RU2440519C1

RU2440519C1 - Radial gasostatic bearing

Info

Publication number: RU2440519C1
Application number: RU2010133063/11A
Authority: RU
Inventors: Альберт Мингаязович Ахметзянов (RU); Альберт Мингаязович Ахметзянов; Яхия Зиннатович Гузельбаев (RU); Яхия Зиннатович Гузельбаев; Валерий Адельзянович Залялов (RU); Валерий Адельзянович Залялов; Валерий Архипович Максимов (RU); Валерий Архипович Максимов; Ибрагим Габдулхакович Хисамеев (RU); Ибрагим Габдулхакович Хисамеев
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-01-20

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: proposed bearing comprises housing accommodating working sleeve locked against axial displacement relative to housing by limit rings and provided with annular groove made on its outer surface to form annular recess on outer surface that makes tight annular space communicates with bore made in the housing and feed channels 8 made on said working sleeve. Support part of working sleeve inner cylindrical surface coupled with rotor shaft is provided with intersecting grooves 10, 11 that form a grid to communicate with annular cavity via one or several feed channels 8, while all intersecting channels extend into trailing closed groove 12 shaping working sleeve support surface. ^ EFFECT: ruling fast clogging of feed channels and gas leaks, higher lift and longer life. ^ 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано при конструировании опорных подшипников турбомашин и корпусов сжатия.The invention relates to general engineering and can be used in the design of the 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 "НИИ турбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа", г.Казань, 2002 г. УДК 62-135/-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: CJSC "Research Institute of Turbocompressor named after VB Shnepp", Kazan, 2002. UDC 62-135 / -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 радиальных газостатических подшипников.There are sufficiently detailed instructions for the design of bearings, in particular, the need for feed holes through which the compressed working gas enters the gap between the rotor and the support is indicated. The mechanism of operation of gas bearings is disclosed and structural schemes of gas-static bearings are shown, the basic designs of radial gas-static bearings are shown.

Наиболее близким аналогом является радиальный газостатический подшипник, содержащий корпус, в который установлены кольцевые втулки, образующие в стыках между собой питающие каналы, зафиксированные от осевого перемещения ограничительными кольцами. В средней части корпуса предусмотрена кольцевая полость, сообщающаяся с отверстием в корпусе, через которое рабочий газ подается в кольцевую полость. Рабочий газ через питательные каналы подается в кольцевой зазор между кольцевыми втулками и ротором (см. вышеупомянутую книгу В.А.Максимов. «Газовая смазка: перспективы применения в турбомашиностроении», рис.3.6г на стр.89).The closest analogue is a radial gas-static bearing, comprising a housing in which annular bushings are installed, forming supply channels at the joints between each other, fixed from axial movement by restrictive rings. An annular cavity is provided in the middle part of the housing, communicating with an opening in the housing, through which working gas is supplied to the annular cavity. The working gas is fed through the feed channels into the annular gap between the ring bushings and the rotor (see the aforementioned book by V. A. Maksimov. “Gas Lubrication: Prospects for Application in Turbomachinery,” Fig. 3.6d on page 89).

Недостатком данного подшипника является: 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; наличие потерь рабочего газа за счет утечки за пределы опорной поверхности рабочей втулки, сопрягаемой с валом ротора.The disadvantage of this bearing is: a fairly fast clogging of the feed 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; the presence of loss of working gas due to leakage outside the support surface of the working sleeve, mating with the rotor shaft.

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

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что радиальный газостатический подшипник содержит корпус, установленную в нем рабочую втулку, зафиксированную от осевого перемещения относительно корпуса ограничительными кольцами, имеющую на наружной поверхности кольцевое углубление, образующее с внутренней поверхностью корпуса герметичную кольцевую полость, сообщающуюся с выполненными в корпусе отверстием для подачи рабочего газа и с питательными каналами, образованными в рабочей втулке, при этом на опорной части внутренней цилиндрической поверхности рабочей втулки, сопрягаемой с валом ротора, выполнены пересекающиеся между собой, с образованием сетки, канавки, соединенные с кольцевой полостью одним или несколькими питательными каналами, а все пересекающиеся канавки выходят своими концами в сбеговую замкнутую канавку, оконтуривающую опорную поверхность рабочей втулки.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the radial gas-static bearing contains a housing, a working sleeve installed therein, fixed from axial movement relative to the housing by restrictive rings, having an annular recess on the outer surface, forming a sealed annular cavity communicating with those made in the housing an opening for supplying working gas and with feed channels formed in the working sleeve, while on the supporting part inside The cylindrical surface of the working sleeve mating with the rotor shaft is intersected with each other to form a mesh, grooves connected to the annular cavity by one or more feed channels, and all intersecting grooves exit at their ends into a closed closed groove that contours the supporting surface of the working sleeve.

Кроме того, питательные каналы могут быть расположены в срединной части опорной поверхности рабочей втулки и ориентированы длиной в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора.In addition, the feed channels can be located in the middle of the supporting surface of the working sleeve and are oriented lengthwise in a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft.

Кроме того, кольцевая полость может быть загерметизирована с помощью уплотнительных колец, расположенных в канавках, образованных на наружной поверхности рабочей втулки по обе стороны от кольцевого углубления.In addition, the annular cavity can be sealed with o-rings located in grooves formed on the outer surface of the working sleeve on both sides of the annular recess.

Кроме того, пересекающиеся между собой канавки ориентированы, преимущественно, под острым углом относительно направления вращения вала ротора.In addition, the intersecting grooves are oriented, mainly at an acute angle relative to the direction of rotation of the rotor shaft.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-5.The invention is illustrated by the drawings shown in figures 1-5.

На фиг.1 показан в продольном разрезе предлагаемый газостатический подшипник.Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed gas-static bearing.

На фиг.2 показан газостатический подшипник в поперечном разрезе А-А на фиг.1.Figure 2 shows a gas-static bearing in cross section AA in figure 1.

На фиг.3 показан в разрезе Б-Б на фиг.2 вид на развернутую опорную поверхность рабочей втулки.Figure 3 shows in section BB-2 in figure 2 a view of the deployed supporting surface of the working sleeve.

На фиг.4 показан крупным планом, выносным элементом В, участок опорной поверхности рабочей втулки 2 с пересекающимися канавками, сбеговой канавкой и питательными каналами 8.Figure 4 shows a close-up, an external element B, a portion of the supporting surface of the working sleeve 2 with intersecting grooves, a runaway groove and the feeding channels 8.

На фиг.5 показан поперечным разрезом Г-Г участок рабочей втулки с профилями канавок и питательных каналов.Figure 5 shows a cross section GG section of the working sleeve with profiles of grooves and feed channels.

Радиальный газостатический подшипник содержит корпус 1, установленную в нем рабочую втулку 2, которая в свою очередь зафиксирована от осевого перемещения относительно корпуса 1 по его торцам с помощью ограничительных колец 3. Рабочая втулка 2 имеет в средней части на наружной поверхности углубление, которое образует с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 кольцевую полость 4, сообщающуюся с выполненными в корпусе 1 отверстием 5, служащим для подачи рабочего газа, и загерметизированную от внешней среды по обе стороны с помощью уплотнительных деталей, выполненных в виде уплотнительных колец 6, расположенных в уплотнительных канавках 7, образованных на наружной поверхности рабочей втулки 2 по обе стороны от кольцевого углубления. В серединной части рабочей втулки 2 в зоне кольцевой полости 4 выполнены питательные каналы 8, ориентированные длиной в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора 9, сообщающиеся с кольцевой полостью 4 (фиг.1 и 2). На опорной части внутренней цилиндрической поверхности рабочей втулки 2, сопрягаемой с вращающимся валом ротора 9, выполнены пересекающиеся между собой канавки 10 и 11, соединенные с питательными каналами 8. Пересекающиеся между собой канавки 10 и 11 образуют сетку и выходят своими концами в расположенную по контуру опорной части поверхности рабочей втулки 2 сбеговую замкнутую канавку 12, при этом канавки 10 и 11 ориентированы под острым углом а относительно направления N вращения вала ротора 9 (фиг.3).The radial gas-static bearing comprises a housing 1, a working sleeve 2 installed therein, which, in turn, is fixed from axial movement relative to the housing 1 at its ends using restrictive rings 3. The working sleeve 2 has a recess in the middle part on the outer surface that forms from the inner the cylindrical surface of the housing 1, the annular cavity 4, communicating with the hole 5 made in the housing 1, which serves to supply the working gas, and is sealed from the external environment on both sides using relative parts made in the form of sealing rings 6 located in the sealing grooves 7 formed on the outer surface of the working sleeve 2 on both sides of the annular recess. In the middle part of the working sleeve 2 in the area of the annular cavity 4, feed channels 8 are made, oriented with a length in a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 9, communicating with the annular cavity 4 (FIGS. 1 and 2). On the supporting part of the inner cylindrical surface of the working sleeve 2, mating with the rotating shaft of the rotor 9, intersecting grooves 10 and 11 are made, connected to the feed channels 8. The intersecting grooves 10 and 11 form a mesh and exit at their ends into the support part of the surface of the working sleeve 2 closed closed-loop groove 12, while the grooves 10 and 11 are oriented at an acute angle a relative to the direction N of rotation of the rotor shaft 9 (Fig.3).

Радиальный газостатический подшипник работает по принципу принудительного поступления газа в зазор между двумя поверхностями - опорой и вращающимся ротором 9, причем поверхности оказываются разделенными упругим газовым слоем, внутри которого образуется избыточное давление, при этом возникает подъемная сила, удерживающая ротор 9 в подвешенном состоянии и исключается контакт с опорой.The radial gas-static bearing operates on the principle of forced gas entry into the gap between two surfaces - a support and a rotating rotor 9, and the surfaces are separated by an elastic gas layer, inside which excess pressure is generated, with this, a lifting force arises that keeps the rotor 9 in suspension and excludes contact with support.

Чтобы обеспечить газовую смазку необходимо подавать рабочий газ в зазор между движущимися поверхностями путем дросселирования через питательные каналы 8.To provide gas lubrication, it is necessary to supply the working gas to the gap between moving surfaces by throttling through the feed channels 8.

Работа предлагаемого радиального газостатического подшипника заключается в следующем.The work of the proposed radial gas-static bearing is as follows.

Перед пуском компрессора рабочий газ через отверстие 5 в корпусе 1 подают в кольцевую полость 4, откуда рабочий газ через питательные каналы 8 поступает в канавки 10 и 11, устремляясь к периферии опорной поверхности рабочей втулки 2, при этом проходит извилистый зигзагообразный путь, меняя направление движения при каждом пересечении канавок 10 и 11, теряя при этом свою кинетическую энергию, и попадает в сбеговую канавку 12.Before starting the compressor, the working gas through the hole 5 in the housing 1 is fed into the annular cavity 4, from where the working gas through the supply channels 8 enters into the grooves 10 and 11, rushing to the periphery of the supporting surface of the working sleeve 2, while a winding zigzag path passes, changing the direction of movement at each intersection of the grooves 10 and 11, while losing its kinetic energy, and enters the runaway groove 12.

Рабочий газ дросселируется в системе пересекающихся канавок 10 и 11, 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 к периферии опоры, теряет свою кинетическую энергию, преобразующуюся в энергию давления, равномерно распределенную по всей опорной поверхности рабочей втулки 2, что, несомненно, улучшает условия для образования упругой газовой прослойки между валом ротора 9 и опорой и повышает ее подъемную силу. Наличие сбеговой кольцевой канавки 12, расположенной по контуру опорной поверхности рабочей втулки 2, позволяет отсечь утечку рабочего газа за пределы опоры, уменьшая его потери.The working gas is throttled in a system of intersecting grooves 10 and 11, forming a dense grid, i.e. a 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. Working gas, passing through a dense grid of grooves to the periphery of the support, loses its kinetic energy, which is converted into pressure energy, evenly distributed over the entire supporting surface of the working sleeve 2, which undoubtedly improves the conditions for the formation of an elastic gas layer between the rotor shaft 9 and the support and increases its lift. The presence of a runaway annular groove 12, located along the contour of the supporting surface of the working sleeve 2, allows you to cut off the leakage of the working gas outside the support, reducing its loss.

Claims

1. A radial gas-static bearing, comprising a housing, a working sleeve installed therein, fixed from axial movement relative to the housing by restrictive rings, having an annular recess on the outer surface, forming a sealed annular cavity with the inner surface of the housing, communicating with a working gas supply opening made in the housing and with feed channels formed in the working sleeve, characterized in that on the supporting part of the inner cylindrical surface of the working sleeve and mating with the rotor shaft, grooves intersecting with each other are formed to form a grid, grooves connected to the annular cavity by one or more feed channels, while all intersecting grooves extend at their ends into a runaway closed groove that contours the supporting surface of the working sleeve.

2. The bearing according to claim 1, characterized in that the feed channels are located in the middle of the supporting surface of the working sleeve and are oriented lengthwise in the plane perpendicular to the axis of the rotor shaft.

3. The bearing according to claim 1, characterized in that the annular cavity is sealed with o-rings located in grooves formed on the outer surface of the working sleeve on both sides of the annular recess.

4. The bearing according to claim 1, characterized in that the intersecting grooves are oriented at an acute angle relative to the direction of rotation of the rotor shaft.