Опора высокооборотного вала Советский патент 1992 года по МПК F16C17/03 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к газодинамическим опорам высокооборотных турбин и компрессоров.

Цель изобретения - повышение несущей способности и надежности опоры высокооборотного вала.

На фиг. 1 показана опора и варианты исполнения лопаток, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрезы Д-Д и Г-Г на фиг. 1, варианты исполнения пазов во вкладышах опоры; на фиг. 4 - типичные характеристики вихревой и центробежной компрессорных ступеней и схема двухпоточной вихревой ступени.

Опора содержит корпус 1, вал 2 и шар- нирно установленные в корпусе сегментные вкладыши 3, образующие относительно вала радиальный зазор д. На опорной части вала (фиг. 1) имеется лопаточный венец 4, а на поверхности каждого вкладыша, обращенной к валу, выполнен глухой паз 5, охватывающий венец лопаток. При этом ширина

пазов равна ширине лопаточного венца, а глубина глухих пазов в окружном направлении не менее чем в 2 раза превышает шаг лопаток.

На фиг. 1 показан паз с полукруглым сечением, элемент проточной части вихревой ступени паз с полукруглым сечением обеспечивает пониженный уровень гидравлических потерь, сопутствующих вихревому движению газа, более высокую напорность.

Длина перемычки 6, отделяющей паз от полости между смежными вкладышами, должна составлять, по меньшей мере 2-3t, где t - шаг лопаток в окружном направлении. При этом предотвращается переброс сжатого газа и, следовательно, достигается относительно высокое давление перед перемычкой. В каждом из вкладышей может быть выполнено по два глухих паза (см. фиг.З), симметрично расположенных относительно середины вкладыша и отстоящих от его торцов на расстояние, которое равно или больше длины перемычки 6. Симметричное

сл

с

VI

CJ

со VI

со

расположение пазов предпочтительнее, поскольку позволяет обеспечить равномерное по длине цапфы распределение давления. Некоторое повышение напорности многопоточной ступени достигается и в том случае, если сечение паза монотонно убывает по направлению вращения вала. Причем ширина паза остается неизменной, равной ширине лопаточного венца, а уменьшение его сечения происходит за счет сокращения глубины от Si до S2 (см. фиг. 3).

Варианты исполнения лопаток показаны на фиг. 1. Высокой напорностью отличаются лопатки, имеющие углы а О, /3 и j 90°.

На фиг. 4 показана схема вихревой двухпотОчной ступени, имеющей пару диаметрально расположенных отсекателей, два всасывающих и два нагнетательных окна. Напорная характеристика 1р - Ф(#) такой ступени изображена в сравнении с характеристикой центробежной ступени.

При вращении вала лопатки 4 увлекают газ из полостей между вкладышами 2 в пазы 5, формируя спиралевидный поток. Лопатки многократно передают энергию потоку, в результате чего давление газа в направлении вращения вала непрерывно возрастает и достигает максимального значения перед перемычкой 6. Через радиальный зазор газ повышенного давления вытекает в осевом и окружном направлениях, а силы давления, развивающиеся в газовом слое, удаляют вал от вкладыша, препятствуя их касанию. Рабочий процесс в вихревой компрессорной ступени характеризуется многократным взаимодействием потока газа с лопатками. Частицы газа, перемещающиеся по винтовой линии, то входят в межлопаточные каналы, то движутся в пазах. При этом вихревой процесс передачи энергии возникает в том случае, если имеет место хотя бы двухкратный вход частиц газа на лопатки, иначе сту0

5

0

5

0

5

0

пень будет работать как центробежная. Минимальной необходимой глубиной паза в окружном направлении является двойной шаг лопаток. При меньшей глубине частицы не успеют завершить вход на лопатки, выход из межлопаточного канала и повторный вход, так как абсолютная скорость их перемещения в пазу ниже абсолютной скорости при перемещении в межлопаточных каналах.

Изобретение обеспечивает повышение несущей способности опоры и ее надежности за счет повышенного уровня давления газа в зазорах между вкладышами и валом.

Формула изобретения

1.Опора высокооборотного вала, содержащая вал, корпус, установленные в корпусе с радиальным зазором относительно вала сегментные вкладыши, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее надежности и несущей способности, на опорной части вала выполнен по меньшей мере один венец из лопаток, а на обращенной к валу поверхности каждого вкладыша, охватывающей венец, глухой паз с шириной, равной ширине венца, причем глубина глухих пазов в окружном направлении не менее чем в два раза превышает шаг лопаток.

2.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что пазы выполнены с полукруглым сечением.

3.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что пазы выполнены с уменьшающим - ся в сторону вращения вала сечением.

4.Опора по пп. 1-3, отличающаяся тем, что лопатки выполнены с наклоном в сторону вращения вала.

5.Опора по пп. 1-4, отличающаяся тем, что лопатки выполнены с наклоном относительно оси вращения вала.

Jk

R

x

r1

фиг. I

А- А

Использование: машиностроение, газодинамические опоры высокооборотных турбокомпрессоров. Сущность изобретения: на валу выполнен по меньшей мере один венец лопаток. На рабочей поверхности вкладышей выполнен глухой паз с шириной, равной ширине венца и глубиной в окружном направлении, не менее чем в два раза превышающей шаг лопаток. Лопатки могут быть наклонными. Глухой паз может быть выполнен с полукруглым, с постоянным или уменьшающимся в сторону вращения вала сечением. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Д-Л

й|

SJ

8

Г

фие.2

Г-Г

S,

Ш

фие.З

дмребая Цен/прилежная