RU2630271C1

RU2630271C1 - Gasostastic bearing

Info

Publication number: RU2630271C1
Application number: RU2016120660A
Authority: RU
Inventors: Павел Викторович Булат; Владимир Николаевич Бесчастных
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр трансфера технологий "Кулон"
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-09-06

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: gasostatic bearing contains a ring-shaped body (1) having at least one block (3), on which support surface there are two grooves, which are able to be connected through the throttling holes in the block (3) with the lubrication system in the bearing lubrication gap formed by the shaft and the support surface of the block (3), one of the grooves (10) is straight and located on the leading edge side of the block support surface (3), and the second one (11) is located on the upstream side of the support block (3) and has a crescent or arcuate shape. An annular groove is formed on the inner generating body surface (1), and on the block (3) there is a pin with a hole. Mounting of the block (3) on the body (1) is carried out by means of a pin (6) inserted into the bushings (5), installed in the body holes (1) made in the annular groove area and passing through the pin hole (4), located with gap in the body groove (1). In this case, an annular protrusion of spherical shape is provided on the pin (6), which is located with a gap in the pin hole.

EFFECT: increase the load bearing capacity with minimum lubricant consumption.

6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к деталям машин, а именно к конструкциям радиальных и упорных газостатических подшипников, предназначенных для использования, в частности, в высокоскоростных роторных системах, например, компрессоров, турбин, электрогенераторов.The invention relates to machine parts, and in particular to designs of radial and thrust gas-static bearings intended for use, in particular, in high-speed rotor systems, for example, compressors, turbines, electric generators.

Известен (см. патент US 3318557) сегментный газостатический подшипник, выполненный в виде несущей поверхности, на которую нанесены канавки, образующие контур подвода смазочного газа в зазор подшипника. Согласно изобретению канавки могут быть либо одиночными прямой формы, либо образующими определенный контур. В частности описаны канавки Н-образной формы и канавки, образующие замкнутый прямоугольный контур с центральной перемычкой, в которые газ подводится через один дроссель. Данный подшипник относится к так называемым подшипникам с контурным подводом смазки, у которых через систему канавок на поверхности колодок, образующих замкнутый контур, в рабочий зазор подшипника подводится смазка. Основным недостатком данных подшипников является повышенный расход смазки, обусловленный утечками смазки через канавки, находящиеся в зонах подшипника с пониженным давлением.Known (see patent US 3318557) segmental gas-static bearing, made in the form of a bearing surface, on which grooves are applied, forming a circuit for supplying lubricating gas to the bearing clearance. According to the invention, the grooves can be either single, straight, or forming a certain contour. In particular, H-shaped grooves and grooves forming a closed rectangular contour with a central jumper into which gas is supplied through one throttle are described. This bearing refers to the so-called bearings with a contour supply of lubricant, in which lubrication is introduced into the working clearance of the bearing through a system of grooves on the surface of the blocks forming a closed circuit. The main disadvantage of these bearings is the increased lubricant consumption due to lubricant leaks through grooves located in the areas of the bearing with reduced pressure.

Известен подшипник газостатический (см. патент US 6164827), выполненный в виде несущей поверхности, на которой имеются канавки, образующие контур подвода газа в смазочный зазор подшипника. В изобретении определены зависимости суммарных объемов канавок, а также назначены их формы, обеспечивающие, по возможности, наиболее полный подвод газа в смазочный зазор. Патентуются формы канавок с одним дросселем подвода газа, образующие х-образную структуру, х-образную структуру с ответвлениями, а также формы с несколькими дросселями, образующими регулярный симметричный рисунок из относительно коротких разветвленных канавок. В конструкции данного подшипника реализованы зависимости суммарных объемов канавок и их формы, обеспечивающие наиболее полный подвод газа в смазочный слой. Недостатком подобных решений, использующих одновременно статический и динамический принципы работы, является снижение грузоподъемности и жесткости подшипника вследствие утечек смазки из зон высокого давления через питающие канавки (реверс смазки).Known gas-static bearing (see patent US 6164827), made in the form of a bearing surface, on which there are grooves that form a gas supply circuit in the lubricating clearance of the bearing. In the invention, the dependences of the total volume of the grooves are determined, and their shapes are assigned, providing, if possible, the most complete gas supply to the lubricating gap. Patented are the shapes of grooves with a single gas supply choke, forming an x-shaped structure, an x-shaped structure with branches, as well as forms with several chokes, forming a regular symmetrical pattern of relatively short branched grooves. In the design of this bearing, the dependences of the total volumes of the grooves and their shapes are implemented, which provide the most complete gas supply to the lubricating layer. The disadvantage of such solutions, using both static and dynamic principles of operation, is the reduction of bearing capacity and stiffness due to leakage of lubricant from high pressure zones through the supply grooves (reverse lubrication).

Известен подшипник газостатический (см. патент РФ на полезную модель №134602, кл. F16C 17/03, 2013 г), содержащий охватывающие вал колодки, установленные шарнирно в корпусе с возможностью поворота относительно оси, которая параллельна оси вала.A gas-static bearing is known (see RF patent for utility model No. 134602, class F16C 17/03, 2013), comprising pads spanning the shaft mounted pivotally in the housing with the possibility of rotation about an axis that is parallel to the shaft axis.

Опорные поверхности колодок и наружная поверхность вала образуют смазочный зазор. В колодках выполнены питающие каналы для подвода в смазочный зазор рабочей среды. Каждый из питающих каналов соединен с соответствующим каналом струйного блока управления, которым оснащена каждая колодка.The bearing surfaces of the pads and the outer surface of the shaft form a lubricating gap. The feed channels are made in the pads for supplying a working medium to the lubricating gap. Each of the supply channels is connected to the corresponding channel of the inkjet control unit with which each block is equipped.

Каждый струйный блок управления подачей рабочей среды выполнен двухступенчатым. Первая его ступень представляет элемент типа «сопло-заслонка». Исполнительным органом элемента «сопло-заслонка» является металлическая мембрана, установленная у сопла. Вторая ступень содержит логический пневмоструйный элемент, который каналами соединен с контуром обратной связи, с питающим контуром, сливным контуром, с управляющим соплом и мембранным каналом. При контакте мембраны с соплом перекрывается подача рабочей среды в питающий канал и, соответственно, каналы колодок.Each inkjet control unit for supplying a working medium is made in two stages. Its first stage is an element of the "nozzle-flapper" type. The executive body of the element "nozzle-flapper" is a metal membrane installed at the nozzle. The second stage contains a logical pneumatic jet element, which is connected by channels to a feedback loop, to a supply loop, a drain loop, with a control nozzle and a membrane channel. When the membrane contacts the nozzle, the supply of the working medium to the supply channel and, accordingly, the channels of the pads is blocked.

Недостатком такой схемы регулирования является ограничение по скорости вращения вала и частоте возмущений положения вала. Способность колодок поворачиваться на некоторый угол и смещаться в радиальном направлении за счет демпфирующих устройств в определенной мере позволяет демпфировать ударные перегрузки. Недостатком является также и то, что конструкция колодок оптимизирована на работу с поддержанием постоянного зазора в смазочном слое и угол разворота сегмента в среднем по времени равен нулю, что не позволяет использовать для обеспечения грузоподъемности подшипника газодинамический эффект.The disadvantage of this control scheme is the limitation on the speed of rotation of the shaft and the frequency of disturbances in the position of the shaft. The ability of the pads to rotate at a certain angle and shift in the radial direction due to damping devices to a certain extent allows damping shock overloads. The disadvantage is that the design of the pads is optimized to work with maintaining a constant clearance in the lubricating layer and the angle of rotation of the segment is zero in average over time, which does not allow using the gas-dynamic effect to ensure bearing capacity.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является подшипник газостатический (см. патент РФ на полезную модель №154405, кл. F16C 17/03, 2014 г.), содержащий корпус, в котором шарнирно установлены колодки с питающими полостями, охватывающие вал и образующие своими опорными поверхностями с наружной поверхностью смонтированного в подшипнике вала смазочный зазор. На опорной поверхности каждой колодки выполнены две канавки, одна из которых имеет прямолинейную форму, а вторая - серповидную или дугообразную форму. При этом вторая канавка по форме повторяет форму распределенных по опорной поверхности колодки изолиний давления и расположена вдоль них. Канавки сообщены с питающими каналами, выполненными в колодке, через которые в канавки подается сжатый воздух, поступающий затем в смазочный зазор.The closest analogue of the present invention is a gas-static bearing (see RF patent for utility model No. 154405, class F16C 17/03, 2014), comprising a housing in which pads with supply cavities are pivotally mounted, covering the shaft and forming their bearing surfaces with the outer surface of the shaft mounted in the bearing, lubricating clearance. Two grooves are made on the supporting surface of each block, one of which has a rectilinear shape, and the second a crescent or arcuate shape. In this case, the second groove in shape repeats the shape of pressure isolines distributed over the support surface of the shoe and is located along them. The grooves are in communication with the supply channels made in the block, through which compressed air is supplied to the grooves, which then enters the lubricating gap.

В процессе работы подшипникового узла при вращающемся вале, в питающие полости колодок подается сжатый воздух, откуда по питающим каналам он попадает в канавки, выполненные на опорных поверхностях колодок и далее - в смазочный зазор. Находящийся в смазочном зазоре сжатый воздух не позволяет поверхностям вала и колодок соприкасаться. При отсутствии внешней нагрузки на подшипнике колодки располагаются концентрично с осью вала. Под действием внешней силы вал смещается в корпусе в радиальном направлении. В результате, средние смазочные зазоры между поверхностями вала и колодок становятся разными. В зоне той колодки, где имеется минимальный зазор, возникают наибольшие силы давления воздуха. Наоборот, в месте наибольшего зазора возникают наименьшие силы. В результате векторного сложения сил от всех колодок возникает суммарная реакция подшипника, компенсирующая внешнюю нагрузку. Колодки передают нагрузку на корпус посредством шарниров. За счет шарниров обеспечивается поворот колодок вокруг центра шарнира под действием аэродинамических сил и поворот их в положение равновесия, при котором крутящий момент на колодках становиться равным нулю. В положении равновесия воздух в смазочный зазор поступает только через прямолинейную канавку, что обеспечивает максимальную площадь распределения воздуха с избыточным давлением в смазочном зазоре. Так как давление в канавке в положении равновесия, равно давлению в общей питающей полости, то перетекания воздуха по каналу не происходит. Сохранение одинакового давления по всей длине криволинейной канавки обеспечивается ее криволинейной формой, так как канавка располагается вдоль изолинии давления в смазочном зазоре, а на изолинии давление постоянно. Таким образом, конструкция подшипника обеспечивает надежную его работу во всем диапазоне режимов и нагрузок за счет автоматического обеспечения соосности вала и опорных поверхностей колодок.In the process of operation of the bearing unit with a rotating shaft, compressed air is supplied into the feeding cavities of the blocks, from where it enters the grooves in the grooves made on the bearing surfaces of the blocks and then into the lubricating gap. The compressed air in the lubrication gap prevents the shaft and shoe surfaces from touching. In the absence of an external load on the bearing, the pads are concentric with the shaft axis. Under the action of external force, the shaft is shifted in the housing in the radial direction. As a result, the average lubricating clearances between the surfaces of the shaft and the pads become different. In the area of the block where there is a minimum clearance, the greatest air pressure forces arise. On the contrary, in the place of the greatest clearance, the smallest forces arise. As a result of the vector addition of forces from all the pads, a total bearing reaction occurs that compensates for the external load. Pads transfer the load to the body through hinges. Due to the hinges, the pads are rotated around the center of the hinge under the action of aerodynamic forces and rotated to the equilibrium position, at which the torque on the pads becomes zero. In the equilibrium position, air enters the lubricating gap only through a straight groove, which ensures a maximum air distribution area with excess pressure in the lubricating gap. Since the pressure in the groove in the equilibrium position is equal to the pressure in the common supply cavity, air does not flow through the channel. The preservation of the same pressure along the entire length of the curved groove is provided by its curved shape, since the groove is located along the pressure contour in the lubricating gap, and the pressure on the contour is constant. Thus, the design of the bearing ensures its reliable operation in the entire range of modes and loads due to the automatic alignment of the shaft and the bearing surfaces of the pads.

Недостатком описанной конструкции является то, что она позволяет изменять угол поворота сегмента только под нагрузкой и только при заданной скорости вращения вала. В результате постоянное использование газодинамического эффекта невозможно, так как угол разворота колодки не контролируется и зависит, в основном, от давления подачи сжатого газа в смазочный зазор и нагрузки на колодку подшипника. Изложенное выше снижает грузоподъемность подшипника и повышает расход смазки.The disadvantage of the described design is that it allows you to change the angle of rotation of the segment only under load and only at a given speed of rotation of the shaft. As a result, constant use of the gas-dynamic effect is impossible, since the angle of rotation of the block is not controlled and depends mainly on the pressure of the compressed gas supply to the lubricating gap and the load on the bearing block. The foregoing reduces bearing capacity and increases lubricant consumption.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение грузоподъемности подшипника при минимальном расходе смазки за счет совмещения газодинамического (за счет разворота колодок) и газостатического (за счет подачи газа в смазочный зазор под избыточным давлением) эффектов обеспечения грузоподъемности, а также за счет формы и расположения канавок на опорной поверхности колодки.The technical result of the present invention is to increase the bearing capacity with a minimum lubricant consumption due to the combination of gas-dynamic (due to the rotation of the blocks) and gas-static (due to the gas supply to the lubricating gap under excessive pressure) effects of load-bearing capacity, as well as due to the shape and location of grooves on the support pad surface.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в подшипнике газостатическом, содержащем выполненный в виде кольца корпус, как минимум, одну колодку, на опорной поверхности которой выполнены две канавки, имеющие возможность соединения через выполненные в колодке дроссельные отверстия с системой подачи смазки в смазочный зазор подшипника, образованный валом и опорной поверхностью колодки, одна из канавок выполнена прямолинейной и расположена со стороны входной кромки опорной поверхности колодки, а вторая расположена со стороны выходной кромки опорной поверхности колодки и имеет серповидную или дугообразную форму, новым является то, что на внутренней образующей поверхности корпуса выполнена кольцевая канавка, а на колодке имеется цапфа с отверстием, при этом монтаж колодки на корпусе осуществлен посредством пальца, введенного во втулки, установленные в отверстиях корпуса, выполненных в области кольцевой канавки, и проходящего через отверстие цапфы, размещенной с зазором в кольцевой канавке корпуса, при этом на пальце выполнен кольцевой выступ, имеющий сферическую форму, который расположен с зазором в отверстии цапфы, при этом втулки и палец могут быть выполнены из упругого материала, на наружной поверхности колодки могут быть выполнены реборды. Расстояние от входной кромки опорной поверхности колодки до расположенной с ее стороны канавки составляет от 5 до 30% от окружной протяженности опорной поверхности колодки, а расстояние от канавок до боковых кромок опорной поверхности колодки составляет от 10 до 40% осевой протяженности опорной поверхности колодки.The specified technical result is ensured by the fact that in the gas-static bearing, comprising a housing made in the form of a ring, at least one block, on the supporting surface of which there are two grooves that can be connected through throttle holes made in the block with the lubricant supply system to the bearing lubricating clearance, formed by the shaft and the bearing surface of the block, one of the grooves is straight and located on the input edge side of the bearing surface of the block, and the second is located on the sides s of the outlet edge of the support surface of the shoe and has a crescent or arc-shaped shape, it is new that an annular groove is made on the inner forming surface of the body, and there is a pin with a hole on the shoe, while the shoe is mounted on the body by means of a finger inserted into the bushings installed in the holes of the housing, made in the region of the annular groove, and passing through the hole of the trunnion, placed with a gap in the annular groove of the housing, while on the finger there is an annular protrusion having spheres eskuyu shape, which is located with clearance in a stud hole, wherein the bushing and the pin may be made of an elastic material on the outer surface of the pads can be formed flange. The distance from the input edge of the shoe support surface to the grooves located on its side is from 5 to 30% of the circumferential length of the shoe support surface, and the distance from the grooves to the lateral edges of the shoe support surface is from 10 to 40% of the axial length of the shoe support surface.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the claimed invention is illustrated by graphic materials on which:

- на фиг. 1 - подшипник газостатический, общий вид, аксонометрическая проекция;- in FIG. 1 - gas-static bearing, general view, axonometric projection;

- на фиг. 2 - подшипник газостатический и его колодка в раздеталированном состоянии;- in FIG. 2 - gas-static bearing and its block in the undeveloped state;

- на фиг. 3 - колодка подшипника, вид со стороны ее опорной поверхности;- in FIG. 3 - bearing block, view from the side of its bearing surface;

- на фиг. 4 - развертка опорной поверхности колодки подшипника;- in FIG. 4 - scan of the bearing surface of the bearing block;

- на фиг. 5 - разновидность колодки подшипника, вид со стороны ее опорной поверхности.- in FIG. 5 - a variety of bearing pads, view from the side of its bearing surface.

Подшипник газостатический состоит из корпуса, имеющего, преимущественно, форму кольца, на внутренней образующей которого выполнена кольцевая канавка 2.The gas-static bearing consists of a housing having mainly a ring shape, on the inner generatrix of which an annular groove 2 is made.

Подшипник оснащен колодками 3. Количество колодок может быть различным. Так, на фиг. 1 показана конструкция радиального подшипника с тремя колодками, но это не означает, что их количество не может быть иным, но не менее одной.The bearing is equipped with pads 3. The number of pads may vary. So in FIG. Figure 1 shows the design of a radial bearing with three pads, but this does not mean that their number cannot be different, but not less than one.

Колодка (каждая колодка, если их несколько) оснащена цапфой 4, которую при монтаже колодки располагают в кольцевой канавке 2 корпуса 1. Для осуществления монтажа в цапфе выполнено сквозное прецизионное отверстие (позицией не обозначено)The block (each block, if there are several) is equipped with a trunnion 4, which, when mounting the block, is placed in the annular groove 2 of the housing 1. For mounting in the trunnion, a through precision hole is made (not indicated by)

Размеры по ширине цапфы и кольцевой канавки соотносятся таким образом, что при размещении цапфы в кольцевой канавке, между торцевыми поверхностями цапфы 4 колодки 3 и стенками кольцевой канавки 2 выдержаны конструктивные осевые зазоры, позволяющие колодкеThe dimensions along the width of the trunnion and the annular groove are correlated in such a way that when the trunnion is placed in the annular groove, structural axial clearances are maintained between the end surfaces of the trunnion 4 of the block 3 and the walls of the annular groove 2, allowing the block

совершать движение поворота в канавке в определенных пределах (самоустанавливаться).make a rotation movement in the groove within certain limits (self-install).

Для монтажа колодки 3 в корпусе 1 в области кольцевой канавки предусмотрены два расположенных на одной оси отверстия (позицией не обозначены). В отверстиях корпуса установлены втулки 5. Во втулки 5 при установке колодки запрессовывают палец 6, пропущенный через упомянутое выше прецизионное отверстие цапфы колодки. Втулки 5 наиболее целесообразно выполнять из упругого материала, например, пружинной стали, например, 65Г, 60С2А.For mounting the pads 3 in the housing 1, two holes located on the same axis are provided in the annular groove area (not indicated by the position). Sleeves are installed in the openings of the housing 5. A pin 6 is pressed into the sleeves 5 when installing the pads, which is passed through the precision hole of the shoe pin mentioned above. The bushings 5 are most expediently made of an elastic material, for example, spring steel, for example, 65G, 60C2A.

В центральной части пальца 6 имеется кольцевой выступ 7 сферической формы. В собранном положении колодки данный выступ располагается примерно в центральной части прецизионного отверстия цапфы. На этот кольцевой выступ 7 пальца 6 опирается колодка подшипника и имеет возможность поворота относительно данного кольцевого выступа для обеспечения возможности самоустановки рабочей (опорной) поверхности колодки относительно поверхности вала. Палец 6 наиболее целесообразно выполнять из упругого материала, например, пружинной стали, например, 65Г, 60С2А.In the central part of the finger 6 there is an annular protrusion 7 of a spherical shape. In the assembled position of the block, this protrusion is located approximately in the central part of the precision hole of the pin. A bearing block is supported on this annular protrusion 7 of the finger 6 and has the ability to rotate relative to this annular protrusion to enable self-installation of the working (supporting) surface of the block relative to the shaft surface. Finger 6 is most expediently made of an elastic material, for example, spring steel, for example, 65G, 60S2A.

Таким образом, смонтированная в корпусе колодка (каждая колодка, если их несколько) в нерабочем положении занимает строго определенное положение, а при работе подшипника за счет возникающих моментов может свободно поворачиваться на пальце 6 вокруг центра сферической поверхности кольцевого выступа 7 пальца 6, обеспечивая самоустановку колодки в пределах смазочного зазора подшипника. Смазочный зазор является важнейшей характеристикой подшипника, - это радиальный зазор между валом и опорной поверхностью колодки (колодок) подшипника.Thus, a block mounted in the housing (each block, if there are several of them) in a non-working position occupies a strictly defined position, and when the bearing is operating due to arising moments, it can freely rotate on the finger 6 around the center of the spherical surface of the annular protrusion 7 of the finger 6, ensuring self-installation of the shoe within the lubricating clearance of the bearing. Lubricating clearance is the most important characteristic of the bearing - it is the radial clearance between the shaft and the bearing surface of the block (s) of the bearing.

В процессе работы подшипника, при вращении вала, колодки имеют возможность разворота на пальцах в пределах зазора, образуя суживающиеся клиновидные зазоры. Это обеспечивается за счет того, что втулки 5 и пальцы 6 могут упруго деформироваться в пределах конструктивных зазоров, тем самым, образуя податливую систему. Размеры и форма поперечного сечения втулок и пальцев могут меняться в широких пределах для обеспечения расчетной упругости подшипников.During the operation of the bearing, when the shaft rotates, the pads have the ability to turn on the fingers within the gap, forming tapering wedge-shaped gaps. This is due to the fact that the bushings 5 and the fingers 6 can elastically deform within the design gaps, thereby forming a pliable system. The dimensions and cross-sectional shape of the bushings and fingers can vary within wide limits to ensure the design elasticity of the bearings.

Колодка 3 (или колодки 3, если их несколько), для уменьшения их инерционных характеристик, что особенно важно для высокоскоростных узлов, имеют малую толщину, однако, для обеспечения требуемой окружной жесткости могут быть оснащены по наружной поверхности ребордами, количество которых может быть различным. Так, на графических материалах показаны колодки с ребордами 8, 9, что не означает, что их количество не может быть иным.Block 3 (or pads 3, if there are several), to reduce their inertial characteristics, which is especially important for high-speed nodes, have a small thickness, however, to ensure the required circumferential stiffness, they can be equipped on the outer surface with flanges, the number of which can be different. So, the graphic materials show pads with flanges 8, 9, which does not mean that their number cannot be different.

В цапфе 4 имеются коллекторные отверстия (позициями не обозначены), сообщающиеся каналами малого сечения (дросселями) с канавками 10 и 11 на опорной поверхности колодки (каждой колодки). В коллекторные отверстия введены трубки 14 и 15 подвода смазки, соединенные со штуцерами 16 подвода смазки. С противоположной стороны коллекторные отверстия колодок закрыты заглушками 17, прикрепленными к корпусу с помощью планок 18.In pin 4 there are collector holes (positions are not indicated), communicating with small cross-section channels (chokes) with grooves 10 and 11 on the supporting surface of the block (each block). In the collector holes introduced tubes 14 and 15 of the lubricant supply connected to the fittings 16 of the lubricant supply. On the opposite side, the collector holes of the pads are closed with plugs 17, attached to the housing with the help of strips 18.

Рассмотрим более подробно выполнение опорной поверхности колодки 3. Опорная поверхность колодки представлена на фиг. 3 и фиг. 4 и обозначена позицией 19. Входная кромка опорной поверхности обозначена как «а», боковые - «б», а выходная - «в».Let us consider in more detail the implementation of the supporting surface of the shoe 3. The supporting surface of the shoe is shown in FIG. 3 and FIG. 4 and indicated by 19. The inlet edge of the abutment surface is indicated by “a”, the side by “b”, and the outlet by “c”.

Выполненные на опорной поверхности канавки 10 и 11 предназначены для распределения поступающей в канавки через отверстия 20 и 21 смазки в смазочном зазоре между опорной поверхностью колодки подшипника и валом.The grooves 10 and 11 made on the supporting surface are intended for distribution of the lubricant entering the grooves through the holes 20 and 21 in the lubricating gap between the supporting surface of the bearing block and the shaft.

Канавка 10 колодки выполнена прямолинейной, расположена со стороны входной кромки «а» и ориентирована параллельно входной кромке.The groove 10 of the pads is made rectilinear, located on the side of the input edge "a" and is oriented parallel to the input edge.

Канавка 11 колодки расположена со стороны выходной кромки «в» и имеет серповидную или дугообразную форму.The groove 11 of the pads is located on the side of the output edge "in" and has a crescent or arcuate shape.

Профиль поперечного сечения канавок 10 и 11 принципиального значения не имеет и определяется технологическими возможностями при изготовлении колодок. Единственным требованием является обеспечение объема канавок из условия недопущения неустойчивых колебаний типа «пневмомолот».The cross-sectional profile of the grooves 10 and 11 is not of fundamental importance and is determined by the technological capabilities in the manufacture of blocks. The only requirement is to ensure the volume of the grooves from the condition of preventing unstable oscillations of the "pneumatic hammer" type.

Рассмотрим более подробно расположение канавок на опорной поверхности колодки.Consider in more detail the location of the grooves on the supporting surface of the pads.

Канавку 10 колодки наиболее целесообразно выполнять на определенном расстоянии от ее входной кромки «а». Если ее расположить слишком близко к входной кромке, то при работе подшипника увеличивается расход смазки, сопряженный с утечками в сторону, обратную вращению вала. То же самое происходит, если концы канавки расположены слишком близко к боковым кромкам «б». В то же время выполнение канавки 10 слишком далеко от входной кромки рабочей поверхности колодки приводит к снижению грузоподъемности подшипника. Как показали исследования, для нормальной работы подшипника оптимальное расстояние канавки 10 от входной кромки должно находиться в пределах от 5 до 30% от ее окружной протяженности - l. Расстояние концов канавок 10 и 11 от боковых кромок должно находиться в пределах 10-40% от осевой протяженности - b.The groove 10 of the pads is most appropriate to perform at a certain distance from its input edge "a". If it is placed too close to the input edge, then when the bearing is running, the lubricant consumption increases, associated with leaks in the direction opposite to the rotation of the shaft. The same thing happens if the ends of the grooves are too close to the side edges "b". At the same time, the execution of the groove 10 is too far from the input edge of the working surface of the block leads to a decrease in bearing capacity. As studies have shown, for the normal operation of the bearing, the optimal distance of the groove 10 from the input edge should be in the range from 5 to 30% of its circumferential length - l. The distance of the ends of the grooves 10 and 11 from the lateral edges should be within 10-40% of the axial length - b.

Канавка 10 колодки (каждой колодки) предназначена для подачи смазки в рабочий зазор на всех режимах работы подшипника. Подача смазки через канавку 11 увеличивает давление на входе канавки, что приводит к пропорциональному увеличению общего давления в нагруженной колодке, т.е. подвод смазки через канавку 10 служит для дополнительного наполнения динамической эпюры смазочного слоя.The groove 10 of the block (each block) is designed to supply lubricant to the working clearance in all operating modes of the bearing. The supply of lubricant through the groove 11 increases the pressure at the inlet of the groove, which leads to a proportional increase in the total pressure in the loaded block, i.e. the supply of lubricant through the groove 10 serves to additionally fill the dynamic diagram of the lubricating layer.

Подача смазки через канавку 11 обеспечивает гидростатическую составляющую грузоподъемности подшипника.The supply of lubricant through the groove 11 provides a hydrostatic component of the bearing capacity.

В общем случае смазка в канавку 11 может подаваться на всех режимах работы подшипника. Однако, для снижения расхода смазки, подача смазки в канавку 11 может отключаться, например, при достижении частоты вращения вала, достаточной для формирования достаточного газодинамического слоя смазки.In the General case, the lubricant in the groove 11 can be supplied at all operating modes of the bearing. However, to reduce lubricant consumption, the supply of lubricant to the groove 11 may be turned off, for example, when the shaft rotation speed is sufficient to form a sufficient gas-dynamic lubricant layer.

Для улучшения характеристик подшипника и расширения номинального диапазона скорости вращения вала и нагрузки на вал на опорной поверхности колодки (каждой колодки) может быть выполнена дополнительная канавка 23 (фиг. 5).To improve the characteristics of the bearing and expand the nominal range of shaft rotation speed and shaft load on the supporting surface of the block (each block), an additional groove 23 can be made (Fig. 5).

Наличие на опорной поверхности трех канавок обеспечивает более плавное регулирование подшипника по скорости вращения и нагрузке на вал в более широком диапазоне.The presence on the supporting surface of the three grooves provides a smoother adjustment of the bearing in terms of rotation speed and shaft load over a wider range.

При работе подшипника смазка может подаваться в эти канавки по независимым магистралям при различных давлениях.During the operation of the bearing, grease can be supplied to these grooves along independent lines at various pressures.

Подшипник газостатический работает следующим образом.The gas-static bearing operates as follows.

При отсутствии вращения вала и подачи смазки вал опирается на опорную поверхность 19 колодки 3. При этом имеет место существенный момент трения, и для раскрутки вала требуется повышенная мощность. Для тяжелых роторных систем с удельной нагрузкой на колодку более 0,02 МПа запуск и останов в условиях сухого трения практически нереализуем. При подаче газа в подшипник по трубкам подвода смазки (газа) от внешнего источника (не показан) возникает избыточное давление в смазочном зазоре. Происходит это вследствие растекания газа по канавкам 10 и 11 в смазочный зазор подшипника. При достижении давления смазки некоторой величины, происходит полный отрыв вала от опорной поверхности колодки за счет гидростатического действия поля избыточного давления в зазоре. При этом момент трения резко снижается и определяется вязкостью смазки. С этого момента вал может быть раскручен до номинальной частоты вращенияIn the absence of rotation of the shaft and the supply of lubricant, the shaft rests on the supporting surface 19 of the block 3. At the same time, there is a significant moment of friction, and for the promotion of the shaft requires increased power. For heavy rotor systems with a specific block load of more than 0.02 MPa, starting and stopping in dry friction is practically impossible. When gas is supplied to the bearing through the lubricant (gas) supply pipes from an external source (not shown), excessive pressure arises in the lubricating gap. This occurs due to the spreading of gas through the grooves 10 and 11 in the lubricating clearance of the bearing. When a lubricant pressure of a certain value is reached, the shaft is completely detached from the support surface of the block due to the hydrostatic action of the overpressure field in the gap. In this case, the friction moment decreases sharply and is determined by the viscosity of the lubricant. From this moment, the shaft can be spun up to the rated speed

машины. В процессе разгона вала, по мере возрастания окружной скорости, происходит вязкое вовлечение смазки в смазочный зазор. Колодки под действием сил давлений в смазочном слое разворачиваются в шарнирах, образованных прецизионными отверстиями в цапфах 4 колодок 3 и сферическими поверхностями выступов 7 пальцев 6. Сферические шарниры, кроме того обеспечивают возможность работы роторной системы в условиях допустимых отклонений от соосности подшипников. В процессе разгона ротора эпюра давлений трансформируется и приобретает вид примерно соответствующий приведенной на Фиг. 4. Изолинии давления на фиг. 4 обозначены позицией 22. При этом вклад динамической составляющей грузоподъемности увеличивается и может в несколько раз превысить величину начальной статической грузоподъемности. Кроме того, непрерывный подвод газа в смазочный зазор способствует увеличению динамической грузоподъемности за счет увеличения начального давления и плотности среды по сравнению с подшипником без поддува.cars. In the process of accelerating the shaft, with increasing peripheral speed, there is a viscous involvement of the lubricant in the lubricating gap. The pads under the action of pressure forces in the lubricating layer are deployed in hinges formed by precision holes in the pins 4 of the pads 3 and the spherical surfaces of the protrusions 7 of the fingers 6. The spherical hinges, in addition, provide the possibility of the rotor system working under conditions of permissible deviations from the alignment of the bearings. During acceleration of the rotor, the pressure plot is transformed and takes on a form approximately corresponding to that shown in FIG. 4. The pressure contours in FIG. 4 are indicated by 22. In this case, the contribution of the dynamic component of the load-carrying capacity increases and can several times exceed the value of the initial static load-carrying capacity. In addition, the continuous supply of gas into the lubricating gap contributes to an increase in dynamic load capacity due to an increase in the initial pressure and density of the medium compared to a non-pressurized bearing.

Процессы раскрутки, режимной работы и останова вала, как правило, сопровождаются прохождением роторной системы через критические частоты вращения. При этом в подшипниках могут возникать значительные нагрузки. Для уменьшения нагрузок, связанных с динамикой вала в подшипнике предусмотрена установка колодок с помощью упругих элементов, образованных втулками 5 и пальцами 6. Втулки 5 и пальцы 6 могут деформироваться, позволяя колодкам перемещаться в пределах конструктивных зазоров, демпфируя колебания.The processes of promotion, operation and shutdown of the shaft, as a rule, are accompanied by the passage of the rotor system through the critical rotational speeds. In this case, significant loads can occur in the bearings. To reduce the loads associated with the dynamics of the shaft in the bearing, it is possible to install blocks using elastic elements formed by bushings 5 and fingers 6. Bushings 5 and fingers 6 can be deformed, allowing the blocks to move within structural clearances, damping vibrations.

Демпфирование всей системы происходит также за счет трения между торцами цапф колодок 3 и стенками канавки 2 корпуса 1.The damping of the entire system also occurs due to friction between the ends of the pins of the pads 3 and the walls of the groove 2 of the housing 1.

Конструкция заявленного подшипника газостатического сочетает в процессе его работы оба принципа создания подъемной силы (газостатический и газодинамический) и обеспечивает наибольшую грузоподъемность при наименьшем из возможных расходах рабочего тела. Настоящее изобретение обеспечивает наиболее эффективное использование потенциала источника смазки путем оптимизации схемы подвода ее в смазочный зазор подшипника, а также использования эффекта клина за счет поворота колодок на заданный угол.The design of the claimed gas-static bearing combines in its operation both the principles of creating lifting force (gas-static and gas-dynamic) and provides the greatest load capacity at the lowest possible flow rate of the working fluid. The present invention provides the most efficient use of the potential of the lubricant source by optimizing the circuit for supplying it to the lubricating clearance of the bearing, as well as using the wedge effect by rotating the blocks by a given angle.

Claims

1. The gas-static bearing, comprising a housing made in the form of a ring, at least one block, on the supporting surface of which there are two grooves that can be connected through throttle holes made in the block with a lubricant supply system into the bearing lubrication gap formed by the shaft and the bearing surface of the block , one of the grooves is made rectilinear and is located on the input edge side of the shoe support surface, and the second is located on the output edge of the shoe support surface and has a gray ovoid or arcuate shape, characterized in that an annular groove is made on the inner forming surface of the housing, and there is a pin with a hole on the shoe, while mounting the shoe on the housing is carried out by means of a finger inserted into bushings installed in the housing holes made in the region of the annular groove , and passing through the hole of the trunnion, placed with a gap in the annular groove of the housing, while on the finger made an annular protrusion having a spherical shape, which is located with a gap in the hole of the trunnions s.

2. The gas-static bearing, according to claim 1, characterized in that the bushings are made of elastic material.

3. The gas-static bearing, according to claim 1, characterized in that the finger is made of an elastic material.

4. The gas-static bearing according to claim 1, characterized in that flanges are made on the outer surface of the block.

5. The gas-static bearing according to claim 1, characterized in that the distance from the input edge of the support surface of the shoe to the groove located on its side is from 5 to 30% of the circumferential length of the support surface of the shoe.

6. The gas-static bearing according to claim 1, characterized in that the distance from the grooves to the lateral edges of the support surface of the shoe is from 10 to 40% of the axial length of the support surface of the shoe.