RU2453741C1

RU2453741C1 - Gas bearing with shaft position jet regulator

Info

Publication number: RU2453741C1
Application number: RU2010153731/11A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Анатольевич Белуков (RU); Анатолий Анатольевич Белуков; Георгий Павлович Степанов (RU); Георгий Павлович Степанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Темп" им. Ф. Короткова"
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-06-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: gas bearing comprises housing 1 fitted on shaft 2 and provided with channels to feed air into bearing circulation channel 3. Every bearing regulator 7 compares signals from shaft position transducers and setting devices 29 to open appropriate membrane valve 10 of said regulator to feed air from compressed air source 12 into appropriate circulation channel zone 3.

EFFECT: power saving, decreased sizes and faster response.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к газостатическим опорам скольжения, и может быть использовано в устройствах с вращающимися валами, и в частности в турбоустановках общепромышленного назначения, в газовой промышленности, энергоустановках, компрессорах, станкостроении, а также в аэрокосмической отрасли.The invention relates to mechanical engineering, in particular to gas-static sliding bearings, and can be used in devices with rotating shafts, and in particular in turbine plants for general industrial use, in the gas industry, power plants, compressors, machine tools, as well as in the aerospace industry.

Известен "Газостатический подшипник", патент США №7066652, кл. F16C 32/06, 2007. Это шпиндельное устройство, в котором бесконтактное положение вала в опорах корпуса обеспечивается подачей газа под давлением извне к кольцевым вкладышам, с имеющимися в них организованной системой дросселей для стабилизации положения вала в радиальном и осевом направлениях.Known "Gas-static bearing", US patent No. 7066652, CL. F16C 32/06, 2007. This is a spindle device in which the contactless position of the shaft in the bearings of the housing is ensured by the supply of gas under pressure from the outside to the ring inserts, with an organized system of chokes in them to stabilize the position of the shaft in the radial and axial directions.

Основным недостатком данного устройства является невысокий диапазон работы системы при изменении давления газа или внешних возмущений на шпиндель.The main disadvantage of this device is the low range of the system when changing the gas pressure or external disturbances on the spindle.

Известен "Газостатический подшипник", патент РФ №26092 на полезную модель, кл. F16C 32/06, 2002, в котором управление положением вала в опорах подшипника при действии внешних возмущений возлагается на пневматический струйный регулятор.Known "Gas-static bearing", RF patent No. 26092 for a utility model, class. F16C 32/06, 2002, in which the control of the shaft position in the bearing supports under the action of external disturbances is assigned to a pneumatic jet regulator.

В состав регулятора входят пневматические датчики положения вала, связанные трубопроводами с соответствующими входами управления струйных блоков, выходы которых соединены с соответствующими каналами, обеспечивающими подачу воздуха в циркуляционный зазор между валом и корпусом газостатического подшипника.The regulator includes pneumatic shaft position sensors connected by pipelines to the corresponding control inputs of the jet blocks, the outputs of which are connected to the corresponding channels, which supply air to the circulation gap between the shaft and the gas-static bearing housing.

Недостатком данного струйного регулятора является его невысокий кпд из-за больших потерь давления и расхода воздуха на его выходе, что приводит к необходимости увеличения размеров каналов струйных элементов с соответствующим увеличением их габаритов, а также потребного расхода воздуха от источника питания.The disadvantage of this jet regulator is its low efficiency due to large pressure losses and air flow at its outlet, which leads to the need to increase the size of the channels of the jet elements with a corresponding increase in their dimensions, as well as the required air flow from the power source.

Известен также «Газостатический радиально-опорный подшипник с регулятором положения вала», патент РФ №2347961, 2009 (прототип), содержащий корпус и вал, между которыми имеется циркуляционный зазор, трубопроводы подачи воздуха в соответствующие зоны циркуляционного зазора, диаметрально противолежащие относительно вала по двум перпендикулярным осям индикаторные сопла, выполняющие роль датчиков положения вала, струйный регулятор, содержащий четыре мембранных клапана и два струйных блока, каждый из которых имеет два канала управления, два выходных канала и вентиляционные каналы, открытые в атмосферу, при этом каналы управления соединены с соответствующими им датчиками положения вала, а выходные каналы - с соответствующими мембранными клапанами, причем каждый мембранный клапан имеет с одной стороны мембраны глухую камеру, соединенную трубопроводом с выходным каналом соответствующего струйного блока, а с другой стороны мембраны - камеру, открытую в атмосферу и имеющую сопло, выходной канал которого подключен к источнику питания сжатым воздухом и к соответствующему трубопроводу подачи воздуха в соответствующую зону циркуляционного зазора. При работе струйные блоки по сигналам от датчиков положения вала вырабатывают пневматические команды, поступающие в мембранные клапаны, которые регулируют подачу воздуха в соответствующие зоны циркуляционного зазора.Also known is a “Gas-static angular contact bearing with a shaft position adjuster”, RF patent No. 2347961, 2009 (prototype), comprising a housing and a shaft, between which there is a circulation gap, air supply pipelines to the respective zones of the circulation gap, diametrically opposed to the shaft in two perpendicular to the axes, indicator nozzles acting as shaft position sensors, a jet regulator containing four diaphragm valves and two jet units, each of which has two control channels, two outlets one channel and ventilation channels open to the atmosphere, while the control channels are connected to the corresponding shaft position sensors, and the output channels to the corresponding membrane valves, and each membrane valve has a blind chamber on one side of the membrane connected to the outlet channel of the corresponding jet block, and on the other side of the membrane - a chamber open to the atmosphere and having a nozzle, the output channel of which is connected to a power source with compressed air and to the corresponding pipeline dy supplying air circulating in the corresponding gap area. During operation, the inkjet blocks, based on signals from the shaft position sensors, generate pneumatic commands arriving at the diaphragm valves, which regulate the air supply to the corresponding circulation gap zones.

Недостатками известного регулятора являются непроизводительные потери воздуха из-за частичного сброса его в атмосферу при регулировании, невысокое быстродействие из-за больших габаритов и наличия трубопроводов, соединяющих входы и выходы струйных регуляторов с датчиками положения вала и каналами подачи воздуха в циркуляционный зазор подшипника. Эти недостатки особенно заметны при одинаковых условных диаметрах проходных сечений известного регулятора и предлагаемого технического решения.The disadvantages of the known controller are unproductive air losses due to its partial discharge into the atmosphere during regulation, low speed due to the large dimensions and the presence of pipelines connecting the inputs and outputs of the jet controllers with shaft position sensors and air supply channels to the bearing circulation. These disadvantages are especially noticeable with the same nominal diameters of the bore sections of the known controller and the proposed technical solution.

Задачей изобретения является достижение энергосберегающего режима работы, снижение габаритов, повышение быстродействия.The objective of the invention is to achieve an energy-saving mode of operation, reducing the size, improving performance.

Это достигается тем, что в газостатическом подшипнике со струйным регулятором положения вала, содержащем корпус, установленный на валу с циркуляционным зазором, разделенным на зоны, подключенные к соответствующим каналам подвода воздуха, выполненным в корпусе, датчики положения вала, струйные регуляторы, каждый из которых содержит струйный блок, имеющий вентиляционные каналы, выходной канал, два канала управления, соединенных с каналами управления струйного регулятора, один из которых подключен к соответствующему датчику положения вала, и мембранный клапан, имеющий с одной стороны мембраны глухую камеру, соединенную с выходным каналом струйного блока, а с другой стороны мембраны - камеру с соплом, выходной канал которого подключен к выходу регулятора, присоединенного к каналу подвода воздуха в соответствующую зону циркуляционного зазора, согласно изобретению - циркуляционный зазор разделен на, по меньшей мере, три зоны, по числу струйных регуляторов и датчиков положения вала, второй канал управления каждого струйного регулятора подключен к дополнительно введенному, по числу датчиков положения вала, соответствующему задающему устройству, вентиляционные каналы каждого струйного блока соединены с выходными каналами сопел соответствующих мембранных клапанов, а их камеры с соплами соединены дополнительно с источником питания сжатым воздухом. В мембранном клапане мембрана снабжена заделкой и заслонкой, жестко прикрепленной к центру мембраны и имеющей диаметр больше диаметра сопла.This is achieved by the fact that in a gas-static bearing with a jet shaft position regulator comprising a housing mounted on a shaft with a circulation gap divided into zones connected to respective air supply channels made in the housing, shaft position sensors, jet regulators, each of which contains an inkjet unit having ventilation channels, an output channel, two control channels connected to control channels of the jet controller, one of which is connected to a corresponding position sensor a, and a membrane valve having a blind chamber on one side of the membrane connected to the outlet channel of the inkjet block, and on the other side of the membrane, a chamber with a nozzle, the outlet channel of which is connected to the output of the regulator connected to the channel for supplying air to the corresponding zone of the circulation gap, according to the invention - the circulation gap is divided into at least three zones, according to the number of inkjet controllers and shaft position sensors, the second control channel of each inkjet controller is connected to an additional input on the number of shaft position sensors corresponding to the master device, the ventilation channels of each inkjet block are connected to the output channels of the nozzles of the corresponding membrane valves, and their chambers with nozzles are additionally connected to a compressed air power source. In the membrane valve, the membrane is equipped with a seal and a shutter rigidly attached to the center of the membrane and having a diameter larger than the diameter of the nozzle.

Перечисленные выше признаки являются новыми и существенными, так как они в совокупности неизвестны из патентной и научно-технической документации и достаточны для того, чтобы достичь положительного эффекта, а именно: энергосберегающий режим работы, малые габариты, отсутствие внешней разводки трубопроводов, повышение быстродействия.The signs listed above are new and significant, since they are collectively unknown from patent and scientific and technical documentation and are sufficient to achieve a positive effect, namely: energy-saving mode of operation, small dimensions, the absence of external piping, and increased performance.

Энергосберегающий режим работы достигается путем изменения конструкции струйного регулятора за счет соединения вентиляционных каналов струйного блока с выходным каналом сопла мембранного клапана и подключением соответствующей камеры клапана к источнику питания. Благодаря этому воздух в мембранном клапане не сбрасывается в атмосферу как в прототипе, а подается через сопло мембраны и выходной канал регулятора в соответствующую зону подшипника. Кроме того, при соответствующей настройке зазора f задающего устройства, в нейтральном положении вала подшипника или в режиме с зоной нечувствительности, мембранные клапаны всех регуляторов закрыты и расход воздуха минимизирован, а в случае смещения вала от нейтрального положения или отклонениях вала больше зоны нечувствительности открываются только соответствующие мембранные клапаны при закрытых всех остальных.An energy-saving operation mode is achieved by changing the design of the jet regulator by connecting the ventilation channels of the jet block to the output channel of the membrane valve nozzle and by connecting the corresponding valve chamber to a power source. Due to this, the air in the diaphragm valve is not discharged into the atmosphere as in the prototype, but is supplied through the nozzle of the membrane and the output channel of the regulator to the corresponding area of the bearing. In addition, with the appropriate setting of the clearance f of the master device, in the neutral position of the bearing shaft or in the mode with a dead zone, the diaphragm valves of all regulators are closed and the air flow is minimized, and if the shaft moves from the neutral position or the shaft deviates beyond the dead band, only the corresponding diaphragm valves with all the others closed.

Предлагаемая конструкция струйного регулятора позволила для отслеживания зазора h между валом и подшипником использовать иной, чем в прототипе, принцип, а именно: сравнение значений датчика положения вала с задатчиком. Благодаря этому стал возможен платный монтаж, что позволило уменьшить габариты изделия и повысить быстродействие за счет отсутствия внешних трубопроводов, жиклеров и паразитных объемов в цепи подачи воздуха от регулятора в соответствующую зону циркуляционного зазора подшипника, а также применения более быстродействующего мембранного клапана.The proposed design of the jet regulator made it possible to use a different principle than the prototype for tracking the clearance h between the shaft and the bearing, namely, comparing the values of the shaft position sensor with the setter. Due to this, paid installation became possible, which made it possible to reduce the dimensions of the product and increase speed due to the absence of external pipelines, jets and parasitic volumes in the air supply circuit from the regulator to the corresponding zone of the bearing circulation gap, as well as the use of a faster membrane valve.

Минимальное количество зон (три) определяются возможностями центрирования вала в корпусе подшипника. Максимальное количество зон определяется оптимальным сочетанием качества регулирования, количеством аппаратурных затрат и конструктивными особенностями конкретного объекта регулирования.The minimum number of zones (three) is determined by the possibility of centering the shaft in the bearing housing. The maximum number of zones is determined by the optimal combination of the quality of regulation, the amount of hardware costs and design features of a particular regulatory object.

Проведены необходимые расчеты и собрана лабораторная схема струйного блока. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость»The necessary calculations were carried out and the laboratory scheme of the inkjet block was assembled. Thus, the proposed technical solution meets the criteria of "novelty", "inventive step" and "industrial applicability"

На фиг.1 показан поперечный разрез газостатического подшипника и его взаимодействие со струйными регуляторами.Figure 1 shows a cross section of a gas-static bearing and its interaction with jet controllers.

На фиг.2 - принципиальная схема струйного регулятора.Figure 2 is a schematic diagram of a jet regulator.

На фиг.3 - варианты исполнения мембранного клапана.Figure 3 - versions of the membrane valve.

На фиг.4 - статические характеристики струйного блока.Figure 4 - static characteristics of the inkjet block.

На фиг.5 - статические характеристики струйного регулятора.Figure 5 - static characteristics of the jet regulator.

На фиг.6 - габаритный чертеж струйного регулятора.6 is a dimensional drawing of a jet regulator.

Газостатический подшипник со струйным регулятором положения вала (см. фиг 1, 2, 3) содержит корпус 1, расположенный на валу 2, между которыми имеется циркуляционный зазор 3. Циркуляционный зазор 3 за счет, например, проточек, выполненных в корпусе 1, разделен на несколько зон 4 (например, на пять). Каждая зона 4 подключена к выполненному в корпусе 1 каналу 5 подвода воздуха и имеет автономный для каждой зоны пневматический датчик 6 положения вала и автономный струйный регулятор 7, который устанавливается методом платного монтажа на корпусе 1 в непосредственной близости от соответствующей зоны. Таким образом, количество струйных регуляторов равно количеству зон, на которые разделен циркуляционный зазор. Датчик 6 положения вала содержит сопло 8 и заслонку, функцию которой выполняет вал 2. Датчик 6 положения вала контролирует зазор h между соплом 8 и валом 2. Через зазор h сопло 8 соединяется с окружающей средой. Струйный регулятор 7 содержит струйный блок 9 и мембранный клапан 10. Канал питания 11 струйного блока 9 подключен к источнику питания сжатым воздухом 12, два его канала 13 и 14 управления, подключенные через дроссели настройки 15 и 16 к источнику питания 12, соединены с каналами 17 и 18 управления струйного регулятора соответственно. Канал 17 управления струйного регулятора подключен к датчику 6 положения вала. Струйный блок 9 имеет также вентиляционные каналы 19 и 20 и выходные каналы 21 и 22. Мембранный клапан 10 содержит мембрану 23, с одной стороны которой имеется глухая камера 24, соединенная с выходным каналом 21 струйного блока 9, а с другой стороны мембраны - камера 25 с соплом 26, выходной канал 27 которого подключен к выходу 28 струйного регулятора 7. Выход 28 подсоединен к каналу 5 подвода воздуха в соответствующую зону 4 циркуляционного зазора. Другой канал 18 управления струйного регулятора 7 подключен к задающему устройству 29, содержащему сопло 30 и заслонку 31, между которыми установлен зазор f, через который сопло 30 соединяется с окружающей средой. Выходной канал 22 и вентиляционные каналы 19 и 20 струйного блока каналом 32 соединены с выходным каналом 27 сопла 26 мембранного клапана. Камера 25 мембранного клапана 10 подключена к источнику 12 питания сжатым воздухом. В мембранном клапане 10 мембрана 23 имеет заделку, позволяющую вмонтировать мембрану в корпус мембранного клапана 10, и заслонку 33, жестко прикрепленную к центру мембраны 23, благодаря чему заслонка 33 получает возможность самоустанавливаться относительно сопла 26 для герметичного его закрытия, компенсируя таким образом погрешности изготовления, причем диаметр заслонки больше диаметра сопла.The gas-static bearing with a jet shaft position controller (see Figs. 1, 2, 3) contains a housing 1 located on the shaft 2, between which there is a circulation gap 3. The circulation gap 3, for example, through grooves made in the housing 1, is divided into several zones 4 (for example, five). Each zone 4 is connected to the air supply channel 5 made in the housing 1 and has an autonomous pneumatic shaft position sensor 6 for each zone and an autonomous jet regulator 7, which is installed by paid mounting on the housing 1 in the immediate vicinity of the corresponding zone. Thus, the number of inkjet regulators is equal to the number of zones into which the circulation gap is divided. The shaft position sensor 6 comprises a nozzle 8 and a shutter, the function of which is the shaft 2. The shaft position sensor 6 controls the gap h between the nozzle 8 and the shaft 2. Through the gap h, the nozzle 8 is connected to the environment. The jet regulator 7 contains a jet block 9 and a membrane valve 10. The power channel 11 of the jet block 9 is connected to a power source with compressed air 12, two of its control channels 13 and 14 connected via power chokes 15 and 16 to a power source 12 are connected to channels 17 and 18 control the jet controller, respectively. The control channel 17 of the jet controller is connected to the sensor 6 of the shaft position. The inkjet block 9 also has ventilation channels 19 and 20 and output channels 21 and 22. The membrane valve 10 comprises a membrane 23, on one side of which there is a blind chamber 24 connected to the output channel 21 of the inkjet block 9, and on the other side of the membrane, a chamber 25 with a nozzle 26, the output channel 27 of which is connected to the output 28 of the jet regulator 7. Output 28 is connected to the channel 5 for supplying air to the corresponding zone 4 of the circulation gap. Another control channel 18 of the jet regulator 7 is connected to a master device 29 comprising a nozzle 30 and a shutter 31, between which a gap f is established, through which the nozzle 30 is connected to the environment. The output channel 22 and the ventilation ducts 19 and 20 of the inkjet block channel 32 are connected to the output channel 27 of the nozzle 26 of the membrane valve. The chamber 25 of the membrane valve 10 is connected to a compressed air supply 12. In the membrane valve 10, the membrane 23 has a seal that allows the membrane to be mounted in the body of the membrane valve 10, and a shutter 33, rigidly attached to the center of the membrane 23, so that the shutter 33 is able to self-install relative to the nozzle 26 to seal it tightly, thereby compensating for manufacturing errors, moreover, the diameter of the valve is larger than the diameter of the nozzle.

Величины и соотношения диаметров: d_ц - диаметр заслонки, d_з - диаметр заделки мембраны и d_c - диаметр сопла выбираются в зависимости от конкретных требований к мембранному клапану. На фиг.3 показаны варианты выполнения мембранного клапана в зависимости от соотношения диаметров d_з заделки мембраны и d_c сопла. При этом, если:Values and ratios of diameters: d _c is the diameter of the valve, d _c is the diameter of the seal of the membrane and d _c is the diameter of the nozzle are selected depending on the specific requirements for the membrane valve. Figure 3 shows the options for performing a membrane valve depending on the ratio of the diameters d _{s of the} seal of the membrane and d _{c of the} nozzle. Moreover, if:

d_з>d_c сила на мембрану от давления Р_П питания направлена влево, т.е. на открытие сопла (фиг.3а);d _s > d _{c the} force on the membrane from the pressure P _P supply is directed to the left, i.e. to open the nozzle (figa);

d_з<d_c сила на мембрану от давления Р_П питания направлена вправо, т.е.d _z <d _{c the} force on the membrane from the pressure P _P supply is directed to the right, i.e.

на закрытие сопла (фиг.3б);to close the nozzle (figb);

d_з=d_c сила на мембрану от давления Р_П питания равна нулю (фиг.3в).d _s = d _{c the} force on the membrane from the pressure P _P supply is equal to zero (pigv).

Рассмотрим работу предлагаемого устройства на примере одного автономного струйного регулятора и при условии d_з=d_c (остальные регуляторы при совместной работе функционируют аналогично).Consider the operation of the proposed device on the example of one autonomous inkjet regulator and provided d _s = d _c (other regulators work similarly when working together).

При равенстве давлений в камерах 24 и 25 мембранного клапана 10 между заслонкой 33 и соплом 26 устанавливается заранее отрегулированный зазор 34. Величина этого зазора δ, определяющая условный проходной диаметр d_y регулятора, зависит от выбранных геометрических параметров мембранного клапана, характеристики мембраны и располагаемого минимального перепада давления на ней от струйного блока. При условии, что сила на мембрану от давления питания отсутствует (т.к. d_з=d_c) на нее в процессе работы действуют следующие силы: со стороны глухой камеры 24 сила от давления с выхода 21 струйного блока 9 на площадь мембраны диаметра d_з, а с противоположной стороны мембраны, т.е. со стороны камеры 25 - сила от давления в выходном канале 27 сопла 26 на диаметре d_c сопла. Так как вентиляционные каналы 19 и 20 струйного блока 9 каналом 32 соединены с выходным каналом 27 сопла 26, давления в них всегда равны давлению в выходном канале 27. Таким образом, струйный блок работает на перепаде между давлением питания и давлением в выходном канале 27 и, следовательно, мембрана 23 в процессе работы всегда находится под управляющим перепадом давления струйного блока, т.е. под перепадом между давлением на его выходе 21 и давлением в его вентиляционных каналах 19 и 20. В процессе работы этот перепад может меняться от нулевого до максимально возможного значения, например, в режиме насыщения.If the pressures in the chambers 24 and 25 of the membrane valve 10 are equal, a pre-adjusted gap 34 is established between the shutter 33 and the nozzle 26. The value of this gap δ, which determines the conditional flow diameter d _{y of the} regulator, depends on the selected geometric parameters of the membrane valve, the characteristics of the membrane, and the available minimum differential pressure on it from the inkjet block. Provided that the force on the membrane from the supply pressure is absent (because d _c = d _c ), the following forces act on it during operation: from the side of the deaf chamber 24, the force from the pressure from the outlet 21 of the jet unit 9 to the membrane area of diameter d _h , and on the opposite side of the membrane, i.e. from the side of the chamber 25 - the force from the pressure in the output channel 27 of the nozzle 26 on the diameter d _{c of the} nozzle. Since the ventilation ducts 19 and 20 of the jet unit 9 are connected by channel 32 to the output channel 27 of the nozzle 26, the pressures in them are always equal to the pressure in the output channel 27. Thus, the jet unit operates on the difference between the supply pressure and the pressure in the output channel 27 and, therefore, the membrane 23 during operation is always under the control pressure drop of the jet unit, i.e. under the difference between the pressure at its outlet 21 and the pressure in its ventilation ducts 19 and 20. During operation, this differential can vary from zero to the maximum possible value, for example, in saturation mode.

На фиг.4 изображена статическая характеристика струйного блока, т.е. изменение давления P₂₁ на выходе 21 в зависимости от перепада давлений в каналах 13 и 14 управления струйного блока. Например, при постоянном давлении P₁₄ в канале 14 управления, которое определяется задающим устройством 29, и увеличении при этом давления Р₁₃ в канале13 управления, которое зависит от зазора h датчика 6 положения, давление P₂₁ на выходе 21 уменьшается. При уменьшении же давления в канале управления 13 при тех же условиях давление P₂₁ на выходе 21 увеличивается.Figure 4 shows the static characteristic of the inkjet block, i.e. the change in pressure P ₂₁ at the outlet 21, depending on the differential pressure in the control channels 13 and 14 of the jet unit. For example, with a constant pressure P ₁₄ in the control channel 14, which is determined by the master 29, and an increase in pressure P ₁₃ in the control channel ₁₃ , which depends on the clearance h of the position sensor 6, the pressure P ₂₁ at the outlet 21 decreases. When reducing the pressure in the control channel 13 under the same conditions, the pressure P ₂₁ at the outlet 21 increases.

При подаче давления питания от источника 12 на струйный блок и в камеру 25 мембранного клапана 10 в каналах 13 и 14 управления струйного блока устанавливается перепад давлений, определяемый соотношением величин зазора f задающего устройства 29 и зазора h датчика 6 положения вала. Так при заданном зазоре f уменьшение зазора h между корпусом 1 и валом 2 приводит к увеличению давления в канале управления 13 струйного блока 9 и, следовательно, к уменьшению давления на его выходе 21. При этом заслонка 33 отходит от сопла 26, увеличивая зазор 34, а следовательно, и площадь F проходного сечения мембранного клапана. Давление на выходе 28 регулятора, а следовательно, и в соответствующей зоне 4 подшипника увеличивается, компенсируя возмущение, приведшее к уменьшению зазора h. Если при заданном зазоре f зазор h между корпусом 1 и валом 2 увеличивается, то давление в канале управления 13 струйного блока 9 уменьшается, и давление на его выходе 21 увеличивается. При этом заслонка 33 приближается к соплу 26, уменьшая зазор 34, а следовательно, и площадь F проходного сечения мембранного клапана. Давление на выходе 28 регулятора и в соответствующей зоне 4 подшипника уменьшается, компенсируя возмущение, приведшее к увеличению зазора h газостатического подшипника.When the supply pressure is supplied from the source 12 to the inkjet block and to the chamber 25 of the diaphragm valve 10 in the channels 13 and 14 of the control of the inkjet block, a pressure differential is established, determined by the ratio of the clearance f of the master device 29 and the gap h of the shaft position sensor 6. So for a given gap f, a decrease in the gap h between the housing 1 and the shaft 2 leads to an increase in pressure in the control channel 13 of the jet unit 9 and, consequently, to a decrease in pressure at its output 21. In this case, the shutter 33 moves away from the nozzle 26, increasing the gap 34, and consequently, the area F of the passage section of the membrane valve. The pressure at the output of the controller 28, and consequently in the corresponding zone 4 of the bearing, increases, compensating for the disturbance, which led to a decrease in the clearance h. If, for a given clearance f, the gap h between the housing 1 and the shaft 2 increases, then the pressure in the control channel 13 of the jet unit 9 decreases, and the pressure at its output 21 increases. When this shutter 33 approaches the nozzle 26, reducing the gap 34, and therefore, the area F of the passage section of the membrane valve. The pressure at the outlet of the controller 28 and in the corresponding zone 4 of the bearing decreases, compensating for the disturbance, which led to an increase in the clearance h of the gas-static bearing.

Установкой величины зазора f задающего устройства 29 возможно настраивать статистические характеристики как струйного блока, так и регулятора в целом. На фиг.5 изображены статические характеристики струйного блока, т.е. изменение давления P₂₁ (верхний график) и соответствующие им характеристики регулятора, т.е. изменение площади F проходного сечения мембранного клапана (нижний график), приведенные к величине зазора h между корпусом 1 и валом 2 при различных значениях f задающего устройства 29.By setting the gap f of the driver 29, it is possible to adjust the statistical characteristics of both the inkjet unit and the controller as a whole. 5 shows the static characteristics of the inkjet block, i.e. pressure change P ₂₁ (upper graph) and the corresponding characteristics of the regulator, i.e. the change in the area F of the passage section of the membrane valve (lower graph), reduced to the value of the gap h between the housing 1 and the shaft 2 at various f values of the master device 29.

На фиг. 5а эти характеристики изображены при установке зазоре f=f₁, при котором давление P₂₁ достигает значения Р_м - давления открытия мембранного клапана при зазоре h₁=h_ном, т.е. при нейтральном положении вала. В этом случае при значениях зазора h, меньших h_ном, и, следовательно, давлениях P₂₁, меньших давления Р_м, площадь F мембранного клапана 9 открывается и увеличивается пропорционально отклонению (h_ном-h) и все больший расход воздуха поступает в соответствующую зону 4 подшипника. При значениях зазора h, больших h_ном, и, следовательно, давлениях P₂₁, больших давления Р_м, мембранный клапан 10 закрыт и расход воздуха в соответствующую зону 4 подшипника отсутствует. На фиг. 5б и 5в эти характеристики изображены пунктирными линиями.In FIG. 5a, these characteristics are shown when setting the gap f = f ₁ , at which the pressure P ₂₁ reaches the value P _m - the opening pressure of the membrane valve with the gap h ₁ = h _nom , i.e. at neutral shaft position. In this case, when the values of the gap h are less than h _nom , and therefore pressures P ₂₁ less than the pressure P _m , the area F of the membrane valve 9 opens and increases in proportion to the deviation (h _nom -h) and an increasing air flow enters the corresponding zone 4 bearings. When the clearance values h are large h _nom , and, consequently, pressures P ₂₁ , large pressures P _m , the diaphragm valve 10 is closed and there is no air flow into the corresponding zone 4 of the bearing. In FIG. 5b and 5c, these characteristics are shown in dashed lines.

На фиг. 5б изображены характеристики при зазоре f₂<f₁, при котором давление P₂₁ достигает значения Р_м - давления открытия мембранного клапана при зазоре h₂<h_ном. В этом случае характеристика регулятора имеет зону нечувствительности Δh_н, равную Δh_н=±(h_ном-h₂), и еще более экономичный режим работы, если при этом соблюдается качество процесса регулирования, например нет касания валом корпуса подшипника.In FIG. 5b shows the characteristics with a gap f ₂ <f ₁ , at which pressure P ₂₁ reaches a value of P _m - the opening pressure of the membrane valve with a gap h ₂ <h _nom . In this case, the controller characteristic has a deadband Δh _n equal to Δh _n = ± (h _nom -h ₂ ), and an even more economical mode of operation if the quality of the regulation process is observed, for example, if the shaft does not touch the bearing housing.

На фиг. 5в изображены характеристики при настройке зазора f₃>f₁, при котором давление P₂₁ достигает значения Р_м - давления открытия мембранного клапана уже при зазоре h₃>h_ном. В этом случае при зазоре h=h_ном давление P₂₁ равно давлению P_м2<Р_м и мембранный клапан уже открыт на соответствующую величину F₁ и расход воздуха поступает в соответствующую зону 4 подшипника. Такая настройка регулятора может оказаться полезной, например, при компенсации возмущений в направлении их преимущественного приложения, например массы вала в направлении вектора земного притяжения, полезной нагрузки на вал в направлении ее приложения и т.д.In FIG. 5c shows the characteristics when adjusting the gap f ₃ > f ₁ at which the pressure P ₂₁ reaches the value P _m - the opening pressure of the membrane valve even with a gap h ₃ > h _nom . In this case, with a gap h = h _{nom, the} pressure P ₂₁ is equal to the pressure P _m2 <P _m and the diaphragm valve is already open by the corresponding value F ₁ and the air flow enters the corresponding zone 4 of the bearing. Such a regulator setting may be useful, for example, when compensating for disturbances in the direction of their preferential application, for example, the mass of the shaft in the direction of the vector of gravity, the payload on the shaft in the direction of its application, etc.

Отличительные особенности конструктивных решений предлагаемого изобретения позволяют иметь большие проходные сечения при относительно небольших габаритах регулятора и малых ходах мембраны. Например, при диаметре сопла мембранного клапана d_c=28 мм и ходе мембраны h=0,2 мм условный диаметр проходного сечения регулятора равен d_y=5 мм.Distinctive features of the design solutions of the present invention allow to have large flow areas with relatively small dimensions of the regulator and small strokes of the membrane. For example, with a diaphragm nozzle diameter d _c = 28 mm and a membrane stroke h = 0.2 mm, the conditional diameter of the regulator's bore is equal to d _y = 5 mm.

Принципиальным достоинством регулятора является энергосберегающий режим работы, т.к. в нейтральном положении вала все мембранные клапаны закрыты, а в случае отклонения вала от нейтрали открывается только соответствующий клапан при закрытых всех остальных.The principal advantage of the regulator is the energy-saving mode of operation, as in the neutral position of the shaft, all diaphragm valves are closed, and if the shaft deviates from the neutral, only the corresponding valve opens when all the others are closed.

Платный монтаж регулятора обеспечивает отсутствие внешних трубопроводов, паразитных объемов и, как следствие, меньшие габариты и высокое быстродействие.Paid installation of the regulator ensures the absence of external pipelines, spurious volumes and, as a result, smaller dimensions and high speed.

Автономность регуляторов обеспечивает оптимальное качество регулирования конкретного объекта, выполнение взаимной страховки регуляторов, а также возможность иметь как четное, так и нечетное количество зон воздействия регуляторов на объект.The autonomy of the regulators ensures the optimal quality of regulation of a particular object, the mutual insurance of the regulators, as well as the ability to have both an even and odd number of zones of influence of the regulators on the object.

Предлагаемое устройство на струйных элементах без подвижных деталей обеспечивает известные преимущества струйной техники, а именно высокие показатели надежности и работоспособность в тяжелых условиях эксплуатации (широкий диапазон давлений и температур, вибрации, перегрузки, ударные, радиационные и магнитные воздействия).The proposed device on inkjet elements without moving parts provides the well-known advantages of inkjet technology, namely high reliability and performance under severe operating conditions (a wide range of pressures and temperatures, vibration, overload, shock, radiation and magnetic influences).

Claims

1. A gas-static bearing with a jet shaft position controller, comprising a housing mounted on a shaft with a circulation gap divided into zones connected to respective air supply channels made in the housing, shaft position sensors, jet controllers, each of which contains a jet block having ventilation channels, an output channel, two control channels connected to the control channels of the jet regulator, one of which is connected to the corresponding shaft position sensor, and a membrane valve a blind chamber on one side of the membrane connected to the outlet channel of the inkjet block, and on the other side of the membrane, a chamber with a nozzle, the outlet channel of which is connected to the output of the regulator connected to the channel for supplying air to the corresponding zone of the circulation gap, characterized in that the circulation gap divided into at least three zones according to the number of inkjet controllers and shaft position sensors, the second control channel of each inkjet controller is connected to an additionally entered according to the number of position sensors ala respective predetermined device, the ventilation channels of each jet unit are connected to the respective output channels nozzle diaphragm valves, and their nozzle chamber coupled to a source of further compressed air supply.

2. A gas-static bearing with a jet shaft position controller according to claim 1, characterized in that in the membrane valve the membrane is equipped with a seal and a shutter rigidly attached to the center of the membrane and having a diameter larger than the diameter of the nozzle.