RU2542806C1

RU2542806C1 - Thrust bearing assembly

Info

Publication number: RU2542806C1
Application number: RU2013137288/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Дидов; Виктор Дмитриевич Сергеев
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-02-27
Also published as: RU2013137288A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: thrust bearing unit consists of a thrust plate and a thrust journal (7). The thrust plate is composed of housing (1) with cylindrical recess and flat bottom formed by circular ledge (2) along the perimeter of the housing (1). At the bottom of the cylindrical recess there are sectors of the elastic gasket (3) with the gasostatic bearing sectors (5) supported on them, bearings, which are forming, respectively, the elastic gasket ring (3) and the ring from non-magnetic material. The side of sectors (5), facing towards the thrust journal (7), is fitted with a recess with flat bottom formed by beads (8) along the perimeter of the sector (5). In the recess of each sector (5) several sectorial permanent magnets magnetised in an axial direction, and contacting with them sectorial permanent magnets, magnetised in a longitudinal direction are evenly distributed along a circle and fixed. The cross section of cover plates (6) is T-shaped. The external surface of sector permanent magnets form a single plane facing towards the thrust journal (7), made from non-magnetic material, with forming with it of working clearance (12). In volume of sectors (5) the system of interconnected channels of small diameter with a possibility of feeding in it of compressed air from the external source is implemented, the output holes of which are connected with viaholes (20, 21), made in sectorial permanent magnets interconnecting with the working clearance (12).

EFFECT: ensuring of high bearing capacity of a thrust bearing assembly in an operating mode, reliable start of turbine, decrease of deformation of clearance in the thrust bearing assembly as a result of high pressure of gas pressurisation, damping of oscillations of turbine machine rotor, caused by axial gas dynamic forces of the turbine and compressor.

6 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 H02K 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 vibration damping material and antifriction material (see RU No. 2301361, IPC H02K 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 H02K 5/16, 20.11.2011 г.).Also known is a thrust bearing assembly, 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 H02K 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-up of a turbomachine, reducing the clearance in the thrust bearing assembly from high gas boost pressure, in damping of 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, отличающийся тем, что подпятник образован корпусом подпятника, снабженным цилиндрической выемкой с плоским дном, образованной кольцевым выступом по периметру корпуса, при этом на дне цилиндрической выемки размещены сектора упругой прокладки с опертыми на них секторами газостатических подшипников, образующих, соответственно, кольцо упругой прокладки и кольцо из немагнитного материала, при этом сторона секторов газостатических подшипников, обращенная к пяте, снабжена выемкой с плоским дном, образованной буртиками по периметру сектора газостатического подшипника, причем в выемке каждого сектора зафиксированы секторные постоянные магниты с формированием схемы Хальбаха, для чего использованы магниты, намагниченные в осевом и тангенциальном направлениях, при этом магниты, намагниченные в осевом направлении, размещены между контактирующими с ними боковыми стенками постоянными магнитами, намагниченными в тангенциальном направлении, при этом поперечному сечению накладок придана T-образная форма, причем полки накладок выполнены с возможностью зацепления радиальных буртиков секторов газостатических подшипников, при этом внешняя поверхность секторных постоянных магнитов составляет одну плоскость, обращенную к пяте, выполненной из немагнитного материала, с образованием с нею рабочего зазора газостатического подшипника, кроме того, в объеме секторов подшипника выполнена система сообщающихся каналов малого диаметра с возможностью подачи в нее сжатого воздуха от внешнего источника, выходные отверстия которой сообщены со сквозными отверстиями, выполненными в секторных постоянных магнитах, сообщающимися с рабочим зазором газостатического подшипника. Кроме того пята выполнена полой и снабжена внутренним силовым каркасом. При этом упругая прокладка выполнена из стали с кольцевыми гофрами, заполненными привулканизированным с обеих сторон слоем резины или полиуретана. Кроме того постоянные магниты выполнены из сплава неодим-железо-бор. При этом секторные постоянные магниты 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.The specified technical result is achieved in that the thrust bearing assembly comprising 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 the thrust bearing housing provided with a cylindrical recess with a flat bottom formed by an annular protrusion along the perimeter of the housing, while at the bottom of the cylindrical recess posted by the sector of the elastic gasket supported on them sectors of thermostatic bearings, forming, respectively, rings an elastic gasket and a ring of non-magnetic material, while the side of the sectors of gas-static bearings facing the heel is equipped with a recess with a flat bottom formed by flanges along the perimeter of the sector of the gas-static bearing, and sector permanent magnets are fixed in the recess of each sector with the formation of a Halbach scheme, for which magnets magnetized in the axial and tangential directions, while magnets magnetized in the axial direction are placed between the side walls in contact with them permanent magnets magnetized in the tangential direction, while the cross-section of the plates is given a T-shape, and the shelves of the plates are made with the possibility of engagement of the radial flanges of the sectors of gas-static bearings, while the outer surface of the sector permanent magnets is one plane facing a heel made of non-magnetic material, with the formation of a working gap of a gas-static bearing with it, in addition, a system of communicating channels is made in the volume of bearing sectors small diameter 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 sectorial permanent magnets in communication with the working clearance of the gas-static bearing. In addition, the heel is made hollow and equipped with an internal power frame. In this case, the elastic gasket is made of steel with annular corrugations filled with a layer of rubber or polyurethane vulcanized on both sides. In addition, the permanent magnets are made of a neodymium-iron-boron alloy. In this case, the sector permanent magnets are bonded to the 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.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis 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.

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

Признаки, указывающие, что «на дне цилиндрической выемки размещены сектора упругой прокладки с опертыми на них секторами газостатических подшипников» и образуют «соответственно, кольцо упругой прокладки и кольцо из немагнитного материала», обеспечивают независимость перемещений каждого сектора газостатического подшипника, что гарантирует необходимый осевой зазор в упорном подшипниковом узле при монтаже и в рабочем состоянии и облегчает монтаж секторных постоянных магнитов в секторах газостатического подшипника.Signs indicating that “on the bottom of the cylindrical recess are placed sectors of the elastic gasket with the sectors of the gasostatic bearings supported on them” and form “respectively, the ring of the elastic gasket and the ring of non-magnetic material”, ensure that the movements of each sector of the gasostatic bearing are independent, which ensures the necessary axial clearance in the thrust bearing unit during installation and in working condition and facilitates the installation of sector permanent magnets in sectors of a gas-static bearing.

Признаки, указывающие, что «сторона секторов газостатических подшипников, обращенная к пяте, снабжена выемкой с плоским дном, образованной буртиками по периметру сектора газостатического подшипника», обеспечивают возможность надежной фиксации вкладышей газостатического подшипника, в этих выемках.Signs indicating that “the side of the sectors of the gasostatic bearings facing the heel is provided with a recess with a flat bottom formed by flanges along the perimeter of the sector of the gasostatic bearing”, provide the possibility of reliable fixation of the shells of the gasostatic bearing in these recesses.

Признаки, указывающие, что «в выемке каждого сектора зафиксированы секторные постоянные магниты с формированием схемы Хальбаха, для чего использованы магниты, намагниченные в осевом и тангенциальном направлениях, при этом магниты, намагниченные в осевом направлении, размещены между контактирующими с ними боковыми стенками постоянными магнитами, намагниченными в тангенциальном направлении», позволяют дополнительно к газостатическим силам обеспечить значительные электродинамические силы отталкивания при вращении пяты без прилипания секторных постоянных магнитов к пяте. Это повышает несущую способность и жесткость упорного подшипникового узла. При этом схема намагничивания (схема Хальбаха) секторных постоянных магнитов обеспечивает увеличение магнитного потока и направление его основной части в зону рабочего зазора упорного подшипникового узла для получения значительных электродинамических сил.Signs indicating that “sector permanent magnets are fixed in the recess of each sector with the formation of a Halbach scheme, for which magnets magnetized in the axial and tangential directions are used, while the magnets magnetized in the axial direction are placed between the permanent magnets in contact with the side walls, magnetized in the tangential direction, ”in addition to the gas-static forces, they provide significant electrodynamic repulsive forces when the heel rotates without sticking I'm sectorial permanent magnets to heel. This increases the bearing capacity and stiffness of the thrust bearing assembly. At the same time, the magnetization scheme (Halbach scheme) of sector permanent magnets provides an increase in magnetic flux and the direction of its main part to the working gap area of the thrust bearing assembly to obtain significant electrodynamic forces.

Признаки, указывающие, что «поперечному сечению накладок придана T-образная форма, причем полки накладок выполнены с возможностью зацепления радиальных буртиков секторов газостатических подшипников, при этом внешняя поверхность секторных постоянных магнитов составляет одну плоскость, обращенную к пяте, выполненной из немагнитного материала, с образованием с нею рабочего зазора газостатического подшипника», формируют монтажный зазор в газостатическом подшипнике, препятствуют перемещению секторов газостатических подшипников в осевом направлении, а жесткое скрепление секторных постоянных магнитов и секторов подшипника, способствует уменьшению деформации поверхности газостатического подшипника и восприятию им высоких нагрузок.Signs indicating that “the cross section of the linings is T-shaped, and the shelves of the linings are adapted to engage radial flanges of sectors of gas-static bearings, while the outer surface of the sector permanent magnets is one plane facing a heel made of non-magnetic material, with the formation with it the working gap of the gasostatic bearing ”, form the mounting gap in the gasostatic bearing, prevent the sectors of gasostatic bearings from moving into the axle m direction and rigid bond sector permanent magnets and bearing sectors, reduces surface deformation gas-static bearings and their perception of high loads.

Признаки, указывающие, что в упорном подшипниковом узле «в объеме секторов подшипника выполнена система сообщающихся каналов малого диаметра с возможностью подачи в нее сжатого воздуха от внешнего источника, выходные отверстия которой сообщены со сквозными отверстиями, выполненными в секторных постоянных магнитах, сообщающимися с рабочим зазором газостатического подшипника», позволяют организовать подачу сжатого воздуха в рабочий зазор газостатического упорного подшипника и уменьшить деформации осевого зазора от действия высокого давления газа в этих каналах.Signs indicating that in the thrust bearing assembly “in the volume of the bearing sectors, a system of communicating channels of small diameter 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 sectorial permanent magnets communicating with the working gap of the gas-static bearing ”, allow to organize the supply of compressed air into the working clearance of the gas-static thrust bearing and reduce the deformation of the axial clearance from the action of high the gas pressure in these channels.

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 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 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 forces of the turbine and compressor due to the dispersion of vibrational energy by rubber or polyurethane.

Признак, указывающий, что «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 “permanent magnets are made of neodymium-iron-boron alloy” provides significant electrodynamic forces due to the interaction of eddy currents induced in the fifth by the magnetic field of sector permanent magnets with the field of these magnets, which increases the bearing capacity and stiffness of the resistant bearing assembly.

Признак, указывающий, что «секторные постоянные магниты и сектора подшипника скреплены клеем», обеспечивает монолитность секторных постоянных магнитов с секторами подшипника и, тем самым, обеспечивают работоспособность конструкции.A sign indicating that "sector permanent magnets and bearing sectors are bonded with glue" ensures the solidity of sector 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 covered with a layer of highly conductive material, such as copper, and is made with high surface finish", provides an increase in eddy currents and, thereby, electrodynamic forces.

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

На чертежах показаны корпус 1, кольцевой выступ 2, упругая прокладка 3, кольцевые гофры 4, секторы 5 подшипника, металлические немагнитные накладки 6, пята 7, буртик 8, постоянные магниты 9, 10, 11, рабочий зазор 12, внутренний силовой каркас 13, радиальные отверстия 14, тангенциальные каналы 15, штуцеры 16, уплотнительные кольца 17, 18, осевые отверстия 19 в корпусе 1, осевые отверстия 20 в секторах 5 подшипника, осевые отверстия 21 в секторных постоянных магнитах 9, 10, 11, крышки 22, заглушки 23.The drawings show the housing 1, the annular protrusion 2, the elastic gasket 3, the annular corrugations 4, the sectors 5 of the bearing, metallic non-magnetic pads 6, the heel 7, the flange 8, the permanent magnets 9, 10, 11, the working gap 12, the internal power frame 13, radial holes 14, tangential channels 15, fittings 16, o-rings 17, 18, axial holes 19 in the housing 1, axial holes 20 in sectors 5 of the bearing, axial holes 21 in sector permanent magnets 9, 10, 11, covers 22, plugs 23 .

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 в виде пластины, которая деформирована с образованием кольцевых гофров 4 из стали с заданными упругими свойствами, например, 36НХТЮ8М, заполненными привулканизированным слоем резины или полиуретана. На упругую прокладку 3 оперты сектора газостатического подшипника, образующие, соответственно, кольцо упругой прокладки 3 и кольцо из немагнитного материала, состоящие из металлических немагнитных секторов 5, расположенных равномерно по окружности между радиально ориентированными металлическими немагнитными накладками 6, закрепленными на корпусе 1 подпятника. При этом сторона секторов 5 газостатических подшипников, обращенная к пяте 7, снабжена выемкой с плоским дном, образованной буртиками 8 по периметру сектора газостатического подшипника. В выемке каждого сектора 5 подшипника равномерно распределены по окружности и зафиксированы (например, клеем) несколько секторных постоянных магнитов 9, выполненных, например, из сплава неодим-железо-бор, намагниченных в осевом направлении, и контактирующие с ними секторные постоянные магниты 10, 11, намагниченные в тангенциальном направлении (вдоль окружности). Внешняя поверхность секторных постоянных магнитов 9, 10, 11 составляют одну плоскость, обращенную к пяте 7, с образованием с нею рабочего зазора 12. Пята 7 выполнена полой из немагнитного электропроводного материала и снабжена внутренним силовым каркасом 13.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. An elastic gasket 3 is fixed at the bottom of the cylindrical recess 3 in the form of a plate that is deformed to form annular corrugations 4 of steel with predetermined elastic properties, for example, 36НХТЮ8М filled with a vulcanized layer of rubber or polyurethane. The sectors of the gas-static bearing are supported on the elastic gasket 3, forming, respectively, the ring of the elastic gasket 3 and the ring of non-magnetic material, consisting of metal non-magnetic sectors 5, arranged uniformly around the circumference between radially oriented metal non-magnetic plates 6, mounted on the body 1 of the thrust bearing. In this case, the side of the sectors 5 of the gas-static bearings, facing the heel 7, is equipped with a recess with a flat bottom formed by the beads 8 around the perimeter of the sector of the gas-static bearing. In the recess of each sector 5 of the bearing, several sectorial permanent magnets 9 are evenly distributed around the circumference and fixed (for example, with glue), made, for example, of a neodymium-iron-boron alloy, magnetized in the axial direction, and sectorial permanent magnets in contact with them 10, 11 magnetized in the tangential direction (along a circle). The outer surface of the sector permanent magnets 9, 10, 11 comprise one plane facing the heel 7, with the formation of a working gap 12. The heel 7 is hollow of a non-magnetic electrically conductive material and is equipped with an internal power frame 13.

В объеме каждого сектора 5 подшипника выполнена система сообщающихся радиальных отверстий 14 и тангенциальных 15 каналов с возможностью подачи в них сжатого воздуха от внешнего источника (на чертеже не показан) через штуцеры 16 с надетыми на них уплотнительными кольцами 17, 18. Штуцеры 16 могут свободно перемещаться в осевых отверстиях 19 корпуса 1 в пределах деформации гофры 4. Диаметр радиальных отверстий 14 сектора 5 должен быть как можно меньше, но площадь их проходного сечения должна превышать суммарную площадь отверстий 20 сектора 5 и отверстий 21 в три-пять раз, а площадь проходного сечения тангенциального канала 15 сектора 5 должна быть больше или равна суммарной площади проходного сечения радиальных отверстий 14 сектора 5, что позволит уменьшить деформации осевого рабочего зазора 12 от действия высокого давления газа в этих отверстиях.In the volume of each sector 5 of the bearing, a system of communicating radial holes 14 and tangential 15 channels is made with the possibility of supplying compressed air to them from an external source (not shown in the drawing) through fittings 16 with o-rings 17, 18 put on them. The fittings 16 can freely move in the axial holes 19 of the housing 1 within the deformation of the corrugation 4. The diameter of the radial holes 14 of the sector 5 should be as small as possible, but the area of their passage section should exceed the total area of the holes 20 of the sector 5 and the holes 21 three to five times, and the passage section of the tangential channel area 15 sector 5 must be greater than or equal to the total flow area of the radial holes 14 of sector 5, thereby reducing the deformation of the axial working air gap 12 from the high gas pressure acts in these holes.

В радиальных отверстиях 14 секторов 5 подшипника выполнены осевые отверстия 20, сообщающиеся с осевыми отверстиями 21, в секторных постоянных магнитах 9, 10, 11, выходящих в рабочий зазор 12 газостатического подшипника. Тангенциальные каналы 15 закрыты крышками 22, радиальные отверстия 14 снабжены заглушками 23. Газостатический подшипник образован обращенными друг к другу торцевыми поверхностями секторных постоянных магнитов 9, 10, 11 и пяты 7 и зазором 12 между ними. Секторные постоянные магниты 9, 10, 11 и пята 7 образуют упорный магнитный подшипник.In the radial holes 14 of the bearing sectors 5, axial holes 20 are made, communicating with the axial holes 21, in sector permanent magnets 9, 10, 11, which extend into the working clearance 12 of the gas-static bearing. The tangential channels 15 are closed by covers 22, the radial holes 14 are provided with plugs 23. The gas-static bearing is formed by the end surfaces of the sector permanent magnets 9, 10, 11 and the heel 7 facing each other and a gap 12 between them. Sector permanent magnets 9, 10, 11 and heel 7 form a thrust magnetic bearing.

Упорный подшипниковый узел собирают в следующем порядке. Предварительно изготавливают корпус 1 подпятника с отверстиями 19 и сектора 5 подшипника с радиальными отверстиями 14 и тангенциальными каналами 15. Тангенциальный канал 15 закрывают крышкой 22 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 для образования кольцевых гофров 4 и термически обрабатывают, а к гофрам 4, в свою очередь, привулканизируют с двух сторон резину или полиуретан. В сектора 5 подшипника вклеивают секторные постоянные магниты 9, 10, 11. Далее шлифуют наружную поверхность секторных постоянных магнитов 9, 10, 11 и покрывают ее немагнитным антифрикционным материалом, например, ВАП-2. Сверлят осевые питающие отверстия 21 в секторных постоянных магнитах 9, 10, 11 и осевые отверстия 20 в секторах 5 подшипника, прочищают их и устанавливают с торцов радиальных отверстий 14 заглушки 23. На упругую прокладку 3 равномерно по окружности устанавливают (на клей) металлические немагнитные сектора 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 19 and bearing sectors 5 with radial holes 14 and tangential channels 15. The tangential channel 15 is closed with a lid 22 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 to form annular corrugations 4 and thermally processed, and rubber or polyurethane is vulcanized on both sides of the corrugations 4. Sector permanent magnets 9, 10, 11 are glued into the bearing sectors 5. Next, the outer surface of the sector permanent magnets 9, 10, 11 is ground and coated with a non-magnetic antifriction material, for example, VAP-2. Drill axial feed holes 21 in the sector permanent magnets 9, 10, 11 and axial holes 20 in the sectors 5 of the bearing, clean them and install from the ends of the radial holes 14 of the plug 23. On the elastic gasket 3 uniformly on the circumference install metal non-magnetic sectors (glue) 5 of the bearing 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 19 в корпусе 1, штуцеры 16, 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 15, распределяется по радиальным отверстиям 14 секторов 5 подшипника, а затем через осевые питающие отверстия 20 в секторах 5 подшипника и осевые отверстия 21 в секторных постоянных магнитах 9, 10, 11 поступает в рабочий зазор 12 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, 11 с полем этих магнитов. Осевая составляющая электродинамических сил действует отталкивающим образом между пятой 7 и секторными постоянными магнитами 9, 10, 11. Эта сила суммируется с силами газостатического подшипника, действующими на пяту 7. В результате увеличивается осевой рабочий зазор 12 в подшипнике за счет деформации гофры 4, упругой прокладки 3 и при этом значительно снижается трение в подшипнике ввиду увеличения осевого зазора в подшипнике. Гофра 4 и демпфирующая подложка 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 отталкивающая составляющая электродинамической силы увеличивается, а тормозящая - уменьшается. Для увеличения вихревых токов в пяте 7 и, следовательно, электродинамической силы упорного подшипникового узла применяется омеднение поверхности пяты, обращенной к секторным постоянным магнитам 9, 10, 11, а также обработка этой поверхности с высокой чистотой.The thrust bearing assembly operates as follows. Before starting the rotation of the heel 7 through holes 19 in the housing 1, fittings 16, in sectors 5 of the bearing, lubricating (purified and cooled) gas is supplied under high pressure from an external compressor or from the receiver. This gas enters the tangential channels 15, is distributed through the radial holes 14 of the bearing sectors 5, and then through the axial feed holes 20 in the bearing sectors 5 and axial holes 21 in the sector permanent magnets 9, 10, 11 enters the working clearance 12 of the 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 the sector permanent magnets 9, 10, 11 with the field of these magnets. The axial component of electrodynamic forces acts in a repulsive manner between the fifth 7 and sectorial permanent magnets 9, 10, 11. This force is added to the forces of the gas-static bearing acting on the fifth 7. As a result, the axial working clearance 12 in the bearing increases due to deformation of the corrugation 4, elastic gasket 3 and thus significantly reduces friction in the bearing due to the increase in axial clearance in the bearing. The corrugation 4 and the damping substrate 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 heel surface, the repulsive component of the electrodynamic force increases, while the braking one decreases. To increase the eddy currents at the heel 7 and, therefore, the electrodynamic force of the thrust bearing unit, copper plating of the heel surface facing the sector permanent magnets 9, 10, 11, and also processing of this surface with high purity are used.

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

Claims

1. Thrust bearing assembly comprising 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 the thrust bearing housing provided with a cylindrical recess with a flat bottom formed by an annular protrusion along the perimeter of the housing, on the bottom of the cylindrical recess are placed sectors of the elastic gasket with sectors of gas-static bearings supported on them, forming, respectively, an elastic gasket ring and a ring of non-magnetic material In this case, the side of the sectors of gas-static bearings facing the heel is equipped with a notch with a flat bottom formed by beads along the perimeter of the sector of the gas-static bearing, and sector permanent magnets are fixed in the notch of each sector with the formation of a Halbach circuit, for which magnets magnetized in the axial and tangential directions, while the magnets magnetized in the axial direction are placed between the side walls in contact with them by permanent magnets magnetized in the tangential in the opposite direction, while the cross section of the plates is given a T-shape, and the shelves of the plates are adapted to engage radial flanges of sectors of gas-static bearings, while the outer surface of the sector permanent magnets is one plane facing a heel made of non-magnetic material, with the formation of the working gap of the gas-static bearing, in addition, in the volume of the bearing sectors, a system of communicating channels of small diameter is made with the possibility of feeding into it of air from an external source, wherein the outlet openings communicated with through holes formed in the permanent magnet sector communicating with the working gap gas-static bearings.

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 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 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 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.