RU2533948C2

RU2533948C2 - Thrust bearing assembly

Info

Publication number: RU2533948C2
Application number: RU2013110897/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Дидов; Виктор Дмитриевич Сергеев
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-11-27
Also published as: RU2013110897A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: thrust bearing assembly consists of axial bearing and thrust bearing (7) made of nonmagnetic material. Axial bearing is composed of housing (1) with cylindrical recess and flat bottom formed by circular ledge (2) extending over perimeter of housing (1). Resilient washer (3) is arranged on cylindrical recess bottom with ring-shape gas bearing resting thereon and made of nonmagnetic material and separated to sectors (5) by radially directed straps (6) of the same thickness secured to housing (1). Flange (8) making the recess is arranged at perimeter of sector (5), on the side facing the thrust bearing (7). Recess of every sector (5) locked are sector poles of high magnetic permeability material with sector permanent magnets (9, 10) with tangential opposite magnetisation located there between. Cross-section of washers (6) is shaped to T shape, their flanges being arranged to engage the radial collars (8). Magnets (9, 10) are shaped to trapezoids with their wide base facing the recess surface while narrow base of every magnet (9, 10) contacts with wedge (14) made of strip of nonmagnetic material and rigidly secured with adjacent sector poles (12, 13). Outer surface of wedges (14) and poles (12, 13) make a single plane to form therewith a working clearance (15). Inside said sectors (5) a system of communicating channels (18) is made to feed compressed air therein from external source, system outlets being connected with through holes in poles (12, 13), connected in their turn, with working gap (15).

EFFECT: higher bearing capacity under working conditions, reliable start and outage of turbomachine.

7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок.The invention relates to the field of turbine engineering and can be used in the design, for example, of gas turbine plants.

Известен упорный подшипниковый узел, содержащий ротор с пятой, радиальный сегментный подшипник, корпус, многослойный вкладыш, состоящий из пористого упругого вибродемпфирующего материала и антифрикционного материала (см. RU №2301361, МПК Н02K 5/16, 20.06.2007).Known thrust bearing assembly containing a rotor with a fifth, a radial segment bearing, a housing, a multilayer liner consisting of a porous elastic vibrodamping material and antifriction material (see RU No. 2301361, IPC Н02K 5/16, 06/20/2007).

Известен также упорный подшипниковый узел, включающий кольцеобразную пяту, подпятник, размещенные с зазором, выполненным с возможностью подвода в него сжатого воздуха (см. RU №110565, МПК Н02K 5/16, 20.11.2011 г.).A thrust bearing assembly is also known, including an annular heel, a thrust bearing placed with a gap made with the possibility of supplying compressed air into it (see RU No. 110565, IPC H2K 5/16, 11/20/2011).

При использовании упорного подшипникового узла в мощных турбомашинах необходимо увеличивать диаметр пяты упорного подшипникового узла для получения необходимой несущей способности узла, что приведет к высоким окружным скоростям пяты и к значительным потерям на трение в этом узле ввиду малости осевого зазора в нем (мощность трения в упорном газостатическом подшипнике обратно пропорциональна осевому зазору между пятой и подпятником).When using a thrust bearing assembly in powerful turbomachines, it is necessary to increase the heel diameter of the thrust bearing assembly to obtain the required bearing capacity of the assembly, which will lead to high peripheral speeds of the heel and significant friction losses in this assembly due to the small axial clearance in it (friction power in a persistent gas-static bearing is inversely proportional to the axial clearance between the fifth and the thrust bearing).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение несущей способности упорного подшипникового узла в рабочем режиме, а также надежный запуск и останов турбомашины.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the bearing capacity of the thrust bearing assembly in operating mode, as well as reliable start and stop of the turbomachine.

Технический результат предлагаемого технического решения выражается в обеспечении высокой несущей способности упорного подшипникового узла в рабочем режиме (с уменьшением в нем потерь на трение, вплоть до вентиляционных), надежном запуске турбомашины, снижении деформации зазора в упорном подшипниковом узле от высокого давления наддува газа, в демпфировании колебаний ротора турбомашины, обусловленных осевыми газодинамическими силами турбины и компрессора.The technical result of the proposed technical solution is expressed in providing high bearing capacity of the thrust bearing assembly in operating mode (with a reduction in friction losses, up to ventilation), reliable start of the turbomachine, reducing the clearance of the thrust bearing assembly from high gas boost pressure, in damping oscillations of the rotor of the turbomachine due to axial gas-dynamic forces of the turbine and compressor.

Указанный технический результат достигается тем, что упорный подшипниковый узел, включающий кольцеобразную пяту, подпятник, размещенные с зазором, выполненным с возможностью подвода в него сжатого воздуха, отличается тем, что подпятник образован корпусом, снабженным цилиндрической выемкой с плоским дном, образованной кольцевым выступом по периметру корпуса, при этом на дне цилиндрической выемки размещена упругая прокладка с опертым на нее газостатическим подшипником, выполненным в форме кольца, из немагнитного материала, разделенного на секторы радиально ориентированными накладками, скрепленными с корпусом подпятника, при этом со стороны, обращенной к пяте, периметр сектора подшипника снабжен буртиком, образующим выемку, причем в выемке каждого сектора зафиксированы секторные полюса из материала с высокой магнитной проницаемостью, между которыми размещены контактирующие с ними секторные постоянные магниты с тангенциальным встречным намагничиванием, при этом поперечному сечению накладок придана Т-образная форма, причем полки накладок выполнены с возможностью зацепления радиальных буртиков секторов подшипника, кроме того, секторным постоянным магнитам придана трапециевидная форма поперечного сечения, широкое основание которых обращено к поверхности выемки сектора подшипника, кроме того, с узким основанием каждого секторного постоянного магнита контактирует клин, выполненный в виде полосы из немагнитного материала, жестко скрепленный с контактирующими с ним сторонами соседних секторных полюсов, при этом внешняя поверхность клиньев и секторных полюсов составляют одну плоскость, обращенную к пяте, выполненной из немагнитного материала, с образованием с нею рабочего зазора, кроме того, в объеме секторов подшипника выполнена система сообщающихся каналов с возможностью подачи в нее сжатого воздуха от внешнего источника, выходные отверстия которой сообщены с выполненными в секторных полюсах сквозными отверстиями, сообщающимися с рабочим зазором. Кроме того, пята выполнена полой и снабжена внутренним силовым каркасом. При этом упругая прокладка выполнена из стали в виде пластины с кольцевыми гофрами, заполненными привулканизированным с обеих сторон слоем резины или полиуретана. Кроме того, секторные постоянные магниты выполнены из сплава неодим-железо-бор, при этом секторные постоянные магниты и секторные полюса скреплены с секторами подшипника клеем. Кроме того, поверхность пяты, обращенная к подпятнику, покрыта слоем высокоэлектропроводного материала, например меди, и выполнена с высокой чистотой обработки поверхности. Кроме того, клин выполнен в виде полосы из немагнитного материала, например нержавеющей немагнитной стали.The specified technical result is achieved in that the thrust bearing assembly including an annular heel, a thrust bearing placed with a gap configured to supply compressed air to it, characterized in that the thrust bearing is formed by a housing provided with a cylindrical recess with a flat bottom formed by an annular protrusion around the perimeter case, while at the bottom of the cylindrical recess there is an elastic gasket with a gas-static bearing supported on it, made in the form of a ring, of non-magnetic material, divided on sectors with radially oriented pads fastened to the thrust bearing body, while on the side facing the heel, the perimeter of the bearing sector is provided with a shoulder forming a recess, and in the recess of each sector sector poles of material with high magnetic permeability are fixed, between which contacting them are placed sectorial permanent magnets with tangential counter magnetization, while the cross-section of the plates is given a T-shape, and the shelves of the plates are made with the possibility of the radial flanges of the bearing sectors, in addition, the sector permanent magnets are given a trapezoidal cross-sectional shape, the wide base of which is facing the recess surface of the bearing sector, in addition, a wedge made in the form of a strip of non-magnetic material is in contact with the narrow base of each sector permanent magnet bonded to the sides of adjacent sector poles in contact with it, while the outer surface of the wedges and sector poles comprise one plane facing a heel made of non-magnetic material, with the formation of a working gap with it, in addition, in the volume of the bearing sectors, a system of communicating channels is made with the possibility of supplying compressed air to it from an external source, the outlet openings of which communicate with through holes made in the sector poles communicating with working clearance. In addition, the heel is hollow and equipped with an internal power frame. In this case, the elastic gasket is made of steel in the form of a plate with annular corrugations filled with a layer of rubber or polyurethane vulcanized on both sides. In addition, sector permanent magnets are made of neodymium-iron-boron alloy, while sector permanent magnets and sector poles are bonded to bearing sectors with glue. In addition, the heel surface facing the thrust bearing is coated with a layer of highly conductive material, such as copper, and is made with high surface finish. In addition, the wedge is made in the form of a strip of non-magnetic material, such as stainless non-magnetic steel.

Сопоставительный анализ существенных признаков предложенного технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the distinguishing features of the claims solve the following functional tasks.

Признак, указывающий, что «подпятник образован корпусом, снабженным цилиндрической выемкой с плоским дном, образованной кольцевым выступом по периметру корпуса», обеспечивает фиксацию в корпусе всех элементов и работоспособность подшипника (упругой прокладки и частей газостатического и магнитного подшипника).A sign indicating that “the thrust bearing is formed by a housing provided with a cylindrical recess with a flat bottom formed by an annular protrusion along the housing perimeter” ensures that all elements are fixed in the housing and the bearing is operable (elastic gasket and parts of the gas-static and magnetic bearing).

Признак, указывающий, что «на дне цилиндрической выемки размещена упругая прокладка», обеспечивает возможность автоматического изменения величины рабочего зазора и несущей способности газостатического и магнитного подшипников.A sign indicating that "an elastic gasket is placed at the bottom of the cylindrical recess" provides the ability to automatically change the size of the working gap and the bearing capacity of the gas-static and magnetic bearings.

Признак, указывающий, что «газостатический подшипник оперт на упругую прокладку», обеспечивает возможность упругого автоматического регулирования рабочего зазора газостатического и магнитного подшипников.A sign indicating that the "gas-static bearing is supported by an elastic gasket" provides the possibility of elastic automatic control of the working clearance of gas-static and magnetic bearings.

Признаки, указывающие, что газостатический подшипник выполнен «в форме кольца, из немагнитного материала, разделенного на секторы радиально ориентированными накладками, скрепленными с корпусом подпятника», обеспечивают независимость упругих перемещений каждого сектора газостатического и магнитного подшипников в зависимости от распределения нагрузки по площади подшипника, что гарантирует необходимый осевой зазор в упорном подшипниковом узле при монтаже и в рабочем состоянии. Признаки, указывающие, что «со стороны, обращенной к пяте, периметр сектора подшипника снабжен буртиком, образующим выемку», обеспечивают возможность надежной фиксации секторных полюсов и секторных постоянных магнитов в этих выемках.Signs indicating that the gas-static bearing is made “in the form of a ring, of non-magnetic material, divided into sectors by radially oriented overlays fastened to the thrust bearing housing”, ensure the independence of the elastic displacements of each sector of the gas-static and magnetic bearings depending on the load distribution over the bearing area, which guarantees the necessary axial clearance in the thrust bearing assembly during installation and in working condition. Signs indicating that “from the side facing the heel, the perimeter of the bearing sector is provided with a shoulder forming a recess”, provide the ability to reliably fix the sector poles and sector permanent magnets in these recesses.

Признаки, указывающие, что «в выемке каждого сектора зафиксированы секторные полюса из материала с высокой магнитной проницаемостью, между которыми размещены контактирующие с ними секторные постоянные магниты с тангенциальным встречным намагничиванием», обеспечивают возможность использования электродинамических сил для поддержания пяты, т.е. позволяют дополнительно к газостатическим силам обеспечить электродинамические силы отталкивания при вращении пяты без прилипания сегментов постоянных магнитов к пяте. Это повышает несущую способность и жесткость упорного подшипникового узла.Signs indicating that “in the recess of each sector, sector poles from a material with high magnetic permeability are fixed, between which sector permanent magnets in contact with them are tangentially opposed magnetizing”, provide the possibility of using electrodynamic forces to support the heel, i.e. in addition to gas-static forces, they provide electrodynamic repulsive forces when the heel rotates without sticking the permanent magnet segments to the fifth. This increases the bearing capacity and stiffness of the thrust bearing assembly.

Признаки, указывающие, что «поперечному сечению накладок придана Т-образная форма, причем полки накладок выполнены с возможностью зацепления радиальных буртиков секторов подшипника», обеспечивают монтажный зазор и свободное осевое перемещение секторов подшипника на упругой прокладке вдоль оси вращения в пределах деформации упругой прокладки.Signs indicating that "the cross section of the linings is T-shaped, and the shelves of the linings are adapted to engage the radial flanges of the bearing sectors", provide mounting clearance and free axial movement of the bearing sectors on the elastic gasket along the axis of rotation within the deformation of the elastic gasket.

Признаки, указывающие, что «секторным постоянным магнитам придана трапециевидная форма поперечного сечения, широкое основание которых обращено к поверхности выемки сектора», а «с узким основанием каждого секторного постоянного магнита контактирует клин, выполненный в виде полосы из немагнитного материала, жестко скрепленный с контактирующими с ним сторонами соседних секторных полюсов», обеспечивают направление основной части магнитного потока в зону рабочего зазора упорного подшипникового узла для получения значительных электродинамических сил.Signs indicating that “the sector permanent magnets are given a trapezoidal cross-sectional shape, the wide base of which is facing the recessed surface of the sector”, and “the narrow wedge of each sector permanent magnet is contacted by a wedge made in the form of a strip of non-magnetic material, rigidly bonded to contact with by the sides of neighboring sector poles ”, ensure the direction of the main part of the magnetic flux into the working gap area of the thrust bearing assembly to obtain significant electrode dynamical forces.

Признаки, указывающие, что «внешняя поверхность клиньев и секторных полюсов составляют одну плоскость, обращенную к пяте, выполненной из немагнитного материала», обеспечивают формирование рабочего зазора и способствуют уменьшению деформации поверхности газостатического подшипника.Signs indicating that “the outer surface of the wedges and sector poles comprise one plane facing the heel made of non-magnetic material” provide the formation of a working gap and help to reduce the deformation of the surface of the gas-static bearing.

Признаки, указывающие, что в упорном подшипниковом узле «в объеме секторов подшипника выполнена система сообщающихся каналов с возможностью подачи в нее сжатого воздуха от внешнего источника, выходные отверстия которой сообщены с выполненными в секторных полюсах сквозными отверстиями, сообщающимися с рабочим зазором», позволяют организовать подачу смазывающего воздуха в рабочий зазор газостатического осевого подшипника.Signs indicating that in the thrust bearing unit “in the volume of the bearing sectors a communicating channel system is made with the possibility of supplying compressed air to it from an external source, the outlet openings of which are communicated with through holes made in the sector poles communicating with the working clearance”, allow organizing the supply lubricating air into the working clearance of the gas-static axial bearing.

Признак, указывающий, что в упорном подшипниковом узле «пята выполнена полой и снабжена внутренним силовым каркасом», способствует снижению массы и массовых моментов инерции ротора турбомашины, что ведет к уменьшению динамических нагрузок от гироскопического момента при вибрации корпуса турбомашины, а также улучшает динамические характеристики ротора при пуске и остановке турбомашины.A sign indicating that in the thrust bearing assembly "the heel is hollow and provided with an internal power cage", helps to reduce the mass and mass moments of inertia of the rotor of the turbomachine, which reduces dynamic loads from the gyroscopic moment during vibration of the turbomachine housing, and also improves the dynamic characteristics of the rotor when starting and stopping the turbomachine.

Признак, указывающий, что «упругая прокладка выполнена из стали в виде пластины с кольцевыми гофрами, заполненными привулканизированным с обеих сторон слоем резины или полиуретана», обеспечивает необходимую жесткость и демпфирование упругой подложки узла в рабочем состоянии, а также гашение колебаний ротора, обусловленных осевыми газодинамическими силами турбины и компрессора за счет рассеивания энергии колебаний резиной или полиуретаном.A sign indicating that “the elastic gasket is made of steel in the form of a plate with annular corrugations filled with a rubber or polyurethane layer vulcanized on both sides”, provides the necessary rigidity and damping of the elastic substrate of the assembly in working condition, as well as damping of rotor vibrations caused by axial gas-dynamic by the forces of the turbine and compressor due to the dispersion of vibrational energy by rubber or polyurethane.

Признак, указывающий, что «секторные постоянные магниты выполнены из сплава неодим-железо-бор», обеспечивает возникновение значительных электродинамических сил, обусловленных взаимодействием вихревых токов, наведенных в пяте магнитным полем секторных постоянных магнитов, с полем этих магнитов, что повышает несущую способность и жесткость упорного подшипникового узла.A sign indicating that “sectorial permanent magnets are made of a neodymium-iron-boron alloy” provides significant electrodynamic forces due to the interaction of eddy currents induced in the fifth by the magnetic field of sectorial permanent magnets with the field of these magnets, which increases the bearing capacity and stiffness thrust bearing assembly.

Признак, указывающий, что «секторные постоянные магниты и секторные полюса скреплены с секторами подшипника клеем», обеспечивает монолитность сегментных постоянных магнитов с секторами подшипника и тем самым обеспечивает работоспособность конструкции.A sign indicating that "sector permanent magnets and sector poles are bonded to bearing sectors with adhesive" ensures the solidity of segment permanent magnets with bearing sectors and thereby ensures the operability of the structure.

Признак, указывающий, что «поверхность пяты, обращенная к подпятнику, покрыта слоем высокоэлектропроводного материала, например меди, и выполнена с высокой чистотой обработки поверхности», обеспечивает увеличение вихревых токов и тем самым электродинамических сил.A sign indicating that "the heel surface facing the thrust bearing is coated with a layer of highly conductive material, such as copper, and is made with high purity surface treatment", provides an increase in eddy currents and thereby electrodynamic forces.

Признак, указывающий, что «клин выполнен в виде полосы из немагнитного материала, например, нержавеющей немагнитной стали», уточняет материал, из которого изготавливают клин и его форму.A sign indicating that "the wedge is made in the form of a strip of non-magnetic material, for example, stainless non-magnetic steel", specifies the material from which the wedge and its shape are made.

На фиг.1 показан продольный разрез, а на фиг.2, 3, 4 - поперечные разрезы упорного подшипникового узла по секторам подшипника, секторным постоянным магнитам и по пяте, соответственно. На фиг.5 показан поперечный разрез сектора.Figure 1 shows a longitudinal section, and figure 2, 3, 4 - transverse sections of the thrust bearing assembly by sectors of the bearing, sector permanent magnets and fifth, respectively. Figure 5 shows a cross section of a sector.

На чертежах показаны корпус 1, кольцевой выступ 2, упругая прокладка 3, кольцевые гофры 4, сектора 5 подшипника, немагнитные накладки 6, пята 7, буртик 8, секторные постоянные магниты 9, 10, секторные полюса 11, 12, 13, клин 14, рабочий зазор 15, внутренний силовой каркас 16, радиальные отверстия 17, тангенциальные каналы 18, штуцеры 19, уплотнительные кольца 20, 21, отверстия 22 в корпусе 1, осевые отверстия 23 в секторах 5 подшипника, осевые отверстия 24 в секторных полюсах 11, 12, 13, крышки 25, заглушки 26.The drawings show the housing 1, an annular ledge 2, an elastic gasket 3, annular corrugations 4, bearing sectors 5, non-magnetic pads 6, heel 7, shoulder 8, sector permanent magnets 9, 10, sector poles 11, 12, 13, wedge 14, working clearance 15, internal power cage 16, radial holes 17, tangential channels 18, fittings 19, o-rings 20, 21, holes 22 in the housing 1, axial holes 23 in the sectors 5 of the bearing, axial holes 24 in the sector poles 11, 12, 13, covers 25, plugs 26.

Упорный подшипниковый узел состоит из подпятника и пяты. Подпятник образован корпусом 1, снабженным цилиндрической выемкой с плоским дном, образованной кольцевым выступом 2 по периметру корпуса 1. На дне цилиндрической выемки закреплена упругая прокладка 3, выполненная в виде пластины, которая деформирована с образованием кольцевых гофров 4 из сплава с заданными упругими свойствами, например, 36НХТЮ8М, которые заполнены с обеих сторон пластины привулканизированным (или приклеенным) слоем эластичного материала, например, резины или полиуретана. На упругую прокладку 3 оперт газостатический подшипник, выполненный в форме кольца, из немагнитного материала. Газостатический подшипник равномерно разделен на сектора 5, радиально ориентированными металлическими немагнитными накладками 6, закрепленными на корпусе 1 подпятника. Со стороны, обращенной к пяте 7, периметр сектора 5 снабжен буртиком 8, образующим выемку. В выемке каждого сектора 5 равномерно распределены по окружности и зафиксированы (например, клеем), по меньшей мере, два секторных постоянных магнитов 9,10, выполненных, например, из сплава неодим-железо-бор, намагниченных в тангенциальном встречном направлении (вдоль окружности), и контактирующие с ними секторные полюса 11, 12, 13, выполненные из сплава с высокой магнитной проницаемостью, например 48КНФ.The thrust bearing assembly consists of a thrust bearing and a heel. The thrust bearing is formed by a housing 1 provided with a cylindrical recess with a flat bottom formed by an annular protrusion 2 along the perimeter of the housing 1. At the bottom of the cylindrical recess is fixed an elastic gasket 3 made in the form of a plate that is deformed to form annular corrugations 4 of an alloy with predetermined elastic properties, for example , 36НХТЮ8М, which are filled on both sides of the plate with a vulcanized (or glued) layer of elastic material, for example, rubber or polyurethane. A gasostatic bearing made in the form of a ring of non-magnetic material is supported on an elastic gasket 3. The gas-static bearing is evenly divided into sectors 5, radially oriented metal non-magnetic plates 6, mounted on the body 1 of the thrust bearing. From the side facing the heel 7, the perimeter of sector 5 is provided with a shoulder 8, forming a recess. In the recess of each sector 5, at least two sectorial permanent magnets 9.10, made, for example, of a neodymium-iron-boron alloy magnetized in the tangential opposite direction (along the circumference) are uniformly distributed around the circumference and fixed (for example, with glue) , and the sector poles 11, 12, 13 in contact with them, made of an alloy with high magnetic permeability, for example, 48KNF.

Поперечному сечению металлических немагнитных накладок 6 придана Т-образная форма, причем полки накладок 6 выполнены с возможностью зацепления радиальных буртиков 8 секторных постоянных магнитов 9, 10.The cross-section of metal non-magnetic plates 6 is given a T-shape, and the shelves of the plates 6 are made with the possibility of engagement of the radial beads 8 of the sector permanent magnets 9, 10.

Секторным постоянных магнитам 9, 10 придана трапециевидная форма поперечного сечения, широкое основание которых обращено к поверхности выемки сектора 5 подшипника, а с узким основанием каждого секторного постоянного магнита 9, 10 контактирует клин 14, выполненный в виде полосы из немагнитного материала, например нержавеющей немагнитной стали. Клин 14 жестко скреплен с контактирующими с ним сторонами соседних секторных полюсов. Внешняя поверхность секторных полюсов 11, 12, 13 и клиньев 14 составляют одну плоскость, обращенную к пяте 7, с образованием с нею рабочего зазора 15. Пята 7 выполнена полой из немагнитного электропроводного материала и снабжена внутренним силовым каркасом 16.Sector permanent magnets 9, 10 are given a trapezoidal cross-sectional shape, the wide base of which is facing the recess of the bearing sector 5, and the wedge 14 made in the form of a strip of non-magnetic material, for example stainless non-magnetic steel, contacts the narrow base of each sector permanent magnet 9, 10 . The wedge 14 is rigidly bonded to the sides of adjacent sector poles in contact with it. The outer surface of the sector poles 11, 12, 13 and the wedges 14 comprise one plane facing the heel 7, with the formation of the working gap 15. The heel 7 is made hollow of a non-magnetic electrically conductive material and is equipped with an internal power frame 16.

В объеме каждого сектора 5 подшипника выполнена система сообщающихся радиальных отверстий 17 и тангенциальных каналов 18 с возможностью подачи в них сжатого воздуха от внешнего источника (на чертеже не показан) через штуцеры 19 с надетыми на них уплотнительными кольцами 20, 21. Штуцеры 19 могут свободно перемещаться в отверстиях 22 корпуса 1 в пределах деформации гофры 4. В радиальных отверстиях 17 секторов 5 подшипника выполнены осевые отверстия 23, сообщающиеся с осевыми отверстиями 24 в секторных полюсах 11, 12, 13, выходящих в рабочий зазор 15 газостатического подшипника. Диаметр радиальных отверстий 17 сектора 5 должен быть минимальным, но суммарная площадь проходного сечения этих отверстий должна превышать суммарную площадь осевых отверстий 23, 24 сектора 5 в три-пять раз, а площадь проходного сечения тангенциального канала 18 сектора 5 должна быть больше или равна суммарной площади проходного сечения радиальных отверстий 17 сектора 5, что позволит уменьшить деформации осевого рабочего зазора 15 от действия высокого давления газа в этих отверстиях.In the volume of each bearing sector 5, a system of communicating radial holes 17 and tangential channels 18 is made with the possibility of supplying compressed air to them from an external source (not shown in the drawing) through fittings 19 with o-rings 20, 21 put on them. The fittings 19 can freely move in the openings 22 of the housing 1 within the deformation of the corrugation 4. In the radial openings 17 of the bearing sectors 5, axial openings 23 are made, communicating with the axial openings 24 in the sector poles 11, 12, 13 extending into the working gap 15 of the gas thermostat bearing. The diameter of the radial holes 17 of sector 5 should be minimal, but the total area of the passage section of these holes should exceed the total area of the axial holes 23, 24 of sector 5 by three to five times, and the area of the passage section of the tangential channel 18 of sector 5 should be greater than or equal to the total area the cross section of the radial holes 17 of the sector 5, which will reduce the deformation of the axial working gap 15 from the action of high gas pressure in these holes.

Тангенциальные каналы 18 закрыты крышками 25, радиальные отверстия 17 снабжены заглушками 26. Газостатический подшипник образован обращенными друг к другу торцевыми поверхностями секторных полюсов 11, 12, 13, немагнитных клиньев 14, секторные полюса 11, 12, 13 и пята 7 образуют магнитный подшипник.The tangential channels 18 are closed by covers 25, the radial holes 17 are provided with plugs 26. The gas-static bearing is formed by the end surfaces of the sector poles 11, 12, 13, non-magnetic wedges 14 facing each other, the sector poles 11, 12, 13 and the heel 7 form a magnetic bearing.

Упорный подшипниковый узел собирают в следующем порядке. Предварительно изготавливают корпус 1 подпятника с отверстиями 22 и сектора 5 с радиальными отверстиями 17 и тангенциальными каналами 18. Тангенциальный канал 18 закрывают крышкой 25 и обваривают ее по периметру, а затем зачищают сварные швы. В корпусе 1 подпятника закрепляют (на клей) упругую прокладку 3 необходимой жесткости, которую предварительно штампуют и термообрабатывают, для образования кольцевых гофров 4, а к гофрам, в свою очередь, привулканизируют с двух сторон резину или полиуретан. Далее между секторными полюсами 11, 12, 13, предварительно расположенными по разметке, устанавливают немагнитные клинья 14, сваривают их между собой с образованием плоской поверхности, шлифуют наружную поверхность и покрывают ее антифрикционным материалом, например ВАП-2. В выемки между секторными полюсами 11, 12, 13 вклеивают секторные постоянные магниты 9,10 и затем вклеивают полученные комплекты в секторы 5 подшипника. Сверлят осевые питающие отверстия 24 в секторных полюсах 11, 12, 13 и осевые питающие отверстия 23 в секторах 5, прочищают их и устанавливают с торцов радиальных отверстий 17 заглушки 26. На прокладку 3 равномерно по окружности устанавливают (на клей) металлические немагнитные секторы 5 подшипника и между ними устанавливают радиально ориентированные металлические немагнитные накладки 6, которые фиксируют, например винтами. Собранный подпятник устанавливают в корпусе турбомашины, монтируют ротор и на него устанавливают пяту 7.The thrust bearing assembly is assembled in the following order. Pre-made body 1 of the thrust bearing with holes 22 and sector 5 with radial holes 17 and tangential channels 18. The tangential channel 18 is closed with a lid 25 and welded around the perimeter, and then welds are cleaned. In the body 1 of the thrust bearing (glue), an elastic gasket 3 of the necessary rigidity is fixed, which is pre-stamped and heat-treated to form annular corrugations 4, and in turn, rubber or polyurethane is vulcanized on both sides. Next, non-magnetic wedges 14 are installed between the sector poles 11, 12, 13 preliminarily positioned along the marking, welded together with each other to form a flat surface, polished the outer surface and coated with antifriction material, for example VAP-2. Sector permanent magnets 9.10 are glued into the recesses between the sector poles 11, 12, 13, and then the sets obtained are pasted into the bearing sectors 5. Drill axial feed holes 24 in the sector poles 11, 12, 13 and axial feed holes 23 in sectors 5, clean them and install from the ends of the radial holes 17 of the plug 26. On the gasket 3, non-magnetic metallic sectors 5 of the bearing are mounted uniformly around the circumference (on the glue) and between them install radially oriented metal non-magnetic pads 6, which are fixed, for example with screws. The assembled thrust bearing is installed in the turbomachine body, the rotor is mounted and the heel 7 is mounted on it.

Упорный подшипниковый узел работает следующим образом. Перед началом вращения пяты 7 через отверстия 22 в корпусе 1 подпятника, штуцеры 19 в секторах 5 подшипника подают под высоким давлением смазывающий (очищенный и охлажденный) газ от внешнего компрессора или из ресивера. Этот газ поступает в тангенциальные каналы 18 и затем распределяется по радиальным отверстиям 17 секторов 5, а затем через осевые питающие отверстия 23 в секторах 5 и осевые отверстия 24 в секторных полюсах 11, 12, 13 поступает в рабочий зазор 15 упорного подшипникового узла. В результате этого пята 7 всплывает на газовом смазочном слое. При вращении пяты 7 дополнительно возникают электродинамические силы, обусловленные взаимодействием вихревых токов, наведенных в пяте 7 магнитным полем секторных постоянных магнитов 9, 10 с полем этих магнитов. Осевая составляющая электродинамических сил действует отталкивающим образом между пятой 7 и секторными полюсами 11, 12, 13. Эта сила суммируется с силами газостатического подшипника, действующими на пяту 7. В результате за счет деформации гофры 4 упругой прокладки 3 увеличивается осевой рабочий зазор 15 в упорном подшипниковом узле и при этом, ввиду увеличения осевого рабочего зазора 15, значительно снижается трение в упорном подшипниковом узле. Гофра 4 и демпфирующая упругая прокладка 3 также позволяют компенсировать температурную деформацию пяты 7. Тангенциальная составляющая электродинамической силы оказывает тормозящее воздействие, но она незначительна. С увеличением линейной скорости на поверхности пяты 7 отталкивающая составляющая электродинамической силы увеличивается, а тормозящая - уменьшается. Для увеличения вихревых токов в пяте 7 и, следовательно, электродинамической силы упорного подшипникового узла применяют омеднение поверхности пяты 7, обращенной к секторным постоянным магнитам 9, 10 и секторным полюсам 11, 12, 13, а также обработку этой поверхности с высокой чистотой.The thrust bearing assembly operates as follows. Before starting the rotation of the heel 7 through the holes 22 in the body of the thrust bearing, the fittings 19 in the bearing sectors 5 supply, under high pressure, lubricating (purified and cooled) gas from an external compressor or from the receiver. This gas enters the tangential channels 18 and then is distributed through the radial holes 17 of the sectors 5, and then through the axial supply holes 23 in the sectors 5 and axial holes 24 in the sector poles 11, 12, 13 enters the working clearance 15 of the thrust bearing assembly. As a result of this, the heel 7 floats on the gas lubricating layer. When the heel 7 rotates, additional electrodynamic forces arise due to the interaction of the eddy currents induced in the heel 7 by the magnetic field of sectorial permanent magnets 9, 10 with the field of these magnets. The axial component of the electrodynamic forces acts in a repulsive manner between the fifth 7 and sector poles 11, 12, 13. This force is combined with the forces of the gas-static bearing acting on the heel 7. As a result, due to the deformation of the corrugation 4 of the elastic strip 3, the axial working clearance 15 in the thrust bearing increases node and at the same time, due to the increase in the axial working clearance 15, the friction in the thrust bearing assembly is significantly reduced. The corrugation 4 and the damping elastic pad 3 also make it possible to compensate for the thermal deformation of the heel 7. The tangential component of the electrodynamic force has a braking effect, but it is insignificant. With an increase in the linear velocity on the surface of the heel 7, the repulsive component of the electrodynamic force increases, and the braking one decreases. To increase the eddy currents in the heel 7 and, therefore, the electrodynamic force of the thrust bearing assembly, copper plating on the heel surface 7 is applied, facing the sector permanent magnets 9, 10 and sector poles 11, 12, 13, as well as processing this surface with high purity.

При двусторонней симметричной конструкции упорного подшипникового узла магнитная и газостатическая составляющие силы реакции предлагаемого подшипникового узла, действуя симметрично и противоположно направленно, автоматически реализуют отрицательную обратную связь по отклонению пяты 7 от равновесного положения и не требуют дополнительных устройств (датчиков отклонения и быстродействующих регуляторов).With a double-sided symmetrical design of the thrust bearing assembly, the magnetic and gas-static components of the reaction force of the proposed bearing assembly, acting symmetrically and in the opposite direction, automatically implement negative feedback on the deviation of the heel 7 from the equilibrium position and do not require additional devices (deviation sensors and high-speed regulators).

Claims

1. A thrust bearing assembly including an annular heel, a thrust bearing placed with a gap configured to supply compressed air to it, characterized in that the thrust bearing is formed by a housing provided with a cylindrical recess with a flat bottom formed by an annular protrusion around the perimeter of the housing, while an elastic gasket is placed at the bottom of the cylindrical recess with a gas-static bearing supported on it, made in the form of a ring, of non-magnetic material, divided into sectors by radially oriented plates and, fastened to the thrust bearing housing, while on the side facing the heel, the perimeter of the bearing sector is provided with a shoulder forming a recess, and in the recess of each sector, sector poles of material with high magnetic permeability are fixed, between which sector permanent magnets in contact with them are placed with tangential counter magnetization, while the cross section of the pads is given a T-shape, and the shelves of the pads are made with the possibility of engagement of the radial flanges of the bearing sectors in addition, the sector permanent magnets are given a trapezoidal cross-sectional shape, the wide base of which is facing the recess surface of the bearing sector, in addition, a wedge made in the form of a strip of non-magnetic material rigidly bonded to the contact parts is in contact with the narrow base of each sector permanent magnet sides of adjacent sector poles, while the outer surface of the wedges and sector poles comprise one plane facing a heel made of non-magnetic material, with by developing a working gap with it, in addition, a system of communicating channels is made in the volume of the bearing sectors with the possibility of supplying compressed air to it from an external source, the outlet openings of which are connected with through holes made in the sector poles communicating with the working clearance.

2. The thrust bearing assembly according to claim 1, characterized in that the heel is made hollow and provided with an internal power frame.

3. The thrust bearing assembly according to claim 1, characterized in that the elastic gasket is made of steel in the form of a plate with annular corrugations filled with a layer of rubber or polyurethane vulcanized on both sides.

4. The thrust bearing assembly according to claim 1, characterized in that the sector permanent magnets are made of a neodymium-iron-boron alloy.

5. The thrust bearing assembly according to claim 1, characterized in that the sector permanent magnets and sector poles are bonded to the bearing sectors with glue.

6. The thrust bearing assembly according to claim 1, characterized in that the heel surface facing the thrust bearing is coated with a layer of highly conductive material, such as copper, and is made with high surface finish.

7. The thrust bearing assembly according to claim 1, characterized in that the wedge is made in the form of a strip of non-magnetic material, such as stainless non-magnetic steel.