RU2658260C2

RU2658260C2 - Radial flap gas dynamic bearing

Info

Publication number: RU2658260C2
Application number: RU2015103661A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Сигачев
Original assignee: Сергей Иванович Сигачев
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2018-06-19
Also published as: RU2015103661A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of machine building, namely to radial flap gas dynamic bearings, and can be used as the high-speed turbomachines supports. Radial flap gas dynamic bearing contains housing (1), shaft journal (2) located inside the hole in the bearing housing, overlapping flaps (5) and additional flaps (7) installed between the housing (1) and the shaft journal (2). Into the housing (1) slots (3) profiled along the open box profile flaps (5) fixing shanks (4) are installed. Additional flaps (7) are located between the housing (1) and the flaps (5), at that, inside the flaps (5) fastening shanks (4) additional flaps (7) bent fastening part (6) is located.

EFFECT: technical result: increase in the bearing capacity of the bearing and shaft motion stability by giving the additional flap possibility of turning (rotation) at the attachment to the housing point.

1 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к радиальным лепестковым газодинамическим подшипникам, и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных турбомашин, в частности в турбогенераторах и турбокомпрессорах.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to radial flap gas-dynamic bearings, and can be used as supports for high-speed turbomachines, in particular in turbogenerators and turbochargers.

Характеристика аналогаAnalogue characteristic

Известен радиальный лепестковый газодинамический подшипник (см. Безмасляный турбодетандер с лепестковыми газодинамическими подшипниками. / Захарова Н.Е., Зотов Н.И., Леонов В.П., Сигачев С.И., Шадрина В.Ю., Щедухин С.И. // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение - 2000. Специальный выпуск. - С. 72-77), содержащий охватывающий цапфу вала корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными прямоугольными пазами и перекрывающие друг друга лепестки с крепежными хвостовиками профилированными по незамкнутому коробчатому профилю, вставленными в пазы корпуса с образованием шарнирного соединения примыкающего к передней стенки паза.Known radial flap gas-dynamic bearing (see. Oil-free turboexpander with flap gas-dynamic bearings. / Zakharova N.E., Zotov N.I., Leonov V.P., Sigachev S.I., Shadrina V.Yu., Shchedukhin S.I. // Vestnik MSTU, Ser.Machine-building - 2000. Special Issue - P. 72-77), comprising a housing with a shaft pin with longitudinal rectangular grooves located on its inner cylindrical surface and overlapping petals with fixing shanks profiled along an open box-shaped profile in tavlennymi grooves in the housing to form a hinge joint adjacent to the front groove wall.

Недостатком данного подшипника является низкая демпфирующая способность.The disadvantage of this bearing is its low damping ability.

Характеристика прототипаPrototype Characterization

Наиболее близким к данному изобретению является радиальный лепестковый газодинамический подшипник (см. Высокоскоростные газодинамические лепестковые подшипники с перекрывающимися лепестками. / Сигачев С.И., Захарова Н.Е., Румянцев М.Ю. // Сборник трудов VIII Международной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве». - Протвино, Управление образования и науки Администрации г. Протвино, 23-27 июня 2014 г. С. 923-927), имеющий между каждым лепестком и корпусом аркообразный демпфирующий дополнительный лепесток, отогнутая крепежная часть которого размещена между крепежным хвостовиком лепестка и передней стенкой паза.Closest to this invention is a radial lobe gas-dynamic bearing (see High-speed gas-dynamic lobe bearings with overlapping lobes. / Sigachev S.I., Zakharova N.E., Rumyantsev M.Yu. // Proceedings of the VIII International Scientific and Practical Conference " Information and communication technologies in education, science and production. ”- Protvino, Department of Education and Science of the Administration of Protvino, June 23-27, 2014, pp. 923-927), which has an arc-shaped damping between each petal and body an additional petal, the bent mounting part of which is located between the mounting shank of the petal and the front wall of the groove.

К недостаткам прототипа относится то, что отогнутая крепежная часть дополнительного лепестка зажата между крепежным хвостовиком лепестка и передней стенкой паза, таким образом, лишая дополнительный лепесток значительной части подвижности и возможности к самоустановке, что снижает несущую способность и устойчивость движения вала в таком подшипнике.The disadvantages of the prototype include the fact that the bent mounting part of the additional petal is sandwiched between the mounting shank of the petal and the front wall of the groove, thus depriving the additional petal of a significant part of mobility and self-alignment, which reduces the bearing capacity and stability of the shaft in such a bearing.

Техническая задачаTechnical challenge

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении несущей способности подшипника и устойчивости движения вала за счет придания дополнительному лепестку возможности проворота (вращения) в месте крепления к корпусу.The technical problem to which the invention is directed is to increase the bearing capacity of the bearing and the stability of the shaft due to giving the additional lobe the possibility of rotation (rotation) in the place of attachment to the housing.

Поставленная задача достигается тем, что радиальный лепестковый газодинамический подшипник, содержащий охватывающий цапфу вала корпус с расположенными на его внутренней цилиндрической поверхности продольными прямоугольными пазами, в которые вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики перекрывающих друг друга лепестков и отогнутая крепежная часть дополнительных лепестков.This object is achieved in that the radial blade gas-dynamic bearing, comprising a housing with a shaft journal with longitudinal rectangular grooves located on its inner cylindrical surface, into which fixing shanks of overlapping petals profiled by an open box profile are inserted and an unbent mounting part of additional petals.

Причем отогнутая крепежная часть дополнительных лепестков размещена внутри незамкнутого коробчатого профиля крепежных хвостовиков перекрывающих друг друга лепестков с возможностью проворота (вращения), что позволяет обеспечить большую несущую способность подшипника при сохранении устойчивого движения вала.Moreover, the bent mounting part of the additional petals is located inside the open box profile of the fixing shanks of the overlapping petals with the possibility of rotation (rotation), which allows to provide a large bearing capacity of the bearing while maintaining a stable shaft movement.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено аналогичных технических решений, что позволяет предположить соответствие заявляемого изобретения критерию новизна и изобретательский уровень.As a result of patent research, no similar technical solutions have been identified, which suggests the compliance of the claimed invention with the criterion of novelty and inventive step.

На чертеже представлен поперечный разрез заявляемого радиального лепесткового газодинамического подшипника.The drawing shows a cross section of the inventive radial flap gas-dynamic bearing.

Радиальный лепестковый газодинамический подшипник содержит корпус подшипника 1, расположенную внутри отверстия в корпусе подшипника цапфу вала 2, перекрывающие друг друга лепестки 5 и дополнительные лепестки 7, установленные между корпусом подшипника и цапфой вала. На внутренней цилиндрической поверхности отверстия корпуса подшипника 1 равномерно по окружности размещены несколько продольных прямоугольных пазов 3 (на чертеже представлен один из возможных вариантов с четырьмя пазами). В пазы 3 вставлены профилированные по незамкнутому коробчатому профилю крепежные хвостовики 4 лепестков 5. Дополнительные лепестки 7 расположены между корпусом подшипника 1 и лепестками 5, при этом отогнутая крепежная часть 6 дополнительных лепестков 7 размещена внутри крепежных хвостовиков 4 лепестков 5. На видах А и А1 изображены варианты исполнения отогнутой крепежной части 6 дополнительных лепестков 7.The radial blade gas-dynamic bearing comprises a bearing housing 1 located inside the hole in the bearing housing of the shaft pin 2, overlapping each other petals 5 and additional petals 7 mounted between the bearing housing and the shaft pin. On the inner cylindrical surface of the opening of the bearing housing 1, several longitudinal rectangular grooves 3 are evenly spaced around the circumference (the drawing shows one of the possible options with four grooves). Mounting shanks 4 of the petals profiled along an open box-shaped profile are inserted into the grooves 3. Additional petals 7 are located between the bearing housing 1 and the petals 5, while the bent mounting part 6 of the additional petals 7 is located inside the mounting shanks of the 4 petals 5. Figures A and A1 show versions of the bent mounting part 6 additional petals 7.

Заявляемый радиальный лепестковый газодинамический подшипник работает следующим образом. Лепестки 5, частично перекрывая друг друга, образуют непрерывный ряд клиновых поверхностей. Когда вал неподвижен, лепестки 5 касаются цапфы вала 2 и стремятся удержать его в центре подшипника. Вращающийся вал увлекает воздух в из зоны с большой толщиной воздушного зазора между цапфой вала 2 и лепестком 5 в зону с малой толщиной воздушного зазора. При этом в зазоре между цапфой вала 2 и лепестком 5 возрастает давление. При определенной частоте вращения вала давление воздуха становится достаточным для отделения лепестков 5 от цапфы вала 2. Между цапфой вала 2 и лепестками 5 на всем протяжении возникает несущий газовый слой, чтобы воспринимать всю нагрузку от вала.The inventive radial flap gas-dynamic bearing operates as follows. Petals 5, partially overlapping each other, form a continuous series of wedge surfaces. When the shaft is stationary, the petals 5 touch the journal of the shaft 2 and tend to hold it in the center of the bearing. A rotating shaft carries air into the zone with a large thickness of the air gap between the journal of the shaft 2 and the tab 5 into the zone with a small thickness of the air gap. At the same time, in the gap between the pin of the shaft 2 and the petal 5, the pressure increases. At a certain rotational speed of the shaft, the air pressure becomes sufficient to separate the petals 5 from the axle of the shaft 2. Between the axle of the shaft 2 and the petals 5, a bearing gas layer arises along the entire length to absorb all the load from the shaft.

Результирующая сила от возникающего давления в общем случае проходит не через центр цапфы вала, создавая кроме несущей силы, направленной через центр цапфы вала, тангенсальную силу, которая создает прецессию вала относительно центра вращения, и при определенных условиях приводит к потери устойчивости движения вала. Из-за возможности проворота лепестка 5 в пазах 3 корпуса подшипника 1, лепесток 5 принимает такое положение, что результирующая сила от возникающего давления всегда проходит через центр цапфы вала 2, исключая условия для образования приводящих к потери устойчивости движения вала сил. Это называется эффектом самоустанавливаемости.The resulting force from the pressure that arises in the general case does not pass through the center of the shaft pin, creating, in addition to the bearing force directed through the center of the shaft pin, a tangential force that creates a shaft precession relative to the center of rotation, and under certain conditions leads to loss of stability of the shaft movement. Due to the possibility of turning the petal 5 in the grooves 3 of the bearing housing 1, the petal 5 takes such a position that the resulting force from the pressure that arises always passes through the center of the journal of the shaft 2, excluding the conditions for the formation of forces causing the shaft to lose stability. This is called the self-healing effect.

Зоны сухого трения, образующиеся при относительном смещении лепестков 5 в процессе их деформирования, рассеивают колебательную энергию вала. Обычно этого не достаточно, особенно при большой мощности на валу или при воздействии внешней возмущающей нагрузке. Для увеличения демпфирующей способности подшипника используют дополнительные лепестки 7, устанавливаемые между корпусом подшипника и лепестками 5. Дополнительные лепестки 7 гасят возмущающие колебания вала за счет образования дополнительных зон трения контактирующих поверхностей.The dry friction zones formed during the relative displacement of the petals 5 during their deformation scatter the vibrational energy of the shaft. Usually this is not enough, especially with high power on the shaft or when exposed to an external disturbing load. To increase the damping ability of the bearing, additional petals 7 are used, which are installed between the bearing housing and the petals 5. Additional petals 7 absorb damping oscillations of the shaft due to the formation of additional friction zones of the contacting surfaces.

Однако для обеспечения эффекта самоустанавливаемости необходимо, чтобы дополнительные лепестки также имели возможность проворота в месте крепления к корпусу. Установка отогнутой крепежной части 6 дополнительных лепестков 7 внутри крепежных хвостовиков 4 лепестков 5 решает эту задачу.However, to ensure the effect of self-alignment, it is necessary that the additional petals also have the possibility of rotation in the place of attachment to the body. The installation of the bent mounting part 6 of the additional petals 7 inside the mounting shanks 4 of the petals 5 solves this problem.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом устройстве, решается полностью поставленная задача, вытекающая из уровня техники, и, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».Thus, thanks to a new set of essential features in the inventive device, the task is fully posed, arising from the prior art, and, therefore, it meets the criterion of "industrial applicability".

Изобретение находится на стадии опытно-промышленных испытаний. Планируется серийное производство заявляемого устройства и использование в отечественных турбогенераторах.The invention is at the stage of pilot testing. It is planned serial production of the inventive device and use in domestic turbogenerators.

Claims

A radial flap gas-dynamic bearing, comprising a housing enclosing a shaft pin with longitudinal rectangular grooves located on its inner cylindrical surface, into which fixing shanks of overlapping petals profiled along an open box profile are inserted and an unbent mounting part of the additional petals is characterized in that the bent mounting part of the additional petals petals placed inside an open box-shaped profile of the fixing shanks overlapping pyr other petals.