировать как жесткость, так и характеристики демпфирования, недостатком такого «демпфера типа «беличье колесо» является то, что он не только дорогой, но и также занимает много места, в частности, в аксиальном направлении (direction) или направлении (sense).

Дополнительным недостатком является то, что все компоненты «демпфера типа «беличье колесо» должны быть изготовлены и подвергнуты чистовой обработке в соответствии с очень точными техническими требованиями, поскольку ширина зазора для демпфирования, которая определяет толщину тонкой пленки, должна быть точно определена для получения заданных характеристик демпфирования.

В US 2009263057 описан альтернативный демпфирующий элемент подшипника, при этом в одном кольце подшипника качения образованы щели посредством электроэрозионного вырезного станка или обработки на электроэрозионном проволочно-вырезном станке.

При заполнении щелей вязкой жидкостью, например, такой как масло, создается тонкопленочный демпфер («демпфер в виде пленки под давлением»).

Кроме того, форма щелей обеспечивает создание своего рода пластинчатых пружин, которые определяют жесткость демпфера и, следовательно, жесткость опоры для вала в демпфирующем элементе подшипника.

Это означает, что данные щели одновременно создают тонкопленочные демпферы и пластинчатые пружины.

Создание упругого элемента и демпфера в одном компоненте, то есть внутреннем кольце или наружном кольце подшипника качения, не только приводит к компактной конструкции, но и также обеспечивает возможность очень точного задания/определения зазора для демпфирования.

Демпфирующий элемент подшипника в US 2009263057 имеет ряд недостатков.

Прежде всего, щели являются относительно длинными, так что невозможно гарантировать то, что щели будут всегда полностью заполнены маслом, что необходимо для эффективной работы демпфирующего элемента подшипника.

Во-вторых, комбинированная система из демпфера и упругого элемента означает, что затруднено обеспечение определенной жесткости в сочетании с конкретной демпфирующей способностью, поскольку обе характеристики очень сильно связаны.

Поведение комбинации из упругого элемента и демпфера с определенной конструкцией очень трудно спрогнозировать, и часто необходим большой объем комплексного моделирования.

Кроме того, существует неопределенность в отношении того, что конкретная комбинация жесткости и демпфирования может быть реализована.

Комбинированная система из демпфера и упругого элемента также приводит к конструкции с несколькими концентрическими тонкопленочными демпферами. Следовательно, сила, действующая в радиальном направлении, будет восприниматься несколькими тонкопленочными демпферами последовательно, так что каждый тонкопленочный демпфер будет становиться менее эффективным, и демпфирующая способность уменьшается.

Кроме того, также невозможно выполнить разъемную конструкцию, поскольку нельзя перерезать тонкопленочный демпфер.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить решение, устраняющее по меньшей мере один из вышеупомянутых и других недостатков.

Предметом настоящего изобретения является демпфирующий элемент подшипника, содержащий кольцо, установленное между вращающимся объектом и опорным объектом, который обеспечивает опору для кольца, при этом кольцо содержит по меньшей мере три щели, проходящие по всей толщине кольца в аксиальном направлении и на расстоянии от цилиндрических внутренней и наружной поверхностей кольца, отличающийся тем, что по меньшей мере половина щелей имеют одну или более демпфирующих частей с максимальной шириной 0,5 миллиметра, при этом демпфирующие части являются концентрическими и не перекрываются и тем, что по меньшей мере одна щель имеет одну или более упругих частей с минимальной шириной, которая больше ширины демпфирующих частей.

В данном случае «щель» относится к пазу, щели, разрезу или тому подобному, при этом важно, чтобы эти щели проходили по всей толщине кольца в аксиальном направлении.

Прежде всего преимуществом такого демпфирующего элемента подшипника является то, что он является очень компактным, более конкретно, в аксиальном направлении, естественно, по сравнению с известными «демпферами типа «беличье колесо».

Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что при выполнении некоторых (частей) щелей более узкими они будут обладать характеристиками демпфирования, при этом они будут не связаны - по меньшей мере частично - с упругими характеристиками остальных (частей) щелей.

Другими словами, существуют разные типы (частей) щелей, каждый из которых имеет преимущественно характеристику, отличную от другой, то есть или преимущественно характеристики демпфирования, или преимущественно упругие характеристики.

Это приводит к конструкции, в которой характеристики демпфирования в меньшей степени связаны с упругими характеристиками демпфирующего элемента подшипника, так что может быть обеспечена определенная жесткость без воздействия на демпфирующую способность.

Кроме того, при использовании нескольких щелей они могут быть выполнены более короткими, так что может быть гарантирована возможность их полного заполнения вязкой жидкостью.

Еще одно преимущество состоит в том, что при избежании перекрывания данных демпфирующих частей не создаются никакие концентрические буферные пленочные демпферы, так что каждый созданный таким образом, буферный пленочный демпфер будет иметь максимальную демпфирующую способность.

Предпочтительно по меньшей мере половина щелей имеют одну или более демпфирующих частей, если число щелей является четным, и все щели имеют одну или более демпфирующих частей, если число щелей является нечетным.

Преимущество состоит в том, что конструкция демпфирующего элемента подшипника может быть всегда выполнена симметричной.

Предпочтительно по меньшей мере часть щелей и предпочтительно каждая щель на обоих концах выполнена со сквозным отверстием, проходящим по всей толщине кольца в аксиальном направлении.

Данное отверстие или данная полость, перфорационное отверстие или тому подобное обеспечит уменьшение концентрации напряжений, которые могут возникать на конце щелей во время использования демпфирующего элемента подшипника.

Кроме того, такие отверстия часто также необходимы для обеспечения возможности создания щелей в кольце, при этом сначала сверлят данные отверстия для последующего пропускания проволоки, так что щели могут быть выполнены посредством обработки на электроэрозионном вырезном станке. Отверстия могут быть выполнены способами, отличающимися от сверления, например, посредством электроэрозионной обработки выемок пространственно-сложной формы, лазерной прошивки и т.д.

В соответствии с изобретением по меньшей мере одна щель имеет одну или более упругих частей с минимальной шириной, которая больше ширины демпфирующих частей.

При обеспечении минимальной ширины упругих частей щелей может быть получена структура в кольце, которая будет иметь определенную упругость или функциональную характеристику упругого элемента и которая, другими словами, будет иметь определенную жесткость.

Действительно, щели обладают упругостью до тех пор, пока они не закроются вследствие вибраций, так что щели, которые являются слишком узкими или «тонкими», закрываются слишком быстро под действием вибраций и, следовательно, обладают очень малой упругостью. При гарантировании минимальной ширины упругих частей этого можно избежать.

В используемом на практике варианте осуществления по меньшей мере часть демпфирующих частей одной или более щелей заполнены вязкой жидкостью.

Само собой разумеется, не исключено, что все демпфирующие части всех щелей будут заполнены вязкой жидкостью.

Это обеспечит создание тонкопленочного демпфера в данных щелях. С помощью такого тонкопленочного демпфера относительно сильное демпфирование может быть достигнуто в ограниченном пространстве, что не всегда возможно при других типах демпфирования, например, с помощью резины.

В предпочтительных вариантах осуществления приняты меры для гарантирования того, чтобы общая длина демпфирующих частей могла быть как можно большей.

Это возможно, например, за счет гарантирования того, что упругие части щелей будут по меньшей мере частично перекрываться с демпфирующими частями, или за счет того, что демпфирующие части будут находиться дальше от центра или средней точки кольца, чем упругие части.

Изобретение также относится к подшипнику качения или гидростатическому подшипнику, при этом внутреннее кольцо или наружное кольцо подшипника качения или гидростатического подшипника содержит демпфирующий элемент подшипника согласно изобретению.

Изобретение также относится к элементу компрессора, при этом он содержит по меньшей мере один демпфирующий элемент подшипника согласно изобретению, который установлен на вале ротора элемента компрессора, который выполнен с возможностью сжатия газа.

Изобретение также относится к способу изготовления демпфирующего элемента подшипника согласно изобретению, при этом способ включает следующие этапы:

- образование сквозных отверстий, проходящих по всей толщине кольца в аксиальном направлении, посредством сверления, лазерной прошивки и/или электроэрозионной обработки выемок пространственно-сложной формы;

- образование щелей между отверстиями посредством обработки на электроэрозионном вырезном станке или абразивной резки проволокой.

С целью лучшей демонстрации признаков изобретения несколько предпочтительных вариантов демпфирующего элемента подшипника согласно изобретению, подшипник и элемент компрессора, снабженные таким демпфирующим элементом подшипника, и способ изготовления такого демпфирующего элемента подшипника описаны в дальнейшем в качестве примера, не имеющего никакого ограничивающего характера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:

фиг. 1 схематически показывает подшипник согласно изобретению, установленный в элементе компрессора вокруг вала ротора;

фиг. 2 схематически показывает вид в перспективе демпфирующего элемента подшипника по фиг. 1;

фиг. 3 показывает сечение по линии III–III на фиг. 2;

фиг. 4 показывает вариант конструкции по фиг. 3;

фиг. 5-10 показывают варианты осуществления, альтернативные по отношению к конструкциям по фиг. 3 и 4.

Фиг. 1 схематически показывает часть вала 1 ротора, опертого в элементе 2 компрессора посредством подшипника 3 качения согласно изобретению. Вместо представленного подшипника 3 качения также может применяться гидростатический подшипник.

Элемент 2 компрессора может представлять собой, например, элемент винтового компрессора или элемент турбокомпрессора.

Подшипник 3 качения содержит внутреннее кольцо 4а и наружное кольцо 4b с телами 5 качения, находящимися между данными кольцами, при этом наружное кольцо 4b в данном случае выполнено в виде демпфирующего элемента 6 подшипника согласно изобретению.

Само собой разумеется, также существует возможность того, что внутреннее кольцо 4а подшипника 3 качения будет выполнено в виде демпфирующего элемента 6 подшипника согласно изобретению.

Подшипник 3 с демпфирующим элементом 6 подшипника установлен на вале 1 ротора элемента 2 компрессора, который выполнен с возможностью сжатия газа.

Демпфирующий элемент 6 подшипника схематически показан на фиг. 2 и в сечении на фиг. 3.

Как ясно видно на данных фигурах, демпфирующий элемент 6 подшипника содержит кольцо 7.

Предпочтительно, но необязательно для изобретения, это кольцо 7 выполнено из металла. Материал, из которого может быть изготовлен подшипник 3 качения, пригоден для изготовления демпфирующего элемента 6 подшипника.

В кольце 7 выполнено некоторое число щелей 8.

Согласно изобретению имеются по меньшей мере три щели 8, и в примере по фиг. 2 и 3 имеются восемь щелей 8.

Эти щели 8 выполнены по всей толщине А кольца 7 в аксиальном направлении Х-Х’.

Согласно изобретению щели 8 находятся на расстоянии от цилиндрических внутренней и наружной поверхностей 9а, 9b кольца 7, так что щели не заканчиваются или не начинаются на одной из данных поверхностей 9а, 9b.

Половина этих щелей 8 имеют демпфирующие части 8а, которые обеспечивают определенную демпфирующую способность демпфирующего элемента 6 подшипника, при этом данные демпфирующие части 8а имеют максимальную ширину, составляющую 0,5 миллиметра, например, 0,15 миллиметра в данном случае.

В данном случае четыре из данных щелей 8 имеют ширину 0,15 миллиметра по всей их длине, что означает, что демпфирующая часть 8а образует всю щель 8. Остальные четыре щели 8b являются более широкими.

Само собой разумеется, также существует возможность того, что только часть или несколько частей данных четырех щелей 8 будут иметь максимальную ширину, составляющую 0,5 миллиметра, и что остальная часть или остальные части данных щелей 8 будут более широкими.

Также существует возможность того, что некоторые щели 8 будут иметь максимальную ширину, составляющую 0,5 миллиметра, по всей их длине, ряд других щелей 8 будут иметь максимальную ширину, составляющую 0,5 миллиметра, на части их длины, и остальные щели 8 будут иметь ширину, превышающую 0,5 миллиметра, по всей их длине. Также существует возможность того, что демпфирующие части 8а будут иметь максимальную ширину, составляющую, например, 0,25 миллиметра.

Указанные демпфирующие части 8а щелей, то есть узкие части щелей 8, являются концентрическими и не перекрываются.

«Концентрические» в данном случае означает «концентрические относительно средней точки 10 или центра 10, или оси 10 кольца 7», но это необязательно для изобретения. Демпфирующие части 8а также могут быть концентрическими относительно другой точки.

Таким образом, перед установкой в элементе 2 компрессора демпфирующие части 8а демпфирующего элемента 6 подшипника могут быть выполнены концентрическими, например, относительно точки, которая в некоторой степени смещена относительно геометрически определенной средней точки 10, для гарантирования того, что в состоянии после установки после изгиба под действием веса вала и всего, что прикреплено к нему, демпфирующие части 8а будут концентрическими относительно геометрической средней точки 10 кольца 7.

В этом случае, но необязательно, демпфирующие части 8а окружают ось 10 кольца 7 на более чем 80% и в примере даже на более чем 90%, более конкретно, приблизительно на 95%. Чем больше степень, в которой демпфирующие части 8а окружают ось 10 кольца 7, тем больше демпфирующая способность демпфирующего элемента 6 подшипника. Данная конфигурация позволяет получить демпфирующий элемент 6 подшипника с достаточно высокой демпфирующей способностью при компактной конструкции, что будет способствовать сохранению низких затрат как на сам демпфирующий элемент 6 подшипника, так и на подшипник 3 элемента 1 компрессора, в котором он применяется. Поскольку демпфирующие части 8а не перекрываются, можно избежать указанной проблемы, связанной с несколькими узкими буферными пленочными демпферами, расположенными последовательно.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна щель 8 имеет одну или более упругих частей 8b с минимальной шириной, которая больше ширины демпфирующих частей 8а и составляет в данном случае, например, 0,5 миллиметра.

Упругие части 8b предпочтительно имеют ширину, составляющую по меньшей мере 0,3 миллиметра.

Эти упругие части 8b будут создавать нечто вроде как бы пластинчатых пружин, которые будут определять жесткость демпфирующего элемента 6 подшипника.

Предпочтительно по меньшей мере половина щелей 8 содержат одну или более таких упругих частей 8b или широких частей.

В данном случае половина щелей 8, то есть четыре щели 8, полностью состоят из упругих частей 8b с шириной, превышающей ширину демпфирующих частей 8а и составляющей в данном случае 0,5 миллиметра.

В данном случае также существует возможность того, что щели 8 будут иметь ширину 0,5 миллиметра только на части их длины и, например, будут более узкими на остальной части их длины. Также существует возможность того, что щели 8 будут иметь ширину, составляющую (по меньшей мере) 0,3 миллиметра вместо 0,5 миллиметра на части их длины.

Как показано на фиг. 2 и в сечении на фиг. 3, упругие части 8b, то есть широкие части, перекрываются, по меньшей мере частично, с демпфирующими частями 8а.

«Перекрывающиеся щели» означают то, что линия, которая проходит через среднюю точку 10 или центр 10 кольца 7, будет пересекать рассматриваемые щели 8.

Упругие части 8b предпочтительно перекрываются по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 75% и еще более предпочтительно по меньшей мере на 85% с демпфирующими частями 8а. В показанном примере перекрытие составляет даже более 95%. Преимуществом этого является то, что демпфирующие части 8а могут быть выполнены как можно более длинными.

Из фиг. 2 и 3 также можно установить, что щели 8, проходящие по всей толщине А кольца 7 в аксиальном направлении Х-Х’, имеют центральную симметрию и вращательную симметрию относительно оси 10 или средней точки 10, или центра 10 кольца 7.

Такая конструкция упрощает изготовление демпфирующего элемента 6 подшипника.

Щели 8 выполнены на обоих концах 11 со сквозным отверстием 11, проходящим по всей толщине кольца 7 в аксиальном направлении Х–Х’.

Как уже было указано, эти отверстия 11 имеют функцию уменьшения напряжений для ослабления напряжений, которые создаются на конце 11 щели 8 во время использования демпфирующего элемента 6 подшипника.

Размеры данных отверстий 11 таковы, что цилиндр с диаметром, который более чем в два раза и предпочтительно в три раза превышает ширину щелей 8, проходит через данные отверстия 11. В этом случае диаметр цилиндра, который проходит через отверстия 11, составляет, например, 2 миллиметра.

В данном случае отверстия 11 являются каплевидными или имеют форму слезы. Это необязательно для изобретения, отверстия 11 также могут быть круглыми, но при выполнении отверстий 11 каплевидными или имеющими форму слезы концентрация напряжений в них может быть уменьшена.

Согласно предпочтительному признаку изобретения по меньшей мере часть демпфирующих частей 8а одной или более щелей 8 заполнена вязкой жидкостью, например, такой как синтетическое масло или тому подобное.

Следовательно, будет создаваться тонкопленочный демпфер, что обеспечит то, что демпфирующий элемент 6 подшипника и, в частности, демпфирующие части 8а щелей будут обладать демпфирующей способностью.

Для этого кольцо 7 выполнено с каналом 12 для ввода жидкости, по которому указанная вязкая жидкость может быть подана к одной или более демпфирующим частям 8а одной или более щелей 8.

В данном случае кольцо 7 выполнено с восемью подобными каналами 12 для ввода жидкости, но это необязательно для изобретения.

Каналы 12 для ввода жидкости имеют вид радиальных перфорационных отверстий на цилиндрической наружной поверхности 9b, которые продолжаются до щелей 8. Перфорационные отверстия не продолжаются до цилиндрической внутренней поверхности 9а.

Жидкость может быть подана по этим каналам 12 для ввода жидкости ко всем демпфирующим частям 8а щелей 8, так что данные части могут быть заполнены жидкостью. В данном случае имеются два таких канала 12 для ввода жидкости на каждую щель 8, состоящую из демпфирующих частей 8а, но это необязательно для изобретения. Преимущество состоит в том, что существует возможность гарантирования заполнения всей щели 8 жидкостью.

Поскольку имеются несколько щелей 8, щели 8 являются менее длинными, и можно гарантировать то, что каждая щель 8 будет полностью заполнена вязкой жидкостью.

Кольцо 7 также выполнено с кольцеобразной канавкой 13 на цилиндрической наружной поверхности 9b кольца 7 для направления указанной вязкой жидкости посредством канала 14 для подачи жидкости, который выполнен, например, в элементе 1 компрессора, к каналам 12 для ввода жидкости и, следовательно, к рассматриваемым демпфирующим частям 8а щелей 8.

Не исключено то, что перфорационные отверстия будут расположены на цилиндрической внутренней поверхности 9а, при этом кольцеобразная канавка 13 будет выполнена на цилиндрической внутренней поверхности 9а.

Для избежания быстрого вытекания вязкой жидкости из щелей 8 демпфирующий элемент 6 подшипника выполнен с одним или более уплотнениями, которые расположены рядом с открытыми концами щелей 8. Эти уплотнения не показаны на фигурах.

Функционирование демпфирующего элемента 6 подшипника является очень простым и осуществляется следующим образом.

Во время эксплуатации элемента 2 компрессора будут возникать вибрации в результате работы вращающихся роторов.

Эти вибрации будут по меньшей мере частично гаситься посредством демпфирующих частей 8а щелей 8, которые заполнены маслом, в результате функционирования тонкопленочного демпфера.

Если бы стало очевидным, что невозможно достаточное гашение вибраций, упругие части 8b щелей 8, функционирующие подобно пластинчатым пружинам, будут воспринимать вибрации и позволят избежать ситуации, при которой они могут продолжаться в машине 1 и вызывать повреждения вследствие этого.

Несмотря на то, что в вышеупомянутом примере демпфирующие части 8а щелей 8 имеют ширину, составляющую 0,15 миллиметра, не исключено, что демпфирующие части 8а щелей 8 будут иметь другую ширину. Ширина демпфирующих частей 8а и толщина кольца 7 в аксиальном направлении могут быть определены посредством расчетной модели для осуществления определенного заданного демпфирования. В данном случае толщина кольца 7 в аксиальном направлении составляет, например, 32 миллиметра. Внутренний диаметр кольца 7 составляет 55 миллиметров, и наружный диаметр кольца 7 составляет 100 миллиметров. В данном случае демпфирующий элемент 6 подшипника используется для гашения механических колебаний однорядного цилиндрического подшипника качения типа NU211, который установлен внутри.

Преимущество заключается в том, что меньше вязкой жидкости может вытекать из демпфирующих частей 8а, демпфирующая способность может быть лучше гарантирована, так что потребуется подача меньшего количества вязкой жидкости.

Несмотря на то, что в вышеупомянутом примере упругие части 8b щелей 8 имеют ширину 0,5 миллиметра, не исключено то, что упругие части 8b будут иметь другую ширину и предпочтительно ширину, которая по меньшей мере в два раза и еще более предпочтительно по меньшей мере в три раза превышает ширину демпфирующих частей 8а.

Преимущество заключается в том, что могут быть обеспечены лучшие упругие характеристики. Действительно, упругая часть 8b щели 8 должна обладать способностью только восприятия вибраций, пока щель 8 не окажется «закрытой», что означает, что более широкая щель 8 будет способна воспринимать больше вибраций.

Способ согласно изобретению, предназначенный для изготовления демпфирующего элемента 6 подшипника, показанного на фиг. 2 и 3, включает следующие этапы:

- образование сквозных отверстий 11, проходящих по всей толщине А кольца 7 в аксиальном направлении X-X’, посредством сверления, лазерной прошивки и/или электроэрозионной обработки выемок пространственно-сложной формы;

- образование щелей 8 между отверстиями 11 посредством обработки на электроэрозионном вырезном станке или абразивной резки проволокой.

Для образования щелей 8 проволока станка будет направляться через отверстия 11, выполненные на первом этапе.

Для образования каждой щели 8 проволоку станка нужно будет натягивать или устанавливать снова. Следовательно, по конструктивно-техническим соображениям предпочтительно изготавливать демпфирующий элемент 6 подшипника с как можно меньшим числом щелей 8, поскольку это обеспечит резкое сокращение времени изготовления.

Фиг. 4 показывает вариант конструкции по фиг. 3, при этом различие состоит в форме каналов 12 для ввода жидкости. Перфорационные отверстия сужаются в месте, в котором они пересекают щели 8. В остальном данный вариант осуществления идентичен варианту осуществления по фиг. 3.

Фиг. 5 показывает еще один вариант, при этом в данном случае широкие щели 8b имеют адаптированную форму и в данном случае выполнены с S-образной частью 15. Данная форма оптимизирована для постепенного восприятия напряжения. Это возможно, поскольку щели 8b не имеют функции демпфирования, так что их форма может быть адаптирована без отрицательного воздействия на функцию демпфирования, выполняемую демпфирующим элементом 6 подшипника.

Несмотря на то, что в данном варианте осуществления каналы 12 для ввода жидкости не начерчены, само собой разумеется, существует возможность их наличия, например, в виде каналов для ввода жидкости по фиг. 3 или 4.

Фиг. 6 показывает еще один вариант осуществления конструкции по фиг. 3, при этом различие состоит в форме отверстий 11 на конце 11 щелей 8: в данном случае они являются круглыми вместо каплевидных или имеющих форму слезы.

Кроме того, концы 11 щелей 8 загнуты по направлению к цилиндрической внутренней или наружной поверхности 9а, 9b кольца 7, чтобы они не влияли на эффект демпфирования.

Вариант по фиг. 7 относится к демпфирующему элементу 6 подшипника с только четырьмя щелями 8, при этом каждая щель 8 выполнена с тремя отверстиями 11, 11а: одним отверстием на каждом конце 11 и одним отверстием 11а в середине щели 8.

Каждая щель 8 имеет как широкую упругую часть 8b, так и узкую демпфирующую часть 8а, при этом отверстие 11а в середине щели 8 «обозначает» место разделения или перехода.

Также можно не выполнять отверстие 11а в середине щелей 8. Также существует возможность того, что все отверстия 11, 11а не будут выполнены. Если щели 8 выполняют посредством обработки на электроэрозионном вырезном станке, очевидно, что по меньшей мере одно отверстие 11 должно быть выполнено для каждой щели 8 для обеспечения возможности натягивания проволоки.

При объединении упругих частей 8b с демпфирующими частями 8а в одной щели 8 может быть создан демпфирующий элемент 6 подшипника с меньшим числом щелей 8, чем в предыдущих вариантах осуществления.

Поскольку имеется меньше щелей 8, изготовление демпфирующего элемента 6 подшипника посредством обработки на электроэрозионном вырезном станке или абразивной резки проволокой будет занимать меньше времени, поскольку проволоку будет необходимо натягивать или устанавливать снова менее часто.

Кроме того, эта комбинация означает, что длина одной демпфирующей части 8а будет не больше, чем в предыдущих вариантах осуществления, так что по-прежнему можно будет гарантировать то, что вся демпфирующая часть 8а будет заполнена маслом.

На фиг. 7 демпфирующие части 8а расположены с внутренней стороны, то есть ближе к центру 10, и упругие части 8b расположены с наружной стороны, но также возможно их расположение наоборот. Если демпфирующие части 8а расположены с наружной стороны, возможна несколько общая демпфирующая способность.

Фиг. 8 представляет собой вариант конструкции по фиг. 7, при этом в данном случае отверстия 44 на концах щелей, как и в предыдущих вариантах, являются каплевидными или имеют форму слезы. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что вариант согласно фиг. 8 может быть выполнен более компактным, чем вариант осуществления согласно фиг. 7.

В вариантах по фиг. 7 и 8 демпфирующие части 8а находятся дальше от центра 10 или средней точки 10 кольца 7, чем упругие части 8b, в результате чего длина данных демпфирующих частей 8а увеличивается.

Очевидно, что не исключено то, что варианты по фиг. 7 и 8 будут иметь более четырех щелей 8, например, шесть щелей 8 или даже больше.

Фиг. 9 показывает еще один вариант.

Несмотря на то, что конструкция щелей 8 данного демпфирующего элемента 6 подшипника является менее компактной, в данном случае действительно возможно полное устранение связи между характеристиками демпфирования и упругими характеристиками.

Имеются шесть щелей 8, при этом каждая щель 8 имеет криволинейную или изогнутую упругую часть 8b, демпфирующую часть 8а в виде кругового сегмента и криволинейную или изогнутую упругую часть 8b, расположенные последовательно. Концы 11 щелей 8 выполнены с отверстиями 11. В отличие от фиг. 10, в данном варианте не выполнены никакие отверстия 11а.

Упругие части 8b щелей 8, следующих друг за другом, как будто «вложены» друг в друга.

Криволинейные или изогнутые упругие части 8b выполнены так, чтобы обеспечить максимальное уменьшение возникающего напряжения.

Как показано на фиг. 9, демпфирующие части 8а расположены ближе к центру 10 или средней точке 10 кольца 7, чем упругие части.

Фиг. 10 показывает очень похожую конструкцию, при этом демпфирующие части 8а расположены немного дальше от центра 10 или средней точки 10 кольца 7. Кроме того, каждая щель 8 выполнена с четырьмя отверстиями 11, 11а: двумя отверстиями 11 на концах щели 7 и отверстием 11а в каждом месте перехода между упругой частью 8b и демпфирующей частью 8а.

Также существует возможность того, что никакие отверстия 11, 11а не будут выполнены, при этом аналогичным образом существует возможность того, что вариант осуществления по фиг. 9 будет выполнен с отверстиями 11 на концах щели 8 и отверстием 11а в каждом месте перехода между упругой частью 8b и демпфирующей частью 8а.

Несмотря на то, что конструкция по фиг. 9 и 10 является менее компактной, чем конструкция по фиг. 3-8, преимущество данных двух вариантов осуществления состоит в том, что полностью устранена связь между упругими характеристиками и характеристиками демпфирования, что означает, что соответствующие упругие части 8b могут быть спроектированы для обеспечения определенной жесткости, и независимо от этого демпфирующие части 8а могут быть спроектированы для обеспечения заданной демпфирующей способности.

Во всех предшествующих вариантах осуществления, но необязательно для изобретения, расстояние между демпфирующими частями 8а и цилиндрической поверхностью 9а, 9b кольца 7, расположенной ближе всего к демпфирующим частям 8а, составляет более 15% и предпочтительно более 20% от радиуса данной цилиндрической поверхности 9а, 9b.

Преимуществом этого является то, что щели 8 не расположены слишком близко к данным цилиндрическим поверхностям 9а, 9b.

В вариантах осуществления по фиг. 3-8 возможна разъемная конструкция.

Это означает, что демпфирующий элемент 6 подшипника состоит из двух частей с разделяющей плоскостью 16, которая не пересекает/не перерезает демпфирующую часть 8а, поскольку демпфирующие части 8а щелей 8 не должны перерезаться, так как в противном случае сводятся на нет характеристики демпфирования.

Такая разделяющая плоскость 16 была показана на фиг. 3-8. Очевидно, что благодаря симметрии для каждого варианта осуществления возможны несколько разделяющих плоскостей.

Преимущество такой разъемной конструкции состоит в том, что монтаж или установка демпфирующего элемента 6 подшипника может быть выполнен(-а) при отсутствии необходимости в разборке всего элемента 2 компрессора, поскольку обе части демпфирующего элемента 6 подшипника могут быть размещены вокруг вала 1 ротора вместо необходимости надвигания демпфирующего элемента 6 подшипника на конец вала 1 ротора.

Настоящее изобретение никоим образом не ограничено вариантами осуществления, описанными в качестве примера и показанными на чертежах, но демпфирующий элемент подшипника согласно изобретению, подшипник и элемент компрессора, снабженные таким демпфирующим элементом подшипника, и способ изготовления такого демпфирующего элемента подшипника могут быть осуществлены при всех видах форм, размерах и вариантах без отхода от объема изобретения.

Изобретение относится к демпфирующему элементу подшипника. В частности, изобретение предназначено для применения во вращающихся машинах, например, таких как турбомашины или винтовые компрессоры, в которых вал ротора установлен с возможностью вращения в корпусе машины посредством некоторого числа подшипников. Демпфирующий элемент подшипника содержит кольцо (7), установленное между вращающимся объектом и опорным объектом, который обеспечивает опору для кольца (7). Кольцо (7) содержит по меньшей мере три щели (8), проходящие по всей толщине (А) кольца (7) в аксиальном направлении (Х-Х') и на расстоянии от цилиндрических внутренней и наружной поверхностей (9а, 9b) кольца (7). По меньшей мере половина щелей (8) имеют одну или более демпфирующих частей (8а) с максимальной шириной 0,5 миллиметра. Демпфирующие части (8а) являются концентрическими и не перекрываются. По меньшей мере одна щель (8) имеет одну или более упругих частей (8b) с минимальной шириной, которая больше ширины демпфирующих частей (8а). Технический результат: создание демпфирующего элемента подшипника, обладающего как демпфирующими, так и пружинными свойствами, которые по меньшей мере частично не связаны, чтобы жесткость и демпфирующая способность могли выбираться независимо друг от друга в зависимости от конкретной ситуации, потребности и т.д. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Демпфирующий элемент подшипника, содержащий кольцо (7), установленное между вращающимся объектом и опорным объектом, который обеспечивает опору для кольца (7), при этом кольцо (7) содержит по меньшей мере три щели (8), проходящие по всей толщине (А) кольца (7) в аксиальном направлении (Х-Х') и на расстоянии от цилиндрических внутренней и наружной поверхностей (9а, 9b) кольца (7), отличающийся тем, что по меньшей мере половина щелей (8) имеют одну или более демпфирующих частей (8а) с максимальной шириной 0,5 миллиметра, при этом демпфирующие части (8а) являются концентрическими и не перекрываются, и тем, что по меньшей мере одна щель (8) имеет одну или более упругих частей (8b) с минимальной шириной, которая больше ширины демпфирующих частей (8а).

2. Демпфирующий элемент подшипника по п. 1, отличающийся тем, что указанное кольцо (7) содержит по меньшей мере четыре щели (8), а более предпочтительно по меньшей мере шесть щелей (8), проходящих по всей толщине (А) кольца (7) в аксиальном направлении (Х-Х').

3. Демпфирующий элемент подшипника по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере часть щелей (8) и предпочтительно каждая щель (8) на обоих концах выполнена со сквозным отверстием (11), проходящим по всей толщине (А) кольца (7) в аксиальном направлении (Х-Х').

4. Демпфирующий элемент подшипника по п. 3, отличающийся тем, что цилиндр с диаметром, который более чем в два раза и предпочтительно в три раза превышает ширину щели (8), проходит через указанные отверстия (11) на концах щели (8).

5. Демпфирующий элемент подшипника по п. 3 или 4, отличающийся тем, что указанные отверстия (11) являются каплевидными или имеют форму слезы.

6. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что демпфирующие части (8а) окружают ось (10) кольца (7) более чем на 80% и предпочтительно более чем на 90%.

7. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере половина щелей (8) имеет одну или более упругих частей (8b).

8. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упругие части (8b) имеют ширину, которая по меньшей мере в два раза и предпочтительно даже по меньшей мере в три раза превышает ширину демпфирующих частей (8а).

9. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упругие части (8b) щелей (8) по меньшей мере частично перекрываются с демпфирующими частями (8а).

10. Демпфирующий элемент подшипника по п. 9, отличающийся тем, что упругие части (8b) по меньшей мере на 50%, предпочтительно даже по меньшей мере на 75% и более предпочтительно по меньшей мере на 85% перекрываются с демпфирующими частями (8а).

11. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что демпфирующие части (8а) расположены дальше от центра (10) или средней точки (10) кольца (7), чем упругие части (8b).

12. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что расстояние между демпфирующими частями (8а) и цилиндрической поверхностью (9а, 9b) кольца (7), расположенной ближе всего к демпфирующим частям (8а), составляет более 15%, предпочтительно более 20% от радиуса данной цилиндрической поверхности (9а, 9b).

13. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что демпфирующие части (8а) щелей (8) имеют ширину, составляющую максимум 0,20 миллиметра и предпочтительно 0,15 миллиметра.

14. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что щели (8), проходящие по всей толщине (А) кольца (7) в аксиальном направлении (Х-Х'), имеют центральную симметрию и/или вращательную симметрию относительно оси (10), или средней точки (10), или центра (10) кольца (7).

15. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере часть демпфирующих частей (8а) одной или более щелей (8) заполнены вязкой жидкостью.

16. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кольцо (7) выполнено с каналом (12) для ввода жидкости, по которому вязкая жидкость может быть подана к одной или более демпфирующим частям (8а) одной или более щелей (8).

17. Демпфирующий элемент подшипника по п. 16, отличающийся тем, что кольцо (7) выполнено с кольцеобразной канавкой (13) на одной из цилиндрических поверхностей (9а, 9b) кольца (7) для направления вязкой жидкости посредством одного или более каналов (12) для ввода жидкости к одной или более демпфирующим частям (8а) одной или более щелей (8).

18. Демпфирующий элемент подшипника по любому из пп. 15-17, отличающийся тем, что кольцо (7) содержит уплотнительный элемент, который расположен рядом с открытым концом (11) щели (8) для избежания вытекания вязкой жидкости из щели (8).

19. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он имеет разъемную конструкцию с разделяющей плоскостью (16), которая не пересекает демпфирующую часть (8а).

20. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанное кольцо (7) выполнено из металла.

21. Демпфирующий элемент подшипника по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в случае, если число щелей (8) является четным, по меньшей мере половина щелей (8) имеют одну или более демпфирующих частей (8а) и, если число щелей (8) является нечетным, все щели (8) имеют одну или более демпфирующих частей (8а).

22. Подшипник качения или гидростатический подшипник, отличающийся тем, что внутреннее кольцо (4а) или наружное кольцо (4b) подшипника (3) качения или гидростатического подшипника содержит демпфирующий элемент (6) подшипника по любому из предшествующих пунктов.

23. Элемент компрессора, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один демпфирующий элемент (6) подшипника по любому из пп. 1-21, который установлен на вале (1) ротора элемента (2) компрессора, который выполнен с возможностью сжатия газа.

24. Элемент компрессора по п. 23, отличающийся тем, что элемент (2) компрессора относится к элементу (2) винтового компрессора или элементу (2) турбокомпрессора.

25. Способ изготовления демпфирующего элемента подшипника по любому из пп. 1-21, отличающийся тем, что способ включает следующие этапы:

образование сквозных отверстий (11), проходящих по всей толщине (А) кольца (7) в аксиальном направлении, посредством сверления, лазерной прошивки и/или электроэрозионной обработки выемок пространственно-сложной формы;

образование щелей (8) между отверстиями (11) посредством обработки на электроэрозионном вырезном станке или абразивной резки проволокой.