RU26092U1 - Газовый подшипник - Google Patents

Description

Газовый подшипник.

Полезная модель относится к мапганостроению, а именно, к газосхахичесшой -опсфам х колкжения и может быть -использована на турбоустановках, нанример, в авиационных газотурбинных двигателях.

Известен газовый подппшник (см. а. с. № 15 09565 «Газовый подшшпппс, кл. F16C 32/06, опубликованное в 1984 г.), содержапщй пьезокерамический вкладыш, выполненный с возможностью перемещения в .радиальном .нагцшвлении в ж)льцевой хфоточке подшипника. На внутреннюю и внешнюю цилиндрические поверхности вкладыша нанесены электроды для соединения с источником электрических сигналов. Электроды выполнены в форме секторов и расположены вдоль поперечной оси вкладыша. На подпшннике установлены датчики скорости и положения -ОСИ .вращешм вала, .связшишю через 5лок ухфавлешм нсхочнжжом электрических сигналов.

Нри включении агрегата вал всплывает за счет гидродинамического эффекта. В случае возникновения неустойчивого положения вала, блок управления формирует величину амплитуды электрического сигнала в зависимости т -сигналов х; датчиков и значеш е до изменения режима работы. Нод действием данного сигнала вкладыш деформируется, изменяя форму циркуляционного канала подшипника. Благодаря предложенному расположению электродов наибольшая деформация вкладыша происходит в направлении поперечной оси.

Однако, таким изменением формы вкладыша нельзя добиться стабилизации положения вала. Нри малой частоте вращения возможен прямой контакт вала с опорной поверхностью корпуса, что в конечном жг-оге может хфивести к .аварии. Кроме того, при электромагнитных возмущениях вызванных, например, молнией для работоспособности такого подшипника потребуется установка защиты от электромагнитных возмущений, что приведет к усложнению всей системы. Наконец, при

М.кл :Р16С32/06 .(305 В 11/44

больших мощностях энергетической установки могут возникнуть экологические щюбдемы, хжязашше с защитой х)т электромагнитах возмущений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому газовому подщшшику является подшипник, описанный в а.с. СССР №740987 «Способ регулирования равномерности зазора в гидростатическом подшипнике, кл. F16 С 32/06, опубликовано 15.06,1980 г.

Заявленный подппшник содержит корпус опоры, вал, сопла, выполненные в корпусе опоры, источник питания. В корпус опоры ввертывается комплект входа х фосселей, 1федашзначешвмх ддя подачи воздуха под давлением в циркулящюнный зазор. Сопла соединены гибкими трубками с блоком пневмомикрометров, имеющем единую шкалу делений, причем каждое сопло соединено соответственно с одним его входом. В коммуникационные магистрали, связанные с источником питания, встроены запорные вентили. При отьфытых вентилях вал под действием гидростатических сил самоустанавливается относительно корпуса опоры, образуя пиркуляционный зазор.

Уровень жидкости в трубках пневмомикрометров изменяется в зависимосш от расстош1зм между соплом и поверхностью вала. В .аросселн вставляют технологический штупер для изменения их гфопускной способности и с помощью винта добиваются необходимой величины пропускной способности до тех пор пока уровень жидкости в трубках не будет одинаковым.

Так как проходаая площадь дросселей данного подщштннка не может меняться в зависимости от изменения положения вала, то устройство не может быть использовано в изменяемых условиях работы.

В щ)едложе1шой полезной модели решается задача автоматического управления положением вала относительно опорной поверхности корпуса, что позволяет ей надежно работать в условиях переменных внешних сил в ввде перегрузок на авиационных газотурбинных двигателях при маневрах летательного аппарата. Преимуществом рассмотренной полезной модели является также применение в ней струйной системы утфавления без подвижных деталей, что обеспечивает ее высокое быстродействие.

Поставленная задача решается тем, что газовый подппшшяс, содержапщй корпус опоры с вьшолненными в нем соплами, вал, исполнительный механизм с комплектом входных дросселей, источник питания и коммуникационными магистралями, снабжен автоматической системой управления, содержащей усилитель, соединенный со струйным элементами, itpm этом каждая пара входов дааметралп но щ)отиволежа11щх сопел соединена соответственно с входами каналов одного и того же струйного элемента и с источником питания, а каждая пара входов даиметрально противолежащих дросселей соеданена с соответствующей парой выходов усилителя.

На фигуре 1 представлена схема устройства, реалгоующая предложенную полезную модель. На фигуре 2 щюдст влена характ зистжка работы струйного элемента.

Представленный газовый подшипник с автоматическим управлением состоит из следующих элементов: корпуса опоры 1, внутри которого расположен вал 2, с выполненными в корпусе соплами 3, 4, 5, 6 и комплектом входных дросселей 7, 8, 9, 16, струйюах элементов 11Д2, усилителя 13, источника питания 14. Сопло 3 соедршено коммуникационной магистралью с входом 15 струйного элемента 11, а так же с дросселем 30 источшйса шгшЕшя 14. Сопло 5 соеданено коммуншсшщовиой магистралью с входом 16 стрзпйного элеменга 11, а так же с дросселем 29 источника питания 14. Сопло 6 соединено коммуникационной магистралью с входом 18 струйного элемента 12, а так же с дросселем 28 источника питания 14. Сопло 4 соединено коммуникационной магистралью с входом 17 струйного элемента 12, а так же с дросселем 27 источника питания 14. Струйш 1е элементы 11, 12 имеют соответственно по два входа 15, 16, 17, 18 и по два выхода 19, 20, 21, 22 и каналы питания 23, 24. Каналы питания 23, 24 струйных элементов 11, 12 соеданеш соотаетствешю с дросселяаш 31, 32, источника питания 14. Выходы струйного элемента 11 соединены с входами усилителя 13, выход 19 с входом 33, а выход 20 с входом 34. Выходы второго струйного элемента 12 соединены с входами усилителя 13, выход 22 с входом 35, а выход 21 с входом 36. Выходы усилигелей соединены с дросселями в сле тющем порядке: выход 37 с дросселем 7, выход 38 с дросселем 9, выход 39 с дросселем 8, выход 40 с дросселем 10. Источник питания состоит из аккумулятора давления 25, крана 26, дросселей 27, 28, 29, 30 ,31, 32, коммушжавдюнных мщистралей. Аккумулятор дшления соединен коммуникационной магистралью с краном 26, который соединен коммуникационной магистралью с компрессором и со всеми выходами источника давления, дросселям 30,29, 28, 27,31,32 источника питания 14. Струйные элементы 11,12, сопла 3, 5, 6, 4 и коммуникационные магистрали их соединяющие составляют контур регистрации положения вала, а усилитель 13, дроссели 7, 8, 9, 10 и коммуникационные магистрали их соединяюпще - контур угфавления положением вала. Контур регистрации ноложения вала базируется на использовании принципа «сопла-заслонки, где роль заслонки выполняет сам вал 2, а соплом является дроссель размещенный в опоре 1.

До начала работы системы под действием силы тяжести вал 2 находится на нижней части опорной поверхности и закрывает собой сопло 5. После подачи давления в систему от источшоса питания 14 давлешсе на входном канале 16 струйного элемента 11 максимально, так как через закрытое сопло 5 расход воздуха равен нулю. Давление во втором входном канале 15 струйного элемента 11 минимально, из-за того, что сопло 3, расположенное на верхней опорной части поверхности при данном положении вала полностью раскрыто. Под воздействием перепада давлеинй

на входах струйного элемента 11, в соответствии с характеристикой показанной на фиг. 2 , струя внутри него отклоняется в сторону канала 19. Соответственно в другой выходной канал струйного элемента 20 поступает меньший расход воздуха. Пройдя через усилитель 13, данные сигналы подаются на входы дросселей 7, 9 в корпусе 1 подшипника. В результате чего давление в нижней полости вала 2 начинает нарастать, и под действием гидростатических сил вал 2 отрывается от корпуса опоры 1. Пока вал, по мере его движения к центру подшипника находится на равном расстоянии от сопел 6 и 4, обеспечивая тем самым через них равные расходы газа, а, следовательно, и распределение струи канала питания 24 по выходам 22, 21 струйного элемента 12, в дросселя 8 и 10 подаются равные расходы газа.

При появлении внешних возмущений в виде перегрузок от действия инерционных масс при наличии ускорений, произойдет отклонение вала от центрального положения, приводящее к зпменьшению расхода газа через сопло, в чью сторону произошло перемещение и увеличение его расхода через другое сопло, расположенное напротив него. При этом изменятся и уровни давлений на входах струйных элементов, что в соответствии с характеристикой фиг. 2, приведет к изменению давлений на их выходах, а так же изменению давлений на выходах усилителя, создающие в конечном итоге перепад давлений между щ)отивоположными поверхностями вала, в направлении которых происходило перемещение. За счет действия этой газостатической силы вал стремится достичь центра подпшшшка.

Рассмотрим пример. Вал под воздействием внепшей силы F отклонился, как показано на фиг. 1. Сопла 4, 5 оказываются прикрытыми, следовательно, расход через них меньше чем расход через сопла 6, 3 которые открыты. Между входами каждой пары 4, 6 и 5, 3, диаметрально противоположных сопел возникает перепад давлений, используемый системой как входной параметр управления. Под действием данного перепада давлений на входах струйного элемента 16,15 и 17,18 струя из канала питания 23, 24 струйных элементов 11 12 отклоняется в струйном элементе 11 в направлении выходного канала 19, а в струйном элементе 12 в направлении канала 22. При этом часть струй попадает и в выходные каналы струйных элементов 20, 21 в соответствии с характеристикой фиг. 2. Пройдя через усилитель все сигналы, подаются к дросселям: от выхода 19 струйного элемента 11 к дросселю 7, от выхода 20 к дросселю 9, от выхода 22 струйного элемента 12 к дросселю 10, от выхода 21 к дросселю 8. Давление со стороны вала, куда подастся газ, через дроссели 10 и 7 начинает расти, а со стороны дросселей 9, 8 практически не меняется. Перепад между поверхностями растет и вал 2 начинает перемещаться в сторону дросселей 9, 8 то есть по направлению центра подшипника. По мере щ)иближения вала к центру, в соответствии с характеристикой CTpj iHoro элемента, сила от перепада давлений, действующая на вал, уменьшается. В результате этого разность давлений на входах струйных элементов уменьшается, и давления в их выходных каналах стремятся к

равенству. Вал остановится там, где газостатическая сила будет равна внешней силе. Для парирования постоянных внешних сил, таких как сила земного притяжения, вводится специальная коррекция в струйном элементе. То есть в канал 19 струйного элемента 11 всегда будет подаваться заведомо больший расход, обеспечиваемый конструкцией струйного элемента или внешней схемой смещения на величину, обеспечиваюшую совпадение гфодольной оси вала с геометрическим центром подшипника.

Переключение режимов питания при работе в газотурбинной установке осуществляется краном 26 в источнике питания, после режима запуска и до повышения частоты вращения вала, при которых давления воздуха от компрессора будет достаточно для нормального функционирования системы автомагического управления положением вала. Отличие режима запуска от рабочего ретсима состоит в том, что вал 2 может не вращаться и перемещается только под действием газостагических сил, что является одним из достоинств данного газового подшипника.

Использование предложенной полезной модели позволяет регулировать зазор между валом и корпусом подшипника автоматически, что делает возможным использование ее на турбоустановках, где невозможно проводить регулировку вручную, например, в авиационных газотурбинных двигателях. Кроме того, применение в предложенном газовом подшипнике струйных элементов позволяет обходиться без подвижных деталей, обеспечивая тем самым высокое быстродействие.

Claims (1)

1. Газовый подшипник, содержащий корпус опоры с выполненными в нем соплами, вал, исполнительный механизм в виде комплекта входных дросселей, источник питания и коммуникационные магистрали, отличающийся тем, что подшипник снабжен автоматической системой управления, содержащей усилитель, соединенный со струйными элементами, при этом каждая пара входов диаметрально противолежащих сопел соединена соответственно с входами каналов одного и того же струйного элемента и с источником питания, а каждая пара входов диаметрально противолежащих дросселей соединена с соответствующей парой выходов усилителя.