RU100157U1

RU100157U1 - AXIAL GASOSTATIC BEARING

Info

Publication number: RU100157U1
Application number: RU2010138683/11U
Authority: RU
Inventors: Альберт Мингаязович Ахметзянов; Яхия Зиннатович Гузельбаев; Валерий Адельзянович Залялов; Валерий Архипович Максимов; Ибрагим Габдулхакович Хисамеев
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2010-12-10

Abstract

1. Осевой газостатический подшипник, содержащий корпус в виде кольцевой обоймы, соединенный и уплотненный с упорным кольцом, сопрягающимся с опорной поверхностью упорного гребня ротора, в средней части обоймы со стороны стыка с упорным кольцом выполнена кольцевая камера, сообщающаяся с отверстием в обойме для подачи рабочего газа, а на опорной поверхности упорного кольца со стороны упорного гребня ротора выполнены канавки, соединенные с кольцевой камерой питательными каналами, отличающийся тем, что канавки на опорной поверхности упорного кольца пересекаются друг с другом с образованием сетки, каждая из канавок наклонена под острым углом относительно радиального направления. ! 2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что все канавки соединены со сбеговыми кольцевыми канавками, выполненными соответственно вдоль наружного и внутреннего краев опорной поверхности упорного кольца. ! 3. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что питательные каналы, подводящие рабочий газ к канавкам, расположены в средней части упорного кольца. 1. An axial gas-static bearing, comprising a housing in the form of an annular cage, connected and sealed with a thrust ring mating with the supporting surface of the thrust rotor ridge, in the middle part of the cage from the interface with the thrust ring, an annular chamber communicating with an opening in the cage for supplying a working gas, and on the supporting surface of the thrust ring from the side of the thrust rotor ridge, grooves are made connected to the annular chamber by feeding channels, characterized in that the grooves on the supporting surface are stubbornly th rings intersect each other with the formation of a mesh, each of the grooves is inclined at an acute angle relative to the radial direction. ! 2. The bearing according to claim 1, characterized in that all the grooves are connected to the annular grooves made respectively along the outer and inner edges of the abutment surface of the thrust ring. ! 3. The bearing according to claim 1, characterized in that the feed channels supplying the working gas to the grooves are located in the middle part of the thrust ring.

Description

Полезная модель относится к общему машиностроению и может быть использована при конструировании упорных подшипников турбомашин и корпусов сжатия.The utility model relates to general engineering and can be used in the design of thrust bearings of turbomachines and compression housings.

Известно, что одним из перспективных направлений в создании подшипников для турбомашин являются устройства с применением газовой смазки, см., например, книгу В.А.Максимов. Газовая смазка:перспективы применения в турбомашиностроении. Казань: ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа», г.Казань, 2002 г.УДК62-135/-136-233.2-72. В книге достаточно широко освещены вопросы использования газовой смазки в различных областях машиностроения на работающих машинах, приведены сведения по основным типам и конструкциям газовых опор, приведены результаты экспериментальных исследований газовых подшипников применительно к центробежным компрессорам.It is known that one of the promising directions in the creation of bearings for turbomachines is gas lubricated devices, see, for example, the book by V.A. Maksimov. Gas lubrication: prospects for application in turbomachinery. Kazan: NIIturbokompressor im. VB Shneppa ”, Kazan, 2002, UDK62-135 / -136-233.2-72. The book covers quite widely the issues of using gas lubricant in various areas of mechanical engineering on running machines, provides information on the main types and designs of gas supports, and provides the results of experimental studies of gas bearings in relation to centrifugal compressors.

Есть достаточно подробные указания для конструирования подшипников, в частности указывается о необходимости наличия питательных отверстий, через которые сжатый рабочий газ поступает в зазор между ротором и опорой. Раскрыт механизм работы газовых опор и приведены конструктивные схемы газостатических опор, показаны основные конструкции осевых газостатических подшипников.There are sufficiently detailed instructions for the design of bearings, in particular, the need for feed holes is indicated through which the compressed working gas enters the gap between the rotor and the support. The mechanism of operation of gas bearings is disclosed and structural diagrams of gas-static bearings are shown, the basic designs of axial gas-static bearings are shown.

Наиболее близким аналогом является осевой газостатический подшипник, содержащий корпус в виде обоймы, соединенный и уплотненный с упорным кольцом, сопрягающимся с опорной поверхностью упорного гребня ротора, в средней части обоймы со стороны стыка с упорным кольцом выполнена кольцевая камера, сообщающаяся с отверстием в обойме для подачи рабочего газа. Рабочий газ через питательные каналы, выполненные в упорном кольце подается в зазор между упорным гребнем и упорным кольцом (см. вышеупомянутую книгу В.А.Максимов «газовая смазка: перспективы применения в турбомашиностроении», рис.3.7 «ж» на стр.91).The closest analogue is an axial gas-static bearing, comprising a housing in the form of a cage, connected and sealed with a thrust ring mating with the supporting surface of the thrust rotor ridge, in the middle part of the cage from the side of the junction with the thrust ring, an annular chamber communicating with an opening in the cage for feeding working gas. The working gas through the feed channels made in the thrust ring is fed into the gap between the thrust ridge and the thrust ring (see the aforementioned book by V. A. Maksimov “gas lubrication: prospects of application in turbomachinery”, Fig. 3.7 “g” on page 91) .

В упомянутой книге указано также, что все типы опор могут иметь на рабочих поверхностях различные дополнительные геометрические элементы, способствующие улучшению их характеристик (несущей способности, устойчивости), например, расточки, канавки, карманы, фигурные пазы и камеры, однако конкретных указаний их расположения и конструкции не приводится. Газостатические подшипники работают по принципу принудительного поступления газа в зазор между двумя поверхностями - опорой и вращающимся ротором, при этом поверхности оказываются разделенными упругим газовым слоем, внутри которого образуется избыточное давление, при этом возникает подъемная сила, удерживающая ротор в осевом направлении и исключается контакт с упорным гребнем.The mentioned book also indicates that all types of supports can have various additional geometric elements on their working surfaces that improve their characteristics (bearing capacity, stability), for example, bores, grooves, pockets, curly grooves and chambers, however, specific indications of their location and design is not given. Gas-static bearings operate on the principle of forced gas entry into the gap between two surfaces - a support and a rotating rotor, while the surfaces are separated by an elastic gas layer, inside which excess pressure is generated, and a lifting force arises which holds the rotor in the axial direction and excludes contact with the thrust comb.

Чтобы обеспечить газовую смазку, необходимо подавать рабочий газ в зазор между движущимися поверхностями путем дросселирования через отверстия или щели. В известном устройстве подача газа осуществляется посредством питательных каналов, где происходит частичное преобразование его энергии из потенциальной в кинетическую. Рабочий газ на выходе из канала встречает препятствие в виде поверхности упорного гребня и резко меняет направление своего движения на 90°, отдавая при этом ему часть своей энергии в виде импульса давления упорному гребню, создавая осевую силу.To provide gas lubrication, it is necessary to supply the working gas to the gap between moving surfaces by throttling through holes or slots. In the known device, the gas is supplied through the feed channels, where there is a partial conversion of its energy from potential to kinetic. The working gas at the outlet of the channel encounters an obstacle in the form of the surface of the thrust ridge and abruptly changes its direction of motion by 90 °, while giving it part of its energy in the form of a pressure pulse to the thrust ridge, creating axial force.

Недостатком данного устройства является: отсутствие возможности самоустановки подшипника при перекосах упорного гребня; достаточно быстрое засорение питательных каналов из-за сравнительно малой ее ширины; наличие сравнительно узкой зоны повышенного давления на выходе из питательных каналов, что вызывает необходимость предусматривать большое количество щелей для обеспечения требуемой подъемной силы, способной удерживать вал ротора в подвешенном состоянии.The disadvantage of this device is: the lack of self-alignment of the bearing during distortions of the thrust ridge; rather fast clogging of nutrient channels due to its relatively small width; the presence of a relatively narrow zone of high pressure at the outlet of the feed channels, which necessitates the provision of a large number of slots to provide the required lifting force, capable of holding the rotor shaft in suspension.

Техническим результатом полезной модели является устранение перечисленных недостатков и, как следствие, увеличение срока службы подшипника.The technical result of the utility model is to eliminate the above disadvantages and, as a result, increase the bearing life.

Технический результат достигается благодаря тому, что осевой газостатический подшипник содержит корпус в виде кольцевой обоймы, соединенный и уплотненный с упорным кольцом, сопрягающимся с опорной поверхностью упорного гребня ротора, в средней части обоймы со стороны стыка с упорным кольцом выполнена кольцевая камера, сообщающаяся с отверстием в обойме для подачи рабочего газа, а на опорной поверхности упорного кольца со стороны упорного гребня выполнены канавки, соединенные с кольцевой камерой питательными каналами, при этом канавки на опорной поверхности упорного кольца пересекаются друг с другом с образованием сетки, каждая из канавок наклонена под острым углом относительно радиального направления.The technical result is achieved due to the fact that the axial gas-static bearing contains a housing in the form of an annular cage, connected and sealed with a thrust ring mating with the supporting surface of the thrust rotor ridge, in the middle part of the cage from the side of the junction with the thrust ring, an annular chamber communicating with the hole in a holder for supplying working gas, and on the supporting surface of the thrust ring from the side of the thrust ridge grooves are made, connected to the annular chamber by feeding channels, while the grooves on the supporting surface of the thrust ring intersect each other with the formation of a mesh, each of the grooves is inclined at an acute angle relative to the radial direction.

Кроме того, все канавки могут быть соединены со сбеговыми кольцевыми канавками, выполненными соответственно вдоль наружного и внутреннего краев его опорной поверхности.In addition, all the grooves can be connected to the annular grooves made respectively along the outer and inner edges of its supporting surface.

Кроме того, питательные каналы, подводящие рабочий газ к канавкам, могут быть расположены в средней части опоры.In addition, the feed channels leading the working gas to the grooves can be located in the middle of the support.

Полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3.The utility model is illustrated by the drawings shown in figures 1-3.

На фиг.1 показан предлагаемый газостатический подшипник, продольный разрез;Figure 1 shows the proposed gas-static bearing, a longitudinal section;

На фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1;Figure 2 is the same, a section aa in figure 1;

На фиг.3 показан участок опорной поверхности упорного кольца с пересекающимися канавками, вынос Б на фиг.2.Figure 3 shows a portion of the supporting surface of the thrust ring with intersecting grooves, the extension B in figure 2.

Осевой газостатический подшипник содержит корпус 1 в виде кольцевой обоймы, соединенный и уплотненный с упорным кольцом 2, сопрягающимся с опорной поверхностью упорного гребня ротора 3. В средней части корпуса 1 со стороны стыка с упорным кольцом 2 выполнена кольцевая камера 4, сообщающаяся с отверстием 5, выполненном в корпусе 1, служащем для подачи рабочего газа (фиг.1).The axial gas-static bearing comprises a housing 1 in the form of an annular cage connected and sealed with a thrust ring 2 mating with the supporting surface of the thrust rotor 3 ridge. In the middle part of the housing 1, an annular chamber 4 communicating with the hole 5 is made in the middle of the housing 1, which communicates with the hole 5, made in the housing 1, which serves to supply the working gas (figure 1).

На опорной поверхности упорного кольца 2 со стороны упорного гребня ротора 3 выполнены канавки 6 и 7, соединенные с кольцевой камерой 4 посредством питательных каналов 8. Канавки 6 и 7 на опорной поверхности упорного кольца 2 пересекаются между собой с образованием сетки (фиг.3). Каждая канавка 6 и 7 наклонена под острым углом а относительного радиального направления, при этом все канавки соединены со сбеговыми кольцевыми канавками 9 и 10, выполненными соответственно вдоль наружного и внутреннего краев опорной поверхности упорного кольца 2. Питательные каналы 8, подводящие рабочий газ к канавкам 6 и 7, расположены в средней части упорного кольца 2.On the supporting surface of the thrust ring 2 from the side of the thrust ridge of the rotor 3, grooves 6 and 7 are made, connected to the annular chamber 4 by means of the feed channels 8. The grooves 6 and 7 on the supporting surface of the thrust ring 2 intersect with each other to form a grid (Fig. 3). Each groove 6 and 7 is inclined at an acute angle a relative to the radial direction, while all the grooves are connected to the run-off annular grooves 9 and 10, made respectively along the outer and inner edges of the support surface of the thrust ring 2. The feed channels 8 supplying working gas to the grooves 6 and 7 are located in the middle of the thrust ring 2.

Осевой газостатический подшипник работает следующим образом.Axial gas-static bearing operates as follows.

Перед пуском компрессора рабочий газ через отверстия 5 в корпусе 1 подают в кольцевую камеру 4, откуда он через питательные каналы 8 поступает в канавки 6 и 7, устремляясь к периферии упорного кольца 2, при этом газ проходит извилистый зигзагообразный путь (фиг.3), меняя направление движения при каждом пересечении соответствующей канавки 6 или 7. Далее газ, теряя при пересечении канавок 6 и 7 свою кинетическую энергию, попадает в замкнутые канавки 9 и 10.Before starting the compressor, the working gas through the holes 5 in the housing 1 is fed into the annular chamber 4, from where it passes through the feed channels 8 into the grooves 6 and 7, rushing to the periphery of the thrust ring 2, while the gas goes through a winding zigzag path (Fig.3), changing the direction of movement at each intersection of the corresponding grooves 6 or 7. Then the gas, losing its kinetic energy when the grooves 6 and 7 intersect, enters the closed grooves 9 and 10.

В предлагаемом устройстве рабочий газ дросселируется в системе пересекающихся канавок 6 и 7, образующих густую сетку, т.е. лабиринт для поступающего в него газа. Это позволяет выполнить питательные каналы 8 более широкими и располагать их между собой значительно реже, что позволяет исключить их засорение механическими частицами при работе. Рабочий газ, проходя через густую сетку канавок 6 и 7 к периферии опоры, теряет свою кинетическую энергию, преобразующуюся в энергию давления, равномерно распределенную по всей поверхности кольцевой втулки, что, несомненно, улучшает условия для образования упругой газовой прослойки между упорным гребнем и опорной поверхностью упорного кольца 2 и повышает ее осевую силу. Наличие сбеговых кольцевых канавок 9 и 10 позволяет отсечь утечку рабочего газа за пределы опорной поверхности упорного кольца 2, уменьшая его потери.In the proposed device, the working gas is throttled in a system of intersecting grooves 6 and 7, forming a dense grid, i.e. labyrinth for the gas entering it. This allows you to make the feed channels 8 wider and arrange them among themselves much less frequently, which eliminates their clogging with mechanical particles during operation. The working gas, passing through a dense grid of grooves 6 and 7 to the periphery of the support, loses its kinetic energy, which is converted into pressure energy, evenly distributed over the entire surface of the annular sleeve, which undoubtedly improves the conditions for the formation of an elastic gas layer between the thrust ridge and the supporting surface thrust ring 2 and increases its axial force. The presence of the annular annular grooves 9 and 10 allows you to cut off the leakage of the working gas beyond the support surface of the thrust ring 2, reducing its loss.

Claims

1. An axial gas-static bearing, comprising a housing in the form of an annular cage, connected and sealed with a thrust ring mating with the supporting surface of the thrust rotor ridge, in the middle part of the cage from the interface with the thrust ring, an annular chamber communicating with an opening in the cage for supplying a working gas, and on the supporting surface of the thrust ring from the side of the thrust rotor ridge, grooves are made connected to the annular chamber by feeding channels, characterized in that the grooves on the supporting surface are stubbornly th rings intersect each other with the formation of a mesh, each of the grooves is inclined at an acute angle relative to the radial direction.

2. The bearing according to claim 1, characterized in that all the grooves are connected to the annular grooves made respectively along the outer and inner edges of the abutment surface of the thrust ring.

3. The bearing according to claim 1, characterized in that the feed channels supplying the working gas to the grooves are located in the middle part of the thrust ring.