RU2677435C2 - Bearing assembly (versions) - Google Patents
Bearing assembly (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677435C2 RU2677435C2 RU2013148493A RU2013148493A RU2677435C2 RU 2677435 C2 RU2677435 C2 RU 2677435C2 RU 2013148493 A RU2013148493 A RU 2013148493A RU 2013148493 A RU2013148493 A RU 2013148493A RU 2677435 C2 RU2677435 C2 RU 2677435C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tape
- bearing
- corrugated
- rotor
- liner
- Prior art date
Links
- 230000036316 preload Effects 0.000 claims abstract description 72
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 54
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 116
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 51
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 17
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 51
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 17
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 12
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 88
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 36
- 239000003570 air Substances 0.000 description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 20
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- 238000013461 design Methods 0.000 description 15
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 241000191291 Abies alba Species 0.000 description 11
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 10
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 10
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 7
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 229920001967 Metal rubber Polymers 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 5
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 5
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 208000031968 Cadaver Diseases 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005420 bog Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 235000012907 honey Nutrition 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009304 pastoral farming Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012858 resilient material Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
- F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
- F16C17/03—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
- F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
- F16C17/06—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
- F16C17/12—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
- F16C27/02—Sliding-contact bearings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Support Of The Bearing (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к машиностроению, в частности к подшипникам скольжения с газовой смазкой, используемым в опорах роторов высокоскоростных турбомашин.The invention relates to mechanical engineering, in particular to bearings with gas lubrication used in the bearings of the rotors of high-speed turbomachines.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Ленточные газодинамические подшипники являются подшипниками скольжения с газовой смазкой. Одна из поверхностей скольжения ленточного подшипника представляет собой одну или несколько изготовленных из металла или другого подходящего материала тонких лент, в дальнейшем верхних лент, расположенных между частью ротора и корпусом подшипника, воспринимающем нагрузку на подшипник от ротора, выполняемым обычно отдельно от корпуса турбомашины и закрепленным относительно корпуса турбомашины. Верхняя лента образует со стороны ротора поверхность скольжения, которая обычно покрывается антифрикционным покрытием для снижения износа. Другой поверхностью скольжения обычно является поверхность вращения части ротора, входящей в состав подшипника, имеющая цилиндрическую, плоскую или коническую форму. При смещении верхней ленты под действием ротора со стороны ленты возникает сила реакции подшипника, противоположная смещению ленты. Эта сила обычно может создаваться за счет деформации самой верхней ленты, или за счет упругого элемента, расположенного между верхней лентой и корпусом подшипника и передающего нагрузку со стороны верхней ленты на корпус подшипника. Упругим элементом обычно может являться часть соседней верхней ленты, специальная имеющая складки гофрированная лента, или, например, лист упругого материала, например, резины.Gas-dynamic tape bearings are gas-lubricated plain bearings. One of the sliding surfaces of the tape bearing is one or more thin tapes made of metal or other suitable material, hereinafter the upper tapes located between the part of the rotor and the bearing housing, which receives the load on the bearing from the rotor, usually carried out separately from the turbomachine housing and fixed relative to turbomachine bodies. The upper tape forms a sliding surface on the rotor side, which is usually coated with an antifriction coating to reduce wear. Another sliding surface is usually the surface of rotation of the part of the rotor that is part of the bearing, having a cylindrical, flat or conical shape. When the upper tape is displaced by the rotor from the side of the tape, a bearing reaction force arises opposite to the displacement of the tape. This force can usually be created due to deformation of the uppermost tape, or due to an elastic element located between the upper tape and the bearing housing and transferring the load from the side of the upper tape to the bearing housing. The elastic element can usually be a part of the adjacent upper tape, a special pleated corrugated tape, or, for example, a sheet of elastic material, such as rubber.
Вращающимся элементом для радиального подшипника является цапфа, имеющая обычно цилиндрическую поверхность скольжения. Радиальный подшипник воспринимает нагрузку, направленную в радиальном направлении, т.е. перпендикулярно оси ротора. Вращающимся элементом для осевого подшипника является упорный диск, имеющий обычно плоскую поверхность скольжения. Осевой подшипник воспринимает нагрузку, направленную в направлении оси ротора.The rotating element for a radial bearing is a journal, which usually has a cylindrical sliding surface. The radial bearing accepts a load directed in the radial direction, i.e. perpendicular to the axis of the rotor. A rotating element for an axial bearing is a thrust disk having a generally flat sliding surface. The axial bearing accepts a load directed in the direction of the axis of the rotor.
При невращающемся роторе между поверхностью скольжения ротора и верхней лентой имеется контакт и контактное давление. При вращении ротора между верхней лентой и ротором образуется смазочный слой с избыточным давлением и контактное давление уменьшается. После достижения некоторой скорости, называемой скоростью всплытия, избыточное давление полностью отжимает верхнюю ленту от поверхности ротора и контакт между ротором и верхней лентой исчезает.With a non-rotating rotor, there is contact and contact pressure between the sliding surface of the rotor and the upper tape. When the rotor rotates between the upper belt and the rotor, a lubricating layer forms with excess pressure and the contact pressure decreases. After reaching a certain speed, called the ascent rate, the overpressure completely squeezes the upper tape from the surface of the rotor and the contact between the rotor and the upper tape disappears.
Подшипник обладает несущей способностью, пока поверхность ротора в подшипнике полностью отделена от верхней ленты смазочным слоем и контакт между ними отсутствует. Подшипник достигает предельной несущей способности, когда дальнейшее повышение нагрузки на подшипник приводит к возникновению контакта между поверхностями скольжения в подшипнике. При превышении несущей способности подшипника возникает контакт между ротором и верхней лентой.The bearing has a bearing capacity, while the rotor surface in the bearing is completely separated from the upper tape by a lubricating layer and there is no contact between them. The bearing reaches its ultimate bearing capacity when a further increase in load on the bearing leads to contact between the sliding surfaces in the bearing. When the bearing capacity is exceeded, contact occurs between the rotor and the upper belt.
Для обычного подшипника с одной или несколькими гофрированными лентами существует определенная повреждающая гофрированную ленту нагрузка на подшипник, равная нагрузке на подшипник, при которой начинается пластическая деформация одной или нескольких гофрированных лент. Обычно повреждающая нагрузка значительно больше, чем несущая способность подшипника. Однако при некоторых нагрузках, например, ударных, нагрузка на подшипник может превысить повреждающую нагрузку. Если нагрузка на подшипник для вращающегося или невращающегося ротора, равная нагрузке на гофрированные ленты, превышает повреждающую нагрузку, после устранения нагрузки на подшипник гофрированная лента не принимает первоначальную форму и подшипник изменяет свои характеристики. Степень этого изменения и ухудшения характеристик подшипника зависит от степени превышения повреждающей нагрузки.For a conventional bearing with one or more corrugated tapes, there is a certain damaging load on the corrugated tape equal to the bearing load at which plastic deformation of one or more corrugated tapes begins. Typically, the damaging load is much greater than the bearing capacity of the bearing. However, under certain loads, such as shock, the bearing load may exceed the damaging load. If the load on the bearing for a rotating or non-rotating rotor equal to the load on the corrugated tapes exceeds the damaging load, after removing the load on the bearing, the corrugated tape does not take its original shape and the bearing changes its characteristics. The extent of this change and deterioration in bearing performance depends on the degree to which the damaging load is exceeded.
Обычно избыточное давление в смазочном слое ленточного подшипника создается за счет создания профиля смазочного слоя в форме клина, сходящегося в направлении вращения ротора.Usually, excess pressure in the lubricating layer of the tape bearing is created by creating a profile of the lubricating layer in the form of a wedge, converging in the direction of rotation of the rotor.
В некоторых ленточных подшипниках избыточное давление создается за счет канавок малой глубины, порядка десятков микрометров, изготовленных на верхней ленте или возникающих на ней под действием давления смазочного слоя. Канавки расположены неперпендикулярно, или под наклоном к направлению движения поверхности части ротора, входящей в состав подшипника, подобно канавкам в подшипниках с жесткими поверхностями, чтобы генерировать избыточное давление в смазочном слое. Для повышения давления в смазочном слое при наличии канавок не требуется смазочного слоя в форме сходящегося клина.In some tape bearings, excess pressure is created due to the shallow grooves of the order of tens of micrometers made on the upper tape or arising on it under the influence of the pressure of the lubricating layer. The grooves are not perpendicular, or at an angle to the direction of movement of the surface of the rotor part of the bearing, like grooves in bearings with hard surfaces to generate excess pressure in the lubricating layer. To increase the pressure in the lubricating layer in the presence of grooves, a lubricating layer in the form of a converging wedge is not required.
В патенте США №4415280 для повышения демпфирования гофрированная лента скреплена одним краем в направлении вдоль гребня гофрированной ленты с верхней лентой, при этом другой конец гофрированной ленты остается свободным. В патенте США №6726365 для повышения демпфирования гофрированная лента закреплена одним краем в направлении вдоль гребня гофрированной ленты с корпусом подшипника, при этом другой конец ленты гофрированной остается свободным. В патенте США №5,902,049 для повышения демпфирования гофрированная лента закреплена одним краем в направлении вдоль гребня гофрированной ленты с опорной лентой, расположенной между гофрированной лентой и корпусом, при этом другой конец ленты гофрированной остается свободным. Эти варианты конструкций, повышают демпфирование, однако существует необходимость дальнейшего повышения демпфирования ленточных подшипников.In US Pat. No. 4,415,280, in order to increase damping, the corrugated tape is fastened with one edge along the crest of the corrugated tape with the top tape, while the other end of the corrugated tape remains free. In US Pat. No. 6,726,365 to increase damping, the corrugated tape is fixed at one edge along the crest of the corrugated tape with the bearing housing, while the other end of the corrugated tape remains free. In US Pat. No. 5,902,049, to enhance damping, the corrugated tape is fixed at one edge along the crest of the corrugated tape with a support tape located between the corrugated tape and the housing, while the other end of the corrugated tape remains free. These design options increase damping, but there is a need to further increase the damping of tape bearings.
Для ленточных подшипников желательной является относительно небольшая жесткость при малой нагрузке на подшипник, поскольку это позволяет распределить нагрузку от цапфы на большей площади ленты и уменьшить износ. При увеличении нагрузки на подшипник жесткость должна возрастать. Под термином жесткость здесь и далее подразумевается отношение приращения нагрузки на подшипник к смещению вращающегося элемента подшипника в направлении приложения этой нагрузки.For tape bearings, a relatively low stiffness with a low load on the bearing is desirable, since this allows you to distribute the load from the journal over a larger area of the tape and reduce wear. With increasing load on the bearing, the stiffness should increase. The term stiffness hereinafter means the ratio of the increment of the load on the bearing to the displacement of the rotating element of the bearing in the direction of application of this load.
Один из способов уменьшения жесткости подшипника при малом эксцентриситете предложен в патенте США.№5902049, где гофрированная лента имеет чередующиеся в окружном направлении складки в различной высоты, так что при малом эксцентриситете происходит деформация только волн, или складок, имеющих большую высоту и больший шаг между выступающими частями гофр. Однако увеличение шага приводит к уменьшению соотношения высоты и длины арочной части гофры, снижению пути скольжения между трущимися частями и снижению фрикционного демпфирования. Кроме того, такой способ может быть использован только для гофрированных лент специальной конструкции, имеющих плоские части и выступающие в одну сторону от плоских частей арочные части. Для обычной волнообразной ленты такой способ не подходит.One way to reduce bearing stiffness with low eccentricity is proposed in U.S. Patent No. 5902049, where the corrugated tape has alternating creases at different heights in the circumferential direction, so that only waves, or creases having a greater height and a greater pitch between protruding parts of the corrugation. However, an increase in pitch leads to a decrease in the ratio of the height and length of the arched part of the corrugation, a decrease in the sliding path between the rubbing parts, and a decrease in friction damping. In addition, this method can be used only for corrugated tapes of a special design having flat parts and arched parts protruding to one side of the flat parts. For an ordinary wave-like ribbon, this method is not suitable.
Эффект повышения давления в смазочном слое за счет канавок использован в осевом ленточном подшипнике, показанном в патенте США №4116503. Канавки выполнены травлением на верхней ленте - тонкой податливой мембране. Для повышения износостойкости подшипника при пуске и останове необходимо нанесение антифрикционного покрытия на выступающую часть поверхности подшипника с канавками. Нанесение твердого износостойкого покрытия на податливую мембрану достаточно сложно, так как возникают проблемы прочного соединения покрытия с мембраной. Твердые износостойкие антифрикционные покрытия практически не используются в обычных ленточных подшипниках. При использовании мягкого покрытия, которое обычно применяется в ленточных подшипниках, возникает проблема изготовления канавок в мягком покрытии и стабильности их формы при эксплуатации подшипника.The effect of increasing the pressure in the lubricating layer due to grooves is used in an axial band bearing shown in US Pat. No. 4,116,503. The grooves are etched on the upper tape, a thin pliable membrane. To increase the wear resistance of the bearing during start-up and shutdown, it is necessary to apply an antifriction coating to the protruding part of the bearing surface with grooves. Applying a hard wear-resistant coating to a compliant membrane is quite difficult, since there are problems with the durable connection of the coating with the membrane. Hard wear-resistant antifriction coatings are practically not used in conventional tape bearings. When using a soft coating, which is usually used in tape bearings, there is a problem of manufacturing grooves in a soft coating and the stability of their shape during operation of the bearing.
Эффект повышения давления в смазочном слое за счет канавок использован в ленточном радиальном подшипнике, показанном в патенте США №5902049, где канавки образуются при деформации под действием давления смазочного слоя цилиндрической поверхности верхней ленты над стыками отдельных гофрированных лент, где в месте стыков радиальная жесткость минимальна и стыки расположены в елочном порядке. Однако в таком подшипнике трудно обеспечить приближение к оптимальным параметрам подшипника с канавками, так как желательно, чтобы количество канавок было больше десяти, а это приводит к уменьшению длины гофрированных лент и снижению их демпфирования.The effect of increasing the pressure in the lubricant layer due to grooves is used in a radial ribbon bearing shown in US Pat. joints are arranged in Christmas tree order. However, in such a bearing it is difficult to ensure approximation to the optimal parameters of the bearing with grooves, since it is desirable that the number of grooves be more than ten, and this leads to a decrease in the length of the corrugated tapes and a decrease in their damping.
Использование известного варианта с канавками на поверхности ротора для ленточного подшипника с верхней лентой, имеющей мягкое антифрикционное покрытие, приведет к резкому росту износа антифрикционного покрытия при пусках, остановах и контактах при возможных кратковременных ударных и других больших случайных нагрузках, превышающих несущую способность подшипника. Причиной такого износа является деформация податливой верхней ленты подшипника во время сухого трения между этой лентой и ротором. При этом часть ленты, расположенной напротив канавки на поверхности ротора, выпучивается и попадает в пространство канавки, и уступ, образованный переходом от дна канавки к выступающей части между канавками упорного диска, интенсивно срезает мягкое антифрикционное покрытие.Using the well-known version with grooves on the surface of the rotor for a tape bearing with a top tape having a soft anti-friction coating will lead to a sharp increase in wear of the anti-friction coating during starts, stops and contacts at possible short-term shock and other large random loads exceeding the bearing capacity of the bearing. The cause of this wear is the deformation of the ductile upper bearing tape during dry friction between this tape and the rotor. In this case, a part of the tape located opposite the groove on the surface of the rotor bulges out and enters the space of the groove, and the ledge formed by the transition from the bottom of the groove to the protruding part between the grooves of the thrust disc intensively cuts the soft antifriction coating.
Увеличение демпфирования ленточного подшипника может быть достигнуто также за счет повышения демпфирования смазочного слоя, которое происходит при уменьшении средней толщины смазочного слоя. Однако при возрастании частоты вращения цапфы в обладающем податливостью ленточном подшипнике средняя толщина смазочного слоя возрастает из-за роста давления в смазочном слое. При этом демпфирование смазочного слоя падает.An increase in the damping of the tape bearing can also be achieved by increasing the damping of the lubricating layer, which occurs when the average thickness of the lubricating layer is reduced. However, as the trunnion rotational speed increases in a compliant belt bearing, the average thickness of the lubricant layer increases due to an increase in pressure in the lubricant layer. In this case, the damping of the lubricant layer decreases.
Для увеличения жесткости ленточного подшипника, увеличения его демпфирования за счет повышения фрикционного демпфирования и демпфирования смазочного слоя во многих конструкциях ленточных подшипников используется пассивный преднатяг, независящий от режима работы подшипника. Пассивный преднатяг достигается, например, за счет того, что верхние ленты подшипника без цапфы имеют такую форму, что выступают в пространство, которое занимает в собранном подшипнике цапфа, и при сборке цапфа с силой отжимает верхние ленты в радиальном направлении. Такая конструкция представлена, например, в патенте США №5427455, где верхняя лента является плоской в недеформированном состоянии. Однако пассивный преднатяг имеет ограничение, так как при увеличении преднатяга возрастает контактное давление верхних лепестков на цапфу и возрастает износ при пуске и останове ротора, когда между цапфой и верхними лепестками имеет место сухое трение.To increase the stiffness of the tape bearing, increase its damping due to increased friction damping and damping of the lubricating layer, many designs of tape bearings use a passive preload, independent of the operating mode of the bearing. Passive preload is achieved, for example, due to the fact that the upper bearing tapes without a journal have such a shape that they protrude into the space that occupies the axle in the assembled bearing, and during assembly the axle forces the upper tapes in the radial direction. Such a design is presented, for example, in US patent No. 5427455, where the upper tape is flat in an undeformed state. However, the passive preload has a limitation, since an increase in the preload increases the contact pressure of the upper flaps on the trunnion and increases wear when starting and stopping the rotor when there is dry friction between the trunnion and the upper flaps.
В патенте США 4445792 используется ленточный подшипник без гофрированных лент с устройством управления преднатягом. Подшипник содержит верхние ленты, каждая из которых закреплена с одной стороны в шпонке, имеющей привод, поворачивающий синхронно все шпонки так, что верхние ленты могут поворачиваться прижиматься к цапфе и увеличивать преднатяг или поворачиваться в другом направлении и уменьшать преднатяг. При пуске и останове привод создает малый преднатяг для снижения износа, при рабочем режиме - повышенный преднатяг для увеличения жесткости подшипника. Такая конструкция имеет ограниченные возможности по увеличению преднатяга, поскольку верхние ленты имеют малую изгибную жесткость. Демпфирование смазочного слоя подшипника при увеличении преднатяга возрастает слабо, так как толщина смазочного слой между каждой верхней лентой и цапфой уменьшается в узкой зоне напротив закрепления верхней ленты в шпонку.US Pat. No. 4,445,792 uses a tape bearing without corrugated tapes with a preload control device. The bearing contains upper tapes, each of which is fixed on one side in a key that has a drive that synchronously turns all the keys so that the upper tapes can turn to press against the pin and increase the preload or turn in the other direction and reduce the preload. During start-up and shutdown, the drive creates a small preload to reduce wear, and in operating mode, an increased preload to increase the stiffness of the bearing. This design has limited potential for increasing the preload, since the upper ribbons have low bending stiffness. Damping of the bearing lubricant layer with an increase in the preload increases slightly, since the thickness of the lubricant layer between each upper tape and the journal decreases in a narrow zone opposite to the fastening of the upper tape into the key.
В патенте США 6953283 ленточный подшипник без гофрированных лент с нагрузочным устройством для управления преднатягом содержит множество верхних лент, в которые упираются со стороны корпуса подвижные стержни. При разгоне и останове ротора стержни отодвинуты от цапфы и верхние ленты прижаты к цапфе с малой силой, что уменьшает износ при пуске и останове. При большой частоте вращения стержни придвигаются к цапфе и толкают верхние ленты, увеличивая преднатяг и жесткость подшипника. Однако демпфирование смазочного слоя подшипника возрастает при этом слабо, так как толщина смазочного слоя между каждой верхней лентой и цапфой уменьшается в узкой зоне напротив контакта стержня с верхней лентой. Использование подобных толкающих стержней в подшипниках с гофрированной лентой также не приведет к росту демпфирования и ухудшит характеристики подшипника, поскольку верхняя лента в этих подшипниках имеет малую толщину и будет выпучиваться в зоне контакта с толкающими стержнями, снижая несущую способность подшипника.In US Pat. No. 6,953,383, a non-corrugated tape bearing with a preload preload control device comprises a plurality of upper tapes against which movable rods abut against the housing side. When accelerating and stopping the rotor, the rods are moved away from the trunnion and the upper tapes are pressed against the trunnion with low force, which reduces wear during start-up and shutdown. At a high speed, the rods move towards the axle and push the upper belts, increasing the preload and the stiffness of the bearing. However, the damping of the lubricating layer of the bearing increases slightly, since the thickness of the lubricating layer between each upper tape and the journal decreases in a narrow zone opposite the contact of the rod with the upper tape. The use of such push rods in bearings with corrugated tape will also not lead to an increase in damping and degrade the bearing characteristics, since the upper tape in these bearings is thin and will bulge in the contact zone with the push rods, reducing the bearing capacity of the bearing.
В патенте США №6024491 гофрированные ленты опираются на воздушные камеры, в которые подается сжатый воздух для компенсации радиального смешения ротора. Однако достаточно большой объем воздушных камер чрезмерно снижает жесткость и демпфирование такого подшипника.In US Pat. No. 6,024,491, corrugated tapes are supported by air chambers into which compressed air is supplied to compensate for radial mixing of the rotor. However, a sufficiently large volume of air chambers excessively reduces the stiffness and damping of such a bearing.
В патенте США №5911511 показан радиальный ленточный подшипник с вкладышем, содержащем самоустанавливающиеся части, упирающиеся в корпус подшипника, содержащий верхние ленты и гофрированные ленты между верхней лентой с вкладышем, позволяющий компенсировать перекос подшипника относительно цапфы. Однако конструкция такого подшипника не допускает возможности управления преднатягом во время работы и тем самым ограничивает возможности по увеличению жесткости и демпфирования подшипника.US Pat. No. 5,911,511 shows a radial tape bearing with an insert containing self-aligning parts abutting against a bearing housing, containing upper tapes and corrugated tapes between the upper tape with an insert, to compensate for misalignment of the bearing relative to the journal. However, the design of such a bearing does not allow preload control during operation and thereby limits the ability to increase the stiffness and damping of the bearing.
В патенте США №7614792 показан радиальный ленточный подшипник-уплотнение с вкладышем, содержащем части, выполненные в виде отдельных друг от друга сегментов. Одной из задач этого изобретения является облегчение сборки подшипника в случаях, когда сложно установить в корпус турбомашины весть вкладыш подшипника одновременно и легче собрать его в корпусе турбомашины по частям. Однако в ленточном подшипнике с вкладышем необходимо устанавливать во вкладыш также гофрированные ленты и верхние ленты. Это обычно удобнее сделать до установки вкладыша в корпус турбомашины, после чего вкладыш вместе с собранными в него гофрированными и верхними лентами можно установить в корпус турбомашины или промеуточный корпус подшипника. Конструкции подшипников с вкладышем, показанные в патенте США №5911511 и 7614792, части которого имеют возможность относительного смещения, не допускают такой отдельной сборки.US Pat. No. 7,614,792 shows a radial tape bearing-seal with a liner containing parts made as separate segments. One of the objectives of this invention is to facilitate the assembly of the bearing in cases where it is difficult to install the bearing shell into the housing of the turbomachine at the same time and it is easier to assemble it in parts of the turbomachine. However, in a tape bearing with an insert, it is also necessary to install corrugated tapes and upper tapes in the insert. This is usually more convenient to do before installing the liner in the turbomachine housing, after which the liner, together with the corrugated and upper ribbons assembled into it, can be installed in the turbomachine housing or the intermediate bearing housing. Bearing designs with a liner, shown in US patent No. 5911511 and 7614792, parts of which have the possibility of relative displacement, do not allow such a separate assembly.
В патентах США №7614792 и 5915841 показаны устройства для фиксации верхних лент ленточного подшипника при помощи Т-образных выступов в корпусе подшипника. Верхняя лента вставляется своим передним и задним краем в межу двумя такими Т-образными выступами. Преимущество такого способа фиксации заключается в отсутствии крепления верхней ленты при помощи сварки к корпусу подшипника или специальным деталям, которые закрепляются в корпусе подшипника, например, призматической шпонке. Недостатком такого способа фиксации является необходимость удалять переднюю и заднюю части ленты от цапфы, что уменьшает полезную длину верхней ленты, а также необходимость в сложной, в виде кулачка, форме внутренней поверхности корпуса подшипника.US Pat. Nos. 7,614,792 and 5,915,841 show devices for fixing the upper tapes of a tape bearing using T-shaped protrusions in a bearing housing. The upper tape is inserted with its front and rear edges between two such T-shaped protrusions. The advantage of this method of fixation is the lack of fastening of the upper tape by welding to the bearing housing or special parts that are fixed in the bearing housing, for example, a key. The disadvantage of this method of fixation is the need to remove the front and rear parts of the tape from the journal, which reduces the useful length of the upper tape, as well as the need for a complex, in the form of a cam, shape of the inner surface of the bearing housing.
Другим вариантом фиксации верхней ленты в радиальном подшипнике является установка специально спрофилированной крепежной передней или задней части верхней ленты в паз, имеющийся в корпусе подшипника. Недостатком такого способа фиксации является малая жесткость крепежной части в окружном направлении из-за достаточно большого в радиальном направлении расстояния между местом непосредственной фиксации ленты и линией действия тангенциальной силы, тянущей или толкающей ленту при пуске и торможении ротора в режиме сухого трения в подшипнике или при аварийной ситуации, когда сила тяжения может быть столь большой, что происходит деформации верхней ленты в месте крепления.Another option for securing the upper tape in the radial bearing is to install a specially profiled mounting front or rear of the upper tape in the groove in the bearing housing. The disadvantage of this method of fixation is the low rigidity of the fastening part in the circumferential direction due to a sufficiently large radial distance between the place of direct fixation of the tape and the line of tangential force pulling or pushing the tape when starting and braking the rotor in the dry friction mode in the bearing or during emergency situations where the force of gravity can be so large that there is a deformation of the upper tape at the attachment point.
Известные подшипники с гофрированными лентами имеют следующий недостаток: при больших нагрузках на ротор турбомашины, существенно превышающих несущую способность подшипника, подшипник может повреждаться в результате пластической деформации гофрированной ленты. Такие большие нагрузки могут возникать, например, при ударных нагрузках, при помпаже в центробежном компрессоре. Такое повреждение приводит к возрастанию монтажного зазора и уменьшению жесткости и демпфирования подшипника, может вызвать колебания цапфы с большой амплитудой, задевание частей вращающегося ротора и уменьшение ресурса работы турбомашины.Known bearings with corrugated tapes have the following disadvantage: at high loads on the rotor of the turbomachine, significantly exceeding the bearing capacity of the bearing, the bearing may be damaged due to plastic deformation of the corrugated tape. Such large loads can occur, for example, under shock loads, with surge in a centrifugal compressor. Such damage leads to an increase in the mounting clearance and to a decrease in the stiffness and damping of the bearing; it can cause oscillations of the axle with a large amplitude, grazing of parts of the rotating rotor and a decrease in the service life of the turbomachine.
В патенте США №4394091 рядом с радиальным ленточным подшипником в осевом направлении расположен шариковый подшипник качения, имеющий диаметральный зазор между внутренним кольцом и цапфой меньше, чем статический эксцентриситет ленточного подшипника. Такое ограничение эксцентриситета цапфы дает возможность снижения момента трения цапфы в ленточном подшипнике при пуске. Однако при рабочей частоте вращения внешние нагрузки на ротор, возникающие, например, при колебаниях корпуса турбомашины, могут часто приводить к эксцентриситету цапфы в ленточных подшипниках, большим, чем статический эксцентриситет, что вызывает касания вращающейся цапфы внутреннего кольца подшипника. Такие частые касания при большой окружной скорости цапфы, составляющей десятки метров в секунду, могут приводить к повреждению контактных поверхностей и снижению срока службы подшипникового узла.In US Pat. No. 4,394,091, an axial ball bearing is disposed adjacent to the axial direction of the ball bearing, having a diametrical clearance between the inner ring and the journal less than the static eccentricity of the tape bearing. This limitation of the eccentricity of the trunnion makes it possible to reduce the friction moment of the trunnion in the tape bearing during start-up. However, at the operating speed of rotation, external rotor loads arising, for example, during vibrations of the turbomachine housing, can often lead to an eccentricity of a journal in tape bearings larger than a static eccentricity, which causes the rotating journal to touch the inner ring of the bearing. Such frequent contact with a large axial peripheral speed of tens of meters per second can lead to damage to the contact surfaces and reduce the life of the bearing assembly.
В японской заявке JP 2008-232289, A между двумя радиальными ленточными подшипниками, образующими сдвоенный подшипник, расположен подшипник качения, имеющий радиальный зазор между внутренним кольцом подшипника и цапфой, меньший, чем толщина смазочного слоя в ленточном подшипнике при высокой частоте вращения ротора. Недостатком данного подшипника является то, что, с учетом податливости верхней ленты ленточного подшипника, контакт цапфы с внутренним кольцом подшипника качения и износ контактирующих поверхностей наступает при существенно меньшей нагрузке, чем несущая способность ленточного подшипника.In Japanese application JP 2008-232289, A, a rolling bearing is disposed between two radial tape bearings forming a double bearing, having a radial clearance between the inner ring of the bearing and the journal less than the thickness of the lubricating layer in the tape bearing at a high rotor speed. The disadvantage of this bearing is that, taking into account the flexibility of the upper tape of the tape bearing, the contact of the journal with the inner ring of the rolling bearing and the wear of the contacting surfaces occurs at a significantly lower load than the bearing capacity of the tape bearing.
При вращении цапфы в ленточном подшипнике происходит выделение тепла из-за потерь на трение в смазочном слое. Это тепло поступает в верхнюю ленту, цапфу и частично выводится из смазочного слоя вместе выходящим воздухом. Мощность тепловыделения возрастает с ростом частоты вращения и нагрузки на подшипник. При большой частоте вращения и нагрузке на подшипник температура подшипника становится достаточно высокой и возникает необходимость принудительного охлаждения ленточного подшипника. Обычно для ленточного радиального подшипника создается разность давлений окружающего воздуха на торцах подшипника, и воздух движется в направлении оси подшипника по всем полостям, имеющимся между цапфой и корпусом подшипника. Однако проходная площадь пространства смазочного слоя, где выделяется тепло трения, существенно меньше, чем проходная площадь пространства между верхней лентой и корпусом подшипника, где располагается гофрированная лента. Поэтому существенная часть охлаждающего воздуха, проходящего между верхней лентой и корпусом подшипника, нагревается слабо и используется неэффективно.When the trunnion rotates in the tape bearing, heat is generated due to friction losses in the lubricating layer. This heat enters the upper tape, trunnion and is partially removed from the lubricating layer together with the outgoing air. The heat dissipation power increases with increasing speed and load on the bearing. With a high speed and load on the bearing, the temperature of the bearing becomes quite high and there is a need for forced cooling of the tape bearing. Typically, for a tape radial bearing, a difference in ambient air pressures is created at the ends of the bearing, and air moves in the direction of the bearing axis along all the cavities between the journal and the bearing housing. However, the passage area of the space of the lubricating layer where friction heat is released is significantly less than the passage area of the space between the upper tape and the bearing housing where the corrugated tape is located. Therefore, a significant part of the cooling air passing between the upper tape and the bearing housing is heated slightly and is used inefficiently.
В пат. США №5902049 предлагается повысить эффективность охлаждения подшипника за счет перфорированного тонкого листа, расположенного между верхней и гофрированной лентой. Однако возможности такого решения по увеличению эффективности охлаждения ограничены.In US Pat. US No. 5902049 proposes to increase the cooling efficiency of the bearing due to the perforated thin sheet located between the upper and corrugated tape. However, the possibilities of such a solution to increase the cooling efficiency are limited.
Перспективные в настоящее время для использования в высокооборотных турбомашинах ленточные и активные магнитные подшипники обладают преимуществами и недостатками, которые во многом способны компенсировать недостатки одних и использовать преимущества других подшипников при совместном использование в одном комбинированном подшипнике.Promising at present for use in high-speed turbomachines, tape and active magnetic bearings have advantages and disadvantages, which are largely able to compensate for the disadvantages of some and take advantage of other bearings when used together in one combined bearing.
При большой длительной нагрузке, действующей со стороны проточных частей на осевой ленточный подшипник, выделяющееся в смазочном слое тепло достаточно велико и возникают проблемы охлаждения подшипника. С другой стороны, потери в осевых магнитных подшипниках значительно меньше, чем с ленточных подшипниках и проблем с перегревом не возникает.With a large long-term load acting on the side of the flow parts on the axial belt bearing, the heat generated in the lubricating layer is quite large and there are problems of bearing cooling. On the other hand, the losses in axial magnetic bearings are much less than with tape bearings and there are no problems with overheating.
С ростом мощности турбомашины возрастают возбуждающие силы в проточных частях турбомашин и уплотнениях, способные вызывать самовозбуждающиеся колебания ротора с ленточными подшипниками в течение всего рабочего периода. Такие колебания сопровождаются сухим трением между ленточными элементами подшипника. При росте амплитуды колебаний износ в трущихся элементах может стать значительным и сокращать срок службы турбомашины. Дополнительная установка магнитных подшипников с регулируемыми характеристиками позволяет существенно снизить амплитуду колебания ротора и повысить ресурс работы ленточных подшипников.With an increase in the power of the turbomachine, exciting forces in the flow parts of the turbomachines and seals increase, which can cause self-excited oscillations of the rotor with tape bearings throughout the entire working period. Such vibrations are accompanied by dry friction between the tape elements of the bearing. With an increase in the amplitude of oscillations, wear in the rubbing elements can become significant and shorten the life of the turbomachine. Additional installation of magnetic bearings with adjustable characteristics can significantly reduce the amplitude of oscillation of the rotor and increase the service life of tape bearings.
Совместная работа ленточных и магнитных подшипников при возникновении помпажа в турбокомпрессоре снижает нагрузки на каждый подшипник и позволяет снизить вероятность возможных повреждений в ленточном подшипнике.The joint operation of tape and magnetic bearings when surge occurs in a turbocompressor reduces the load on each bearing and reduces the likelihood of possible damage to the tape bearing.
Ленточные подшипники имеют малую несущую способность при небольшой скорости вращения и увеличение веса ротора приводит к существенному износу подшипников при пусках и остановах. Несущая способность магнитных подшипников не уменьшается при малой скорости вращения, что позволяет практически устранить износ в ленточном подшипнике при пуске и останове.Belt bearings have low bearing capacity at a low speed of rotation and an increase in the weight of the rotor leads to significant wear of the bearings during starts and stops. The bearing capacity of magnetic bearings does not decrease at low rotational speeds, which can virtually eliminate wear in the tape bearing during start-up and shutdown.
С другой стороны, магнитные подшипники имеют страховочные подшипники для предотвращения аварии при отключении электроэнергии или сбоя в системе управления. Страховочные подшипники имеют малый ресурс по аварийным остановкам. Совместная работа магнитных подшипников с ленточными подшипниками позволяет полностью устранить проблему страховочных подшипников, т.к. при сбое в работе магнитных подшипников происходит спокойный выбег ротора с минимальным износом ленточных подшипников.Magnetic bearings, on the other hand, have safety bearings to prevent accidents during a power outage or a malfunction in the control system. Safety bearings have a small resource for emergency stops. The joint work of magnetic bearings with tape bearings can completely eliminate the problem of safety bearings, as in the event of a malfunction of the magnetic bearings, a quiet run-out of the rotor occurs with minimal wear on the tape bearings.
Магнитные подшипники плохо приспособлены к ударным нагрузкам и высокочастотным колебаниям, в то время как ленточные подшипники хорошо приспособлены к таким условиям.Magnetic bearings are poorly adapted to shock loads and high-frequency vibrations, while tape bearings are well adapted to such conditions.
Несмотря на указанные выше преимущества гибридного подшипника, содержащего ленточный и магнитный подшипник, такая конструкция имеет серьезный недостаток - высокую сложность и цену. Магнитные подшипники существенно дороже ленточных подшипников из-за очень сложной системы управления и дорогих электронных компонентов. Высокая сложность и цена системы управления магнитными подшипниками связана с обеспечением высокой скорости и сложности обработки информации о положении ротора для передачи управляющего воздействия на магнитные подшипники, чтобы скомпенсировать действующие на ротор с высокой частотой силы и предотвратить возникновение неустойчивости, приводящей к колебаниям ротора в магнитном подшипнике.Despite the above advantages of a hybrid bearing containing a tape and magnetic bearings, this design has a serious drawback - high complexity and price. Magnetic bearings are significantly more expensive than tape bearings due to a very complex control system and expensive electronic components. The high complexity and price of the control system of magnetic bearings is associated with the high speed and complexity of processing information about the position of the rotor for transmitting a control action to the magnetic bearings in order to compensate for the forces acting on the rotor with a high frequency and to prevent instability leading to rotor oscillations in the magnetic bearing.
В патентах США №6353273, 6770993 и 6965181 показаны варианты конструкций гибридного ленточного и магнитного подшипника и способы управления магнитным подшипником для устранения проблем управления магнитными подшипниками при совместной работе с ленточными подшипниками. Однако в этих гибридных подшипниках используется практически вся сложная структура системы управления магнитными подшипниками без учета фактора, что ленточные подшипники хорошо работают при действии сил, действующие на ротор с высокой частотой.US Pat. Nos. 6,353,273, 6,770,993, and 6,965,181 show design options for a hybrid tape and magnetic bearing and methods for controlling a magnetic bearing to eliminate problems of controlling magnetic bearings when working together with tape bearings. However, in these hybrid bearings, almost the entire complex structure of the magnetic bearing control system is used without taking into account the factor that tape bearings work well under the action of forces acting on the rotor with a high frequency.
В патенте США 5911511 показан осевой ленточный подшипник с вкладышем, содержащем самоустанавливающиеся части, позволяющий уменьшить потерю несущей способности подшипника при его перекосе относительно упорного диска. Однако такой подшипник дает равномерное распределение нагрузки только в пределах одной самоустанавливающейся части вкладыша, поскольку нагрузка на часть вкладыша, максимально близкую к упорному диску, будет больше, чем на расположенную с противоположной стороны диска часть вкладыша, максимально удаленную от диска. Разница этих нагрузок будет пропорциональна величине перекоса. Таким образом, представленный в патенте 5911511 осевой подшипник не дает равномерного распределения нагрузки на вкладыш в окружном направлении.US Pat. No. 5,911,511 shows an axial belt bearing with a liner containing self-aligning parts, which can reduce the loss of bearing capacity of the bearing when it is skewed relative to the thrust disc. However, such a bearing gives a uniform load distribution only within one self-aligning part of the insert, since the load on the part of the insert as close as possible to the thrust disk will be greater than on the part of the insert located on the opposite side of the disk, as far as possible from the disk. The difference in these loads will be proportional to the amount of skew. Thus, the axial bearing disclosed in patent 5911511 does not evenly distribute the load on the liner in the circumferential direction.
Обычно гребни вершин гофрированных лент в ленточных подшипниках располагаются в направлении, поперечном скорости движения поверхности ротора. Для радиальных подшипников это направление вдоль оси подшипника, для осевых подшипников это радиальное направление. Такое расположение является более технологичным.Typically, the crests of the corrugated tape tops in the tape bearings are located in a direction transverse to the velocity of the rotor surface. For radial bearings, this is the direction along the bearing axis; for axial bearings, this is the radial direction. This arrangement is more technological.
Расположение гребней гофрированных лент в направлении, перпендикулярном к указанному, т.е. в окружном направлении, встречается очень редко. Пример расположения гребней гофрированных лент радиальных подшипников и осевых подшипников в окружном направлении представлен в пат. США №4296976. Цель этого изобретения заключается в улучшении технологичности и качества производства ленточных подшипников. В радиальном и осевом подшипнике гофрированные ленты расположены в два слоя, которые расположены в направлении, перпендикулярном к поверхности скольжения ротора, и гребни лент в одном слое направлены в окружном направлении, а в другом слое - в поперечном направлении. В указанном патенте ничего не говорится о возможности уменьшать перетечки газа через подшипник за счет расположения гребней гофрированных лент.The location of the crests of the corrugated tapes in a direction perpendicular to the specified, i.e. in the district direction, is very rare. An example of the location of the ridges of corrugated tapes of radial bearings and axial bearings in the circumferential direction is presented in US Pat. US No. 4296976. The purpose of this invention is to improve the manufacturability and quality of the production of tape bearings. In the radial and axial bearings, the corrugated tapes are arranged in two layers, which are located in a direction perpendicular to the sliding surface of the rotor, and the crests of the tapes in one layer are directed in the circumferential direction and in the other layer in the transverse direction. The said patent does not say anything about the possibility of reducing the flow of gas through the bearing due to the location of the crests of the corrugated tapes.
В российском патенте №2449184, задачей которого является повышение надежности и увеличение несущей способности подшипника, показан осевой ленточных подшипник. Из рисунках видно, что в радиальном сечении волны гофрированной ленты расположены в радиальном направлении, однако в описании отсутствует упоминание о направлении гребней гофрированных лент, и технический результат данного изобретения не зависит от направления этих гребней. В указанном патенте ничего не говорится о возможности уменьшать перетечки газа через подшипник за счет расположения гребней гофрированных лент. Из показанного на рисунках расположения гофрированных лент следует, что расстояние между краями расположенных напротив друг друга гребней гофрированных лент составляет порядка одной трети окружной длины верхней ленты и значительно больше длины волны гофрированной ленты. Подобное взаимное расположение гофрированных лент, гребни которых расположены в окружном направлении, не обеспечивает существенного снижения перетечек газа через подшипник при использовании его в качестве уплотнения.In the Russian patent No. 2449184, the task of which is to increase the reliability and increase the bearing capacity of the bearing, an axial tape bearing is shown. The figures show that in the radial section the waves of the corrugated tape are located in the radial direction, however, the description does not mention the direction of the crests of the corrugated tapes, and the technical result of the present invention does not depend on the direction of these crests. The said patent does not say anything about the possibility of reducing the flow of gas through the bearing due to the location of the crests of the corrugated tapes. From the location of the corrugated tapes shown in the figures, it follows that the distance between the edges of the ridges of the corrugated tapes located opposite each other is about one third of the circumferential length of the upper tape and is significantly greater than the wavelength of the corrugated tape. Such a mutual arrangement of corrugated tapes, the ridges of which are located in the circumferential direction, does not provide a significant reduction in gas leakage through the bearing when used as a seal.
В патенте США №6505837 показаны ленточный радиальный и осевой подшипник - уплотнение. Подшипники содержат цапфу (упорный диск), корпус, верхнюю ленту, и гофрированную ленту, расположенную между верхней лентой и гофрированной лентой. Уплотняющей частью обоих подшипников от перетечек газа через подшипник в пространстве между верхней лентой и корпусом является фланцевая часть верхней ленты, имеющая форму плоского кольца для радиального подшипника и форму трубчатого кольца осевого для подшипника. В радиальном подшипнике - уплотнении используется только гофрированные ленты, гребни которых расположены в обычном, осевом направлении. В показанном радиальном сечении осевого подшипника - уплотнения показано, что волны гофрированной ленты расположены в радиальном направлении, однако в описании это никак не комментируется и ничего не говорится о возможности уменьшать перетечки газа через подшипник - уплотнение за счет расположения гребней гофрированных лент. Недостатком этого подшипника - уплотнения является то, что за счет наличия уплотняющей трубчатой части верхней ленты давление между верхней лентой и упругим элементом практически не изменяется в радиальном направлении и равно давлению газа возле внутреннего диаметра верхней ленты. В то же время давление смазочного слоя между верхней лентой и упорным диском изменяется в радиальном направлении постепенно. Такое распределение давлений требует увеличения изгибной жесткости верхней ленты подшипника, что существенно уменьшает преимущества, которые имеет податливая верхняя лента для достижения минимального зазора и снижения перетечек газа.US Pat. No. 6,505,837 shows a radial and axial ribbon bearing, a seal. The bearings comprise a trunnion (thrust disk), a housing, an upper tape, and a corrugated tape located between the upper tape and the corrugated tape. The sealing part of both bearings from gas flows through the bearing in the space between the upper tape and the housing is the flanged part of the upper tape, which has the form of a flat ring for a radial bearing and the shape of an axial tubular ring for the bearing. In a radial bearing - seal only corrugated tapes are used, the ridges of which are located in the normal, axial direction. In the shown radial section of the axial bearing - seal, it is shown that the waves of the corrugated tape are located in the radial direction, however, this is not commented on in any way and nothing is said about the possibility of reducing the gas flow through the bearing - seal due to the location of the crests of the corrugated tapes. The disadvantage of this bearing - sealing is that due to the presence of a sealing tubular part of the upper tape, the pressure between the upper tape and the elastic element practically does not change in the radial direction and is equal to the gas pressure near the inner diameter of the upper tape. At the same time, the pressure of the lubricating layer between the upper belt and the thrust disc changes gradually in the radial direction. Such a pressure distribution requires an increase in the bending stiffness of the upper bearing tape, which significantly reduces the advantages that a flexible upper tape has to achieve a minimum clearance and reduce gas leakage.
Используемые в качестве упругого элемента в ленточных подшипниках гофрированные ленты имеют для некоторых применений недостаток - чрезмерно высокую жесткость при малой длине волны гофрированной ленты. Это может проявляться, например, при малых размерах ленточного подшипника. Даже при предельно тонкой используемой гофрированной ленте толщиной около 0,07 миллиметра длина волны этой ленты при приемлемой жесткости составляет более 3 миллиметров. Для осевых ленточных подшипников, например, диаметром 20 миллиметров и меньше такая длина волны не позволяет разместить между верхней лентой и корпусом подшипника достаточное количество волн для формирования оптимального профиля смазочного слоя.Corrugated tapes used as an elastic element in tape bearings have the disadvantage for some applications - excessively high rigidity at a short wavelength of the corrugated tape. This can occur, for example, with small sizes of the tape bearing. Even with an extremely thin used corrugated tape with a thickness of about 0.07 mm, the wavelength of this tape with acceptable stiffness is more than 3 millimeters. For axial tape bearings, for example, with a diameter of 20 millimeters or less, such a wavelength does not allow a sufficient number of waves to be placed between the upper tape and the bearing housing to form the optimal profile of the lubricating layer.
Обычно радиальные ленточные подшипники стационарных турбомашин не испытывают относительно длительных больших нагрузок в одном направлении. Кратковременные (десятые доли секунды или меньше) большие нагрузки на подшипники могут возникать, например, при помпаже или от кратковременных вибрационных или ударных нагрузок. Однако радиальные подшипники турбомашин, установленных на транспортных установках, могут испытывать большие нагрузки достаточно длительное время (порядка нескольких секунд), например, вследствие действующего на ротор гироскопического момента, возникающего при эволюциях транспортного средства в пространстве. Большие нагрузки и скорости вращения, низкий коэффициент теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения никелевого сплава, из которого изготавливаются верхние ленты подшипника, могут приводить, как показали проведенные исследования [1], к локальному нагреву верхней ленты подшипника, ее короблению из-за возникающих неравномерных напряжений, разрыву смазочного слоя и разрушению подшипника.Typically, the radial belt bearings of stationary turbomachines do not experience relatively long, high loads in one direction. Short-term (tenths of a second or less) large loads on bearings can occur, for example, during surging or from short-term vibration or shock loads. However, the radial bearings of turbomachines mounted on transport installations can experience large loads for a fairly long time (of the order of several seconds), for example, due to the gyroscopic moment acting on the rotor that occurs during vehicle evolution in space. Large loads and rotational speeds, a low coefficient of thermal conductivity and a high coefficient of linear expansion of the nickel alloy from which the upper bearing tapes are made can lead, as shown by studies [1], to local heating of the upper bearing tape, its warpage due to uneven stresses rupture of the lubricating layer and destruction of the bearing.
1 DellaCorte, С., and Bruckner, R.J.: ʺRemaining Technical Challenges and Future Plans for Oil-Free Turbomachinery,ʺ Proceedings of 2010 ASME-IGTI Turbo Expo, Glasgow, UK, GT2010-22086, June 2010 1 DellaCorte, S., and Bruckner, RJ: ʺ Remaining Technical Challenges and Future Plans for Oil-Free Turbomachinery, ʺ Proceedings of 2010 ASME-IGTI Turbo Expo, Glasgow, UK, GT2010-22086, June 2010
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является повышение демпфирования ленточного подшипника. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный газодинамический подшипник содержит корпус и цапфу, верхнюю ленту и упругодемпферный блок, обеспечивающий демпфирование, превосходящее демпфирование обычной гофрированной ленты, закрепленной по одному краю, например, на корпусе подшипника и имеющей свободный второй край. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Упругодемпферный блок расположен между верхней лентой и корпусом. Упругодемпферный блок включает гофрированную ленту, опорную ленту и промежуточную ленту. Гофрированная лента закреплена по своему первому краю вдоль гребня на опорной ленте.An object of the present invention is to increase the damping of a tape bearing. This technical result is achieved due to the fact that the strip gas-dynamic bearing comprises a housing and a trunnion, an upper tape and an elastic-damper block providing damping that is superior to the damping of a conventional corrugated tape fixed along one edge, for example, on the bearing housing and having a free second edge. The upper tape is located between the body and the pin. Elastic damper block is located between the upper tape and the housing. The elastic damper unit includes a corrugated tape, a support tape and an intermediate tape. The corrugated tape is fixed along its first edge along the ridge on the support tape.
При этом промежуточная лента расположена между гофрированной лентой и опорной лентой и закреплена по краю гофрированной ленты, противоположном первому краю.In this case, the intermediate tape is located between the corrugated tape and the supporting tape and is fixed along the edge of the corrugated tape opposite the first edge.
Другой задачей настоящего изобретения является уменьшение износа верхней ленты радиального ленточного подшипника при пусках и остановах ротора. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус и цапфу, верхнюю ленту и гофрированные ленты. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Гофрированные ленты расположены в окружном направлении между верхней лентой и корпусом подшипника. Часть гофрированных лент имеет меньшую высоту.Another objective of the present invention is to reduce wear of the upper tape of a radial tape bearing during starts and stops of the rotor. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing and a trunnion, upper tape and corrugated tape. The upper tape is located between the body and the pin. Corrugated tapes are located in the circumferential direction between the upper tape and the bearing housing. Some corrugated tapes have a lower height.
При этом гофрированные ленты разной высоты чередуются в направлении оси подшипника, обеспечивая большую площадь контакта верхней ленты и цапфы при сухом трении во время разгона ротора за счет малой жесткости при весовой нагрузке.At the same time, corrugated tapes of different heights alternate in the direction of the bearing axis, providing a large contact area of the upper tape and journal during dry friction during acceleration of the rotor due to low rigidity under weight load.
Другой задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности подшипника. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус и цапфу, верхнюю ленту и гофрированные ленты. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Гофрированные ленты расположены между верхней лентой и корпусом в осевом направлении.Another objective of the present invention is to increase the bearing capacity of the bearing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing and a trunnion, upper tape and corrugated tape. The upper tape is located between the body and the pin. Corrugated tapes are located between the upper tape and the housing in the axial direction.
При этом отдельная гофрированные ленты имеют чередующиеся узкие и широкие гребни, что обеспечивает переменную жесткость в окружном направлении. Гофрированные ленты расположены по отношению друг к другу таким образом, что их узкие гребни расположены под наклоном к средней линии подшипника, образуя елочную структуру. Под давлением смазочного слоя верхняя лента продавливается больше вдоль узких гребней, где жесткость гофрированных лент меньше. Это приводит к образованию канавок с елочной структурой на верхней ленте и росту несущей способности подшипника.In this case, the individual corrugated tapes have alternating narrow and wide ridges, which provides variable stiffness in the circumferential direction. Corrugated tapes are located in relation to each other so that their narrow ridges are inclined to the midline of the bearing, forming a Christmas tree structure. Under the pressure of the lubricating layer, the upper tape is pressed more along narrow ridges, where the stiffness of the corrugated tape is less. This leads to the formation of grooves with a Christmas tree structure on the upper ribbon and an increase in the bearing capacity of the bearing.
Такой же технический результат, повышение несущей способности подшипника, достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус и цапфу, верхнюю ленту, упругий элемент и промежуточный лист. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Упругий элемент расположен между верхней лентой и корпусом. Промежуточный лист расположен между верхней лентой и упругим элементом.The same technical result, increasing the bearing capacity of the bearing, is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing and a pin, an upper tape, an elastic element and an intermediate sheet. The upper tape is located between the body and the pin. An elastic element is located between the upper tape and the housing. An intermediate sheet is located between the upper tape and the elastic element.
При этом промежуточный лист имеет канавки на стороне, обращенной к верхней ленте. Канавки начинаются от боковых краев промежуточного листа и направлены к средней линии подшипника, образуя елочную структуру. Под давлением смазочного слоя верхняя лента продавливается больше вдоль канавок на промежуточном листе. Это приводит к образованию канавок с елочной структурой на верхней ленте и росту несущей способности подшипника.In this case, the intermediate sheet has grooves on the side facing the upper tape. Grooves start from the lateral edges of the intermediate sheet and are directed towards the midline of the bearing, forming a Christmas tree structure. Under the pressure of the lubricating layer, the upper tape is pressed more along the grooves on the intermediate sheet. This leads to the formation of grooves with a Christmas tree structure on the upper ribbon and an increase in the bearing capacity of the bearing.
Другой задачей настоящего изобретения является снижение - скорости всплытия ротора в ленточном подшипнике. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус и цапфу, верхнюю ленту и упругий элемент. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Упругий элемент расположен между верхней лентой и корпусом.Another objective of the present invention is to reduce the ascent rate of the rotor in the tape bearing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing and a trunnion, an upper tape and an elastic element. The upper tape is located between the body and the pin. An elastic element is located between the upper tape and the housing.
На поверхности ротора напротив верхней ленты в окружном направлении выполнено множество канавок, образующих своим елочную структуру для генерации избыточного давления в смазочном слое.On the surface of the rotor opposite the upper tape in the circumferential direction there are many grooves forming their Christmas tree structure to generate excess pressure in the lubricating layer.
При этом переход между выступающей частью и дном канавки имеет округление, минимальный радиус которого значительно превышает глубину канавки. Данное скругление предотвращает износ верхней ленты при разгоне ротора, обеспечивая при этом снижение - скорости всплытия ротора в ленточном подшипнике.Moreover, the transition between the protruding part and the bottom of the groove has a rounding, the minimum radius of which significantly exceeds the depth of the groove. This rounding prevents the wear of the upper tape during acceleration of the rotor, while ensuring a decrease in the ascent rate of the rotor in the tape bearing.
Другой задачей настоящего изобретения является управление жесткостью ленточного подшипника при вращающимся роторе. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, цапфу, верхнюю ленту, упругий элемент, вкладыш. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Вкладыш расположен между верней лентой и корпусом. Упругий элемент расположен между верхней лентой и вкладышем.Another objective of the present invention is to control the stiffness of a tape bearing with a rotating rotor. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing, a pin, an upper tape, an elastic element, an insert. The upper tape is located between the body and the pin. The insert is located between the top of the tape and the body. The elastic element is located between the upper tape and the liner.
Части вкладыша имеют возможность смещаться относительно друг друга радиальном направлении. Подшипник содержит устройство управления преднатягом, установленное на корпусе.Parts of the liner have the ability to move relative to each other in a radial direction. The bearing comprises a preload control device mounted on the housing.
При этом части вкладыша упираются в подвижные части устройства управления преднатягом. Эти подвижные части смещают части вкладыша в радиальном направлении во время вращения ротора, обеспечивая изменение преднатяга и изменение жесткости подшипника.The parts of the liner abut against the movable parts of the preload control device. These moving parts shift the liner parts in the radial direction during the rotation of the rotor, providing a change in the preload and a change in the stiffness of the bearing.
Другой задачей настоящего изобретения является упрощение процесса сборки подшипника. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, цапфу, верхнюю ленту, упругий элемент, кольцеобразный вкладыш. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Вкладыш расположен между верней лентой и корпусом. Упругий элемент расположен между верхней лентой и вкладышем.Another objective of the present invention is to simplify the assembly process of the bearing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing, a pin, an upper tape, an elastic element, an annular insert. The upper tape is located between the body and the pin. The insert is located between the top of the tape and the body. The elastic element is located between the upper tape and the liner.
При этом вкладыш содержит три и более частей, соединенных тонкими перемычками с возможностью изменять положение указанных частей относительно друг друга в направлении к цапфе под действием внешней силы или момента. Части вкладыша опираются на корпус с возможностью поворота указанных частей вдоль оси, параллельной оси вкладыша.In this case, the insert contains three or more parts connected by thin jumpers with the ability to change the position of these parts relative to each other in the direction of the pin under the action of an external force or moment. Parts of the liner rest on the housing with the possibility of rotation of these parts along an axis parallel to the axis of the liner.
Другой задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности ленточного радиального подшипника за счет компенсации перекосов при сохранении устойчивости к коническим колебаниям корпуса подшипника. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус подшипника, цапфу, верхнюю ленту, упругий элемент.Another objective of the present invention is to increase the bearing capacity of a tape radial bearing by compensating for distortions while maintaining resistance to conical vibrations of the bearing housing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a bearing housing, a journal, an upper tape, an elastic element.
Корпус подшипника закреплен относительно корпуса турбомашины посредством кольца. Внутренняя часть кольца имеет малую изгибную жесткость и высокую радиальную жесткость относительно наружной части кольца. Кольцо закреплено на внешней стороне корпуса подшипника в его средней части своей внутренней частью. Кольцо закреплено своей наружной частью относительно внутренней стороны корпуса турбомашины.The bearing housing is fixed relative to the housing of the turbomachine by means of a ring. The inner part of the ring has low bending stiffness and high radial stiffness relative to the outer part of the ring. The ring is fixed on the outside of the bearing housing in its middle part with its inner part. The ring is fixed with its outer part relative to the inner side of the turbomachine body.
При этом между внешней стороной корпуса подшипника и внутренней стороной корпуса турбомашины расположена гофрированная лента для демпфирования возможных конических колебаний корпуса подшипника.At the same time, between the outer side of the bearing housing and the inner side of the turbomachine housing there is a corrugated tape for damping possible conical vibrations of the bearing housing.
Другой задачей настоящего изобретения является упрощение фиксации верхней ленты и повышение технологичности изготовления ленточного подшипника. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, цапфу, верхнюю ленту. Верхняя лента расположена между корпусом подшипника и цапфой. Цапфа имеет вращение от заднего края верхней ленты к переднему краю последней.Another objective of the present invention is to simplify the fixation of the upper tape and increase the manufacturability of the manufacture of a tape bearing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing, a pin, an upper tape. The upper tape is located between the bearing housing and the pin. The pin has rotation from the rear edge of the upper tape to the front edge of the latter.
Верхняя лента зафиксирована относительно шпонки, частично выступающей из корпуса и установленной в пазу корпуса вдоль оси подшипника с возможностью свободного сдвига шпонки в радиальном направлении.The upper tape is fixed relative to the keys, partially protruding from the housing and installed in the groove of the housing along the axis of the bearing with the possibility of free movement of the keys in the radial direction.
При этом в части шпонки, выступающей из корпуса, находится щель, проходящая вдоль шпонки. В этой щели находится передний край верхней ленты. Щель в шпонке расположена таким образом, что при сдвиге шпонки в направлении вращения одна из контактирующих поверхностей шпонки и верхней ленты расположена поперек направления вращения цапфы. Рядом с передним краем верхней ленты имеется часть последней, выступающая в сторону цапфы, расположенная ближе к поверхности цапфы, чем верхняя часть шпонки, при упоре переднего края верхней ленты в шпонку в направлении от цапфы.At the same time, in the part of the key protruding from the housing, there is a gap extending along the key. In this gap is the front edge of the upper tape. The slot in the key is located so that when the key is shifted in the direction of rotation, one of the contacting surfaces of the key and the upper tape is located transverse to the direction of rotation of the journal. Near the front edge of the upper ribbon there is a part of the latter protruding towards the journal, which is closer to the surface of the journal than the upper part of the key, with the front edge of the upper ribbon against the key in the direction away from the journal.
Другой задачей настоящего изобретения является увеличение максимальной нагрузки на ленточный подшипник без повреждения гофрированных лент. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус и цапфу, верхнюю ленту и гофрированную ленту. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Гофрированная лента расположена между верхней лентой и корпусом в окружном направлении.Another objective of the present invention is to increase the maximum load on the tape bearing without damaging the corrugated tapes. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing and a trunnion, an upper tape and a corrugated tape. The upper tape is located between the body and the pin. Corrugated tape is located between the upper tape and the housing in the circumferential direction.
В корпусе концентрично его оси установлено кольцо с внутренней поверхностью, обладающей антифрикционными свойствами, расположенное рядом в осевом направлении с верхней лентой подшипника.In the housing concentrically to its axis, a ring is installed with an inner surface having antifriction properties, located adjacent in the axial direction with the upper bearing tape.
При этом радиальный зазор между внутренней поверхностью кольца и поверхностью ротора установлен таким, что при нагрузке на подшипник, превышающей нагрузку, повреждающую гофрированную ленту, часть нагрузки на подшипник воспринимается кольцом, в результате чего деформация гофрированной ленты получается не больше величины, приводящей к повреждению последней и не меньше величины, соответствующей предельной несущей способности подшипника.In this case, the radial clearance between the inner surface of the ring and the surface of the rotor is set so that when the load on the bearing exceeds the load damaging the corrugated tape, part of the load on the bearing is perceived by the ring, as a result of which the deformation of the corrugated tape is not greater than the value that causes damage to the latter not less than the value corresponding to the ultimate bearing capacity of the bearing.
Такой же технический результат, увеличение максимальной нагрузки на ленточный подшипник без повреждения гофрированных лент подшипника, достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус и цапфу, верхнюю ленту и гофрированную ленту. Верхняя лента расположена между корпусом и цапфой. Гофрированная лента расположена между верхней лентой и корпусом в окружном направлении.The same technical result, an increase in the maximum load on the tape bearing without damaging the corrugated bearing tapes, is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing and a pin, an upper tape and a corrugated tape. The upper tape is located between the body and the pin. Corrugated tape is located between the upper tape and the housing in the circumferential direction.
Внутри кольцевого пространства, ограниченного вершинами, расположенными с одной и с другой стороны гофрированной ленты, находятся разгрузочные элементы - ленты, расположенные в направлении гребней гофрированной ленты.Inside the annular space bounded by peaks located on one and the other side of the corrugated tape, there are unloading elements - tapes located in the direction of the crests of the corrugated tape.
При этом высота разгрузочных элементов такова, что при предельной нагрузке на подшипник, превышающей повреждающую гофрированную ленту нагрузку деформация гофрированной ленты не больше величины, приводящей к ее повреждению и не меньше величины, соответствующей предельной несущей способности подшипника.At the same time, the height of the unloading elements is such that at a maximum bearing load exceeding the damaging corrugated tape load, the deformation of the corrugated tape is not greater than the value leading to its damage and not less than the value corresponding to the ultimate bearing capacity of the bearing.
Другой задачей настоящего изобретения является охлаждение цапфы ленточного подшипника. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, цапфу, верхнюю ленту и упругий элемент.Another objective of the present invention is the cooling of the journal of the tape bearing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing, a trunnion, an upper tape and an elastic element.
Внутри ротора, под поверхностью цапфы, расположены каналы для охлаждения цапфы, имеющие входы из окружающего пространства с одной стороны подшипника и выходы из ротора в окружающее пространство с другой стороны подшипника.Inside the rotor, under the trunnion surface, there are ducts for cooling the trunnion, having entrances from the surrounding space on one side of the bearing and exits from the rotor to the surrounding space on the other side of the bearing.
При этом на выходах каналов из ротора в окружающее пространство сформированы радиальные каналы для увеличения расхода проходящего через каналы охлаждающего газа за счет центробежного эффекта.At the same time, radial channels are formed at the channel exits from the rotor to the surrounding space to increase the flow rate of cooling gas passing through the channels due to the centrifugal effect.
Другой задачей настоящего изобретения является снижения амплитуды колебаний ротора в ленточном подшипнике. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, цапфу, верхнюю ленту и упругий элемент. В состав подшипника входит также устройство электромагнитной разгрузки для снижения амплитуды колебаний ротора в ленточном подшипнике. Устройство содержит последовательно соединенные датчик нагрузки на подшипник или датчик смещения ротора, усилитель, дифференциальный регулятор, формирователь, усилитель мощности и электромагнит с возможностью притягивать ротор. Устройство может содержать вместо датчика силы или смещения датчик скорости, и в этом случае вместо дифференциального регулятора используется пропорциональный регулятор.Another objective of the present invention is to reduce the amplitude of oscillation of the rotor in a tape bearing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing, a trunnion, an upper tape and an elastic element. The bearing also includes an electromagnetic unloading device to reduce the amplitude of oscillation of the rotor in the tape bearing. The device contains a series-connected load sensor on the bearing or rotor displacement sensor, amplifier, differential controller, driver, power amplifier and electromagnet with the ability to attract the rotor. The device may contain a speed sensor instead of a force or displacement sensor, in which case a proportional controller is used instead of a differential controller.
При этом в цепи между усилителем и дифференциальным регулятором расположен фильтр высокой частоты, удаляющий частоту, превышающую частоту, несколько большую критической частоты колебаний ротора.At the same time, a high-pass filter is located in the circuit between the amplifier and the differential controller, which removes a frequency exceeding the frequency somewhat higher than the critical frequency of the rotor oscillations.
Другой задачей настоящего изобретения является разгрузка ленточного подшипника от медленно изменяющихся сил. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, цапфу, верхнюю ленту и упругий элемент. В состав подшипника входит также устройство разгрузки ленточного подшипника от медленно изменяющихся сил. Устройство содержит последовательно соединенные датчик нагрузки на подшипник или датчик смещения ротора, усилитель, интегральный регулятор, формирователь, усилитель мощности и электромагнит с возможностью притягивать ротор.Another objective of the present invention is to unload a tape bearing from slowly changing forces. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing, a trunnion, an upper tape and an elastic element. The bearing also includes a tape bearing unloading device from slowly changing forces. The device contains a series-connected load sensor on the bearing or rotor displacement sensor, an amplifier, an integral regulator, a driver, a power amplifier and an electromagnet with the ability to attract the rotor.
При этом в цепи между усилителем и интегральным регулятором расположен фильтр средней и высокой частоты, удаляющий частоту, превышающую частоту, несколько более высокую чем частота возможных помпажных колебаний в проточной части турбомашины.At the same time, a medium and high frequency filter is located in the circuit between the amplifier and the integral regulator, which removes a frequency that exceeds the frequency slightly higher than the frequency of possible surging oscillations in the flow part of the turbomachine.
Другой задачей настоящего изобретения является уменьшение износа верхней ленты радиального ленточного подшипника при пусках и остановах тяжелого ротора.Another objective of the present invention is to reduce the wear of the upper tape of the radial tape bearing during starts and stops of the heavy rotor.
Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, цапфу, верхнюю ленту и упругий элемент. В состав подшипника входит также устройство разгрузки ленточного подшипника от веса ротора при пуске и останове. Устройство содержит последовательно соединенные датчик частоты вращения ротора, контроллер, усилитель мощности и расположенный над ротором электромагнит с возможностью притягивать ротор в вертикальном направлении.This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing comprises a housing, a trunnion, an upper tape and an elastic element. The bearing also includes a tape bearing unloading device from the weight of the rotor during start-up and shutdown. The device comprises series-connected rotor speed sensor, controller, power amplifier and an electromagnet located above the rotor with the ability to attract the rotor in the vertical direction.
Другой задачей настоящего изобретения является адаптация к перекосам для повышения несущей способности осевого ленточного подшипника. Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, упорный диск, верхнюю ленту, упругий элемент. Верхняя лента расположена между упорным диском и корпусом. Упругий элемент расположен между верхней лентой и корпусом. Между упругим элементом и корпусом расположен первый вкладыш, имеющий форму диска.Another objective of the present invention is to adapt to skews to increase the bearing capacity of the axial tape bearing. This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing, a thrust disk, an upper tape, an elastic element. The upper tape is located between the stop disc and the housing. An elastic element is located between the upper tape and the housing. Between the resilient member and the housing, a first disc-shaped insert is located.
При этом между первым вкладышем и корпусом расположен второй вкладыш. Первый вкладыш контактирует со вторым вкладышем через упорные элементы, расположенные между вкладышами с противоположных сторон от оси подшипника в диаметральном направлении. Второй вкладыш контактирует с корпусом через упорные элементы, расположенные между вторым вкладышем и корпусным элементом с противоположных сторон от оси подшипника в диаметральном направлении, поперечном направлению контактов между первым и вторым вкладышами.In this case, between the first insert and the housing, the second insert is located. The first liner contacts the second liner through thrust elements located between the liners on opposite sides of the bearing axis in the diametrical direction. The second liner contacts the housing through thrust elements located between the second liner and the housing element on opposite sides of the bearing axis in a diametrical direction transverse to the direction of the contacts between the first and second liners.
Другой задачей настоящего изобретения является снижение перетечек газа через ленточный подшипник.Another objective of the present invention is to reduce the flow of gas through the tape bearing.
Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, упорный диск, верхнюю ленту, упругий элемент. Верхняя лента расположена между упорным диском и корпусом. Упругий элемент расположен между верхней лентой и корпусом. Упругий элемент состоит из одного или нескольких слоев гофрированных лент. В каждом слое в окружном направлении расположено несколько гофрированных лент. В каждом слое гребни гофрированных лент расположены в окружном направлении. При этом края ближайших друг к другу гребней расположенных друг напротив друга гофрированных лент находятся друг от друга на расстоянии, меньшем длины волны гофрированной ленты.This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing, a thrust disk, an upper tape, an elastic element. The upper tape is located between the stop disc and the housing. An elastic element is located between the upper tape and the housing. The elastic element consists of one or more layers of corrugated tapes. In each layer in the circumferential direction there are several corrugated tapes. In each layer, crests of corrugated tapes are located in a circumferential direction. At the same time, the edges of the crests of the corrugated tapes located opposite to each other are located at a distance less than the wavelength of the corrugated tape from each other.
Другой задачей настоящего изобретения является снижение жесткости упругого элемента ленточного подшипника, содержащего гофрированные ленты, при достаточно малой длине волны гофрированной ленты или поддержание постоянной жесткости упругого элемента при уменьшении длины волны последней.Another objective of the present invention is to reduce the stiffness of an elastic element of a tape bearing containing corrugated tapes at a sufficiently short wavelength of the corrugated tape or to maintain constant stiffness of the elastic element while reducing the wavelength of the latter.
Данный технический результат достигается за счет того, что ленточный подшипник содержит корпус, упорный диск, верхнюю ленту, упругий элемент. Верхняя лента расположена между упорным диском и корпусом. Упругий элемент расположен между верхней лентой и корпусом и содержит пару гофрированных лент, расположенных в направлении нормали к поверхности упорного диска и имеющих гребни, расположенные в одном направлении. Гофрированные ленты этой пары зафиксированы относительно друг друга через упругие средства с возможностью создания упругой реакции при относительном смещении этих лент в направлении, поперечном к расположению их гребней, когда между лентами этой пары происходит скольжение под действием нагрузки со стороны верхней ленты.This technical result is achieved due to the fact that the tape bearing contains a housing, a thrust disk, an upper tape, an elastic element. The upper tape is located between the stop disc and the housing. The elastic element is located between the upper tape and the housing and contains a pair of corrugated tapes located in the direction normal to the surface of the thrust disk and having ridges located in one direction. Corrugated tapes of this pair are fixed relative to each other through elastic means with the possibility of creating an elastic reaction with a relative displacement of these tapes in the direction transverse to the location of their ridges, when sliding between the tapes of this pair occurs under the action of the load from the side of the upper tape.
Другой задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы ленточного подшипника при длительной большой нагрузке.Another objective of the present invention is to increase the reliability of the tape bearing during long-term heavy load.
Данный технический результат достигается за счет того, что верхняя лента, расположенная между цапфой ротора и корпусом имеет задний и передний край, расположенные друг относительно друга в направлении вращения цапфы. Верхняя лента содержит две или несколько частей, обращенных друг к другу боковыми краями, имеющих задний и передний край, принадлежащих соответственно заднему и переднему краю верхней ленты и расположенные относительно друг друга поперек окружного направления. Боковые края частей верхней ленты расположены с малым зазором ил вплотную друг к другу.This technical result is achieved due to the fact that the upper tape located between the journal of the rotor and the housing has a rear and front edge located relative to each other in the direction of rotation of the journal. The upper tape contains two or more parts facing each other with lateral edges, having a rear and front edge, belonging respectively to the rear and front edges of the upper tape and located relative to each other across the circumferential direction. The lateral edges of the parts of the upper tape are located with a small gap or close to each other.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 показан поперечный разрез радиального ленточного газодинамического подшипника.Figure 1 shows a cross section of a radial tape gas-dynamic bearing.
На фиг.2 и 3 показаны увеличенные части фиг.1 с креплением ленточных элементов подшипника.Figure 2 and 3 shows enlarged parts of figure 1 with the fastening of the tape elements of the bearing.
На фиг.4 показан продольный радиального и осевого ленточного газодинамического подшипника, показанного на фиг.1, нагрузочного устройства для управления преднатягом радиального ленточного подшипника, электромагниты для разгрузки радиального и осевого подшипника и ограничители радиального и осевого смещения ротора.In Fig.4 shows a longitudinal radial and axial tape gas-dynamic bearing, shown in Fig.1, a load device for controlling the preload of a radial tape bearing, electromagnets for unloading a radial and axial bearing and limiters of radial and axial displacement of the rotor.
На фиг.5 показана повернутая часть фиг.1 с упругодемпферным блоком.Figure 5 shows the rotated part of figure 1 with an elastic damper unit.
На фиг.6…12 показаны поперечные сечения различных вариантов упругодемпферного блока.6 ... 12 show cross-sections of various variants of an elastic damper block.
На фиг.13 показан вид в плане на развернутую опорную ленту 16, показанную на фиг.1, с закрепленными на ней гофрированными лентами.On Fig shows a plan view of the deployed
На фиг.14 показан вид в плане на другой вариант показанных на фиг.13 гофрированных лент.FIG. 14 is a plan view of another embodiment of the corrugated tapes shown in FIG. 13.
На фиг.15 показан вид в плане на другой вариант показанных на фиг.13 гофрированных лент.FIG. 15 is a plan view of another embodiment of the corrugated tapes shown in FIG. 13.
На фиг.16 показан вид в плане на ленточные элементы другого варианта радиального подшипника, показанного на фиг.1.On Fig shows a plan view of the tape elements of another variant of the radial bearing shown in figure 1.
На фиг.17 показано поперечное сечение показанного на фиг.16 вида по плоскости А-А.On Fig shows a cross section shown in Fig.16 view along the plane AA.
На фиг.18 показан вид в плане на другой вариант промежуточного листа 385, показанного на фиг.16.On Fig shows a plan view of another variant of the
На фиг.19 показан другой вариант промежуточного листа 385, показанного на фиг.16.On Fig shows another variant of the
На фиг.20 показано поперечное сечение канавки 402 на цапфе 2 плоскостью А-А, показанной на фиг.4, с прилегающей верхней лентой 4.On Fig shows a cross section of the
На фиг.21 показан вариант канавки, 402, показанной на фиг.20.On Fig shows a variant of the groove, 402, shown in Fig.20.
На фиг.22 показан другой вариант расположения канавки на цапфе ротора по сравнению с фиг.4.On Fig shows another variant of the location of the grooves on the trunnion of the rotor compared with figure 4.
На фиг.23 показан продольный разрез подшипника с другим вариантом устройства управления преднатягом.23 shows a longitudinal section through a bearing with another embodiment of a preload control device.
На фиг.24…32 показаны различные варианты вкладыша подшипника и устройства управления преднатягом.On Fig ... 32 shows various options for the bearing shell and the preload control device.
На фиг.24 показан поперечный разрез варианта ленточного подшипника, показанного на фиг.1 с другим вариантом вкладыша и ленточных элементов.On Fig shows a cross section of a variant of the tape bearing shown in figure 1 with another variant of the liner and tape elements.
На фиг.25 показан вариант ленточного подшипника, показанного на фиг.24, с другим вариантом гофрированной ленты.On Fig shows a variant of the tape bearing shown in Fig.24, with another variant of the corrugated tape.
На фиг.26 показан поперечный разрез варианта ленточного подшипника, показанного на фиг.24, с другим вариантом вкладыша.On Fig shows a cross section of a variant of the tape bearing shown in Fig, with another variant of the liner.
На фиг.27 показан поперечный разрез варианта ленточного подшипника, показанного на фиг.24, с другим вариантом вкладыша.On Fig shows a cross section of a variant of the tape bearing shown in Fig.24, with another variant of the liner.
На фиг.28 показана деформация вкладыша ленточного подшипника, показанного на фиг.27.On Fig shows the deformation of the liner of the tape bearing shown in Fig.27.
На фиг.29 и 30 показан поперечный и продольный разрез другого варианта нагрузочного устройства ленточного подшипника, показанного на фиг.24.On Fig and 30 shows a transverse and longitudinal section of another variant of the load device of the tape bearing shown in Fig.24.
На фиг.31 и 32 показан поперечный и продольный разрез другого варианта вкладыша и способа установки в корпусе ленточного подшипника, показанного на фиг.26.On Fig and 32 shows a transverse and longitudinal section of another variant of the liner and the installation method in the housing of the tape bearing shown in Fig.26.
На фиг.33…35 показаны варианты соединения частей вкладыша ленточного подшипника, показанного на фиг.1.On Fig ... 35 shows the options for connecting parts of the liner of the tape bearing shown in Fig.1.
На фиг.36…39 показаны варианты фиксации верхней ленты ленточного подшипника, показанного на фиг.1.On Fig ... 39 shows the options for fixing the upper tape of the tape bearing shown in figure 1.
На фиг.40 показан вид в плане на осевой ленточный подшипник с вариантом фиксации верхней ленты.On Fig shows a view in plan of an axial tape bearing with the option of fixing the upper tape.
На фиг.41 показано сечение показанного на фиг.40 подшипника с плоскостью А-А.On Fig shows a section shown in Fig.40 bearing with a plane aa.
На фиг.42 показано сечение показанного на фиг.40 подшипника с плоскостью В-В.On Fig shows a section shown in Fig.40 bearing with a plane BB.
На фиг.43…48 показаны варианты элемента для ограничения смещения цапфы ленточного подшипника с расположением этого элемента рядом с подшипником.On Fig ... 48 shows a variant of the element to limit the displacement of the journal of the tape bearing with the location of this element next to the bearing.
На фиг.43…46 показаны продольные разрезы варианты элемента для ограничения смещения цапфы ленточного подшипника.On Fig ... 46 shows a longitudinal section of a variant of the element to limit the displacement of the journal of the tape bearing.
На фиг.44 и 48 показаны поперечные разрезы варианта элемента для ограничения смещения цапфы ленточного подшипника, показанного на фиг.46.On Fig and 48 shows a cross section of a variant of the element to limit the displacement of the journal of the tape bearing shown in Fig.
На фиг.52…55 показаны поперечные разрезы вариантов элемента для ограничения смещения цапфы ленточного подшипника с расположением этого элемента между верхней лентой и вкладышем.On Fig ... 55 shows a cross section of a variant of the element to limit the displacement of the journal of the tape bearing with the location of this element between the upper tape and the liner.
На фиг.56 и 57 показаны продольные разрезы вариантов выходов из охлаждающих каналов в цапфе ленточного подшипника, показанного на фиг.1.On Fig and 57 shows a longitudinal section of the variants of exits from the cooling channels in the axle of the tape bearing shown in figure 1.
На фиг.58 показан вариант блок-схемы системы управления устройством электромагнитной разгрузки и устройством управления преднатягом радиального подшипника, показанного на фиг.1 и 4.On Fig shows a variant of the block diagram of the control system of the electromagnetic discharge device and the preload control device of the radial bearing shown in figures 1 and 4.
На фиг.59…63 показаны зависимости дифференциального коэффициента регулирования D и выходного сигнала SO из D-регулятора от скорости VI изменения входного сигнала для различных вариантов D-регулятора, показанного на фиг.58.In Figs. 59 ... 63, the dependences of the differential coefficient of regulation D and the output signal S O from the D-controller on the speed V I of the input signal for various versions of the D-controller shown in Fig. 58 are shown.
На фиг.64 показана зависимость амплитуды колебаний А неуравновешенного ротора в ленточных подшипниках от частоты вращения N при разгоне ротора и переменном преднатяге ленточного подшипника, который изменяется при помощи устройства управления преднатягом, показанном на фиг.1, 4 и 58.On Fig shows the dependence of the amplitude of the oscillations And the unbalanced rotor in the tape bearings from the rotational speed N during acceleration of the rotor and a variable preload of the tape bearing, which is changed using the preload control device shown in figures 1, 4 and 58.
На фиг.65 показан вариант системы управления, подобной системе управления, показанной на фиг.58, при использовании датчиков смещения цапфы вместо датчиков силы.On Fig shows a variant of a control system similar to the control system shown in Fig, when using sensors displacement of the axle instead of the force sensors.
На фиг.66 показан вариант системы управления, аналогичной системе управления, показанной на фиг.58, при использовании датчиков скорости радиального смещения цапфы вместо датчиков силы.On Fig shows a variant of a control system similar to the control system shown in Fig, when using sensors of the speed of the radial displacement of the axle instead of the force sensors.
На фиг.67 показана зависимость пропорционального коэффициента регулирования P, равного отношению сигналов на входе и выходе регулятора, от величины сигнала на выходе S, относящаяся к фиг.66.On Fig shows the dependence of the proportional coefficient of regulation P equal to the ratio of the signals at the input and output of the controller, on the value of the signal at the output S, related to Fig.
На фиг.68…73 показан осевой подшипник, представленный также на фиг.4.On Fig ... 73 shows the axial bearing, also presented in Fig.4.
На фиг.74 и 75 показаны варианты различного расположения канавок на промежуточном листе осевого подшипника.On Fig and 75 shows options for different locations of the grooves on the intermediate sheet of the axial bearing.
На фиг.76 показано сечение подшипника, показанного на фиг.73, по линии А-А.On Fig shows a cross section of the bearing shown in Fig, along the line aa.
На фиг.77 показано сечение варианта верней ленты осевого подшипника.On Fig shows a section of a variant of the upper belt of the axial bearing.
На фиг.78 показан вид в плане на осевой подшипник с другим вариантом верхней лентыOn Fig shows a plan view of an axial bearing with another variant of the upper tape
На фиг.79 показан вид в плане на осевой подшипник с другим вариантом гофрированных лент.On Fig shows a plan view of an axial bearing with another variant of the corrugated tapes.
На фиг.80 показан вид в плане на осевой подшипник с другим вариантом упругого элемента.On Fig shows a plan view of an axial bearing with another variant of the elastic element.
На фиг.81 показан вид в плане на осевой подшипник с другим вариантом упругого элемента.On Fig shows a plan view of an axial bearing with another variant of the elastic element.
На фиг.82 и 83 показан вид в плане и сечение в радиальном направлении осевого подшипника с другим вариантом верхней ленты.On Fig and 83 shows a plan view and section in the radial direction of the axial bearing with another variant of the upper tape.
На фиг.84…97 показаны виды и сечения различных вариантов осевых подшипников - уплотнений.On Fig ... 97 shows the types and sections of various versions of axial bearings - seals.
На фиг.98…101 показаны виды и сечения варианта радиального подшипника - уплотнения.On Fig ... 101 shows the types and sections of a variant of the radial bearing - seals.
На фиг.102 и 103 показаны радиальные сечения различных вариантов осевых подшипников - уплотнений.On Fig and 103 shows the radial section of various variants of axial bearings - seals.
На фиг.104 показан вариант блок-схемы системы управления устройством электромагнитной разгрузки и устройством управления преднатягом осевого подшипника, показанного на фиг.4, аналогичный системе управления, показанной на фиг.58.On Fig shows a variant of the block diagram of the control system of the electromagnetic discharge device and the preload control device of the axial bearing shown in Fig.4, similar to the control system shown in Fig.58.
На фиг.105 и 106 показаны соответственно вид в плане на развертку рабочей части верхней ленты и поперечный разрез варианта радиального подшипника.Figures 105 and 106 respectively show a plan view of a scan of the working part of the upper tape and a cross-sectional view of a variant of a radial bearing.
На фиг.107 вид в плане на развертку рабочей части варианта верхней ленты, показанной на фиг.105.On Fig a view in plan for a scan of the working part of a variant of the upper tape shown in Fig. 105.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
На фиг.1 представлен поперечный разрез ленточного газодинамического подшипника, обеспечивающего вращение ротора относительно корпуса турбомашины. На фиг.4 представлен продольный разрез этого подшипника.Figure 1 presents a cross section of a tape gas-dynamic bearing, providing rotation of the rotor relative to the housing of the turbomachine. Figure 4 presents a longitudinal section of this bearing.
Цапфа 2 является частью вала, входящего в состав ротора, и телом вращения, в частности, цилиндрической формы и имеет наружную, ил опорную поверхность 27. Цапфа 2 имеет направление вращения вдоль окружности, образованной сечением поверхности 27 цапфы плоскостью, перпендикулярной оси поверхности 27 цапфы 2, в дальнейшем оси цапфы, т.е. оси ротора. Цапфа 2 ротора расположена в отверстии вкладыша 6, имеющего форму цилиндрической втулки, т.е. в пространстве, ограниченном внутренней цилиндрической поверхностью 11 вкладыша 6, обращенной к поверхности 27 цапфы. Вкладыш 6 воспринимает передаваемую от цапфы и воспринимаемую подшипником нагрузку, т.е. подшипниковую нагрузку.The
Здесь и далее под внутренней поверхностью элемента радиального подшипника понимается поверхность, обращенная к оси этого подшипника, а под внутренней поверхностью элемента осевого подшипника понимается поверхность, обращенная к расположенной напротив рабочей поверхности упорного диска. Под наружной, т.е. внешней поверхностью этого элемента понимается поверхность, расположенная с противоположной стороны этого элемента. Например, поверхность 117 является наружной поверхностью вкладыша 6.Hereinafter, the inner surface of the element of the radial bearing refers to the surface facing the axis of this bearing, and the inner surface of the element of the axial bearing refers to the surface facing the opposite working surface of the thrust disc. Under the outside, i.e. the outer surface of this element refers to the surface located on the opposite side of this element. For example,
Ось поверхности 11 вкладыша 6, в дальнейшем ось вкладыша, совпадающая с осью радиального подшипника, расположена в направлении оси цапфы. Вкладыш 6 расположен между внутренней поверхностью 23 отверстия цилиндрической опорной втулки 96, воспринимающей подшипниковую нагрузку, и поверхностью 27 цапфы 2, т.е. между корпусным элементом - опорной втулкой 96 и цапфой 2. Ось опорной втулки 96 расположена в направлении оси цапфы 2. Вкладыш 6 содержит три упруго соединенные между собой равные части 118, 120 и 122. Подшипник может иметь три или более частей вкладыша, имеющих возможность смещаться относительно друг друга как в радиальном, так и в окружном т.е. вокруг оси ротора, направлении. Количество таких частей зависит от диаметра подшипника и может достигать пяти или, например, семи или несколько больше при очень большом диаметре подшипника, например, около 0,2 метра. Толщина вкладыша в радиальном направлении побирается обычно такой, что изгибная жесткость части вкладыша больше радиальной жесткости упругого элемента подшипника. Вкладыш 6 удерживается через промежуточные средства, описанные ниже, относительно втулки 96.The axis of the
Показанные на фиг.1 цапфа 2 и вкладыш 6 имеют соответственно поверхности 27 и 11 цилиндрической формы. Однако возможны цапфы и вкладыша с другой формой поверхностей, например, конической. При этом другие элементы подшипника, расположенные пространстве между поверхностью 27 цапфы 2 и внутренней поверхностью 11 вкладыша 6, т.е. между цапфой 2 и вкладышем 6, будут иметь форму, соответствующую форме цапфы и вкладыша.Shown in figure 1, the
Между цапфой 2 и вкладышем 6 расположены в окружном направлении относительно друг друга три одинаковые верхние ленты 4, 7 и 9 имеющие одинаковое закрепление и расположение относительно цапфы 2,. Возможен вариант с различными верхними лентами, например, имеющими различную длину в окружном направлении. Обычно поверхность верхней ленты является гладкой. В свободном состоянии верхняя лента может быть, например, плоской или иметь цилиндрическую форму.Between the
Количество верхних лент в подшипнике может быть одна и более. Максимальное количество верхних лент не превышает количество подобных лент в обычных ленточных подшипниках, где гофрированные ленты опираются на жесткий корпус подшипника и отсутствует вкладыш. Верхние ленты и другие ленточные элементы подшипника обычно изготавливаются из металла или металлического сплава, однако могут быть выполнены из полимерных материалов, материалов с использованием углеродных волокон или других подходящих материалов.The number of upper tapes in the bearing may be one or more. The maximum number of upper tapes does not exceed the number of similar tapes in conventional tape bearings, where corrugated tapes rest on a rigid bearing housing and there is no insert. The upper tapes and other tape elements of the bearing are usually made of metal or a metal alloy, but can be made of polymeric materials, materials using carbon fibers or other suitable materials.
Представленные далее варианты конструкций ленточных элементов, включающих верхнюю ленту, гофрированные ленты и опорные ленты, расположенные между поверхностью 27 цапфы 2 и внутренней поверхностью 11 вкладыша 6, могут быть использованы также в обычных ленточных подшипниках, где гофрированные ленты опираются на жесткий корпус подшипника и отсутствует вкладыш, и расположены в этом случае между цапфой и корпусом подшипника.The design options of the tape elements presented below, including the upper tape, corrugated tapes and support tapes located between the
Верхняя лента 4 имеет цилиндрическую форму с образующей, расположенной вдоль оси подшипника. Толщина используемых в подшипнике верхних лент составляет обычно от нескольких сотых до нескольких десятых миллиметра. Развертка ленты 4 имеет прямоугольную форму в плане. Два боковых края 357 и 359 ленты 4, показанные на фиг.4, расположены в окружном направлении. Задний край 43 ленты 4, показанный на фиг.5, расположен вдоль оси вкладыша 6, т.е. поперек направления вращения цапфы 2, т.е. поперек окружного направления, навстречу направлению вращения. Передний край 38 ленты 4 расположен вдоль оси вкладыша 6 напротив заднего края 43. Внутренняя поверхность ленты 4 обращена к поверхности 27 цапфы, т.е. к цапфе 2. Наружная, то есть внешняя поверхность ленты 4 обращена к внутренней поверхности 11 вкладыша 6, то есть к вкладышу 6.The
При вращении цапфы 2 со скоростью, большей некоторой величины, в направлении от заднего края 43 к переднему краю 38 верхней ленты 4, между цапфой 2 и лентой 4 возникает газовый смазочный слой в форме сходящегося клина, имеющий большую толщину во входной зоне 3 и меньшую толщину в выходной зоне 5, расположенной по отношению к зоне 3 в направлении вращения цапфы. Смазочный слой передает подшипниковую нагрузку от вращающейся цапфы 2 к верхним лентам 4, 7 и 9. Смазочный слой является средством, не имеющим невращающихся механических деталей, передающим подшипниковую нагрузку от вращающейся цапфы 2 к верхним лентам 4, 7 и 9. При невращающейся цапфе 2 лента 4 контактирует с цапфой 2 ближе к выходной зоне 5.When the
Между верхней лентой 4 и частью 118 вкладыша 6 расположены упругодемпферные блоки, выполняющие роль упругого элемента в подшипнике и демпфирующие смещение цапфы в радиальном направлении. Упругодемпферные блоки расположены относительно друг друга в направлении оси вкладыша 6, т.е. поперек направления вращения цапфы 2. Кроме фиг.1, эти упругодемпферные блоки показаны на фиг.2, 3. 4, 5 и 13. Увеличенные части двух их этих блоков, обозначенные на фиг.1 окружностями I и II, показаны соответственно на фиг.2 и фиг.3. На фиг.4 представлен разрез подшипника, показанного на фиг.1, продольной плоскостью, проходящей через ось вкладыша 6. Один из упругодемпферных блоков содержит гофрированную ленту 20 и два фрикционных элемента: ленту 22 и опорную ленту 16.Between the
Под фрикционными элементами здесь и далее понимаются элементы, испытывающие фрикционное, или сухое трение между собой и другими деталями подшипника - верхней лентой, корпусом и т.д. Более подробное пояснение будет понятно из дальнейшего описания.Hereinafter, friction elements are understood to mean elements experiencing frictional or dry friction between themselves and other parts of the bearing — the upper tape, housing, etc. A more detailed explanation will be apparent from the following description.
Используемая в подшипнике гофрированная лента может быть изготовлена при помощи штамповки, или пластической деформации как из единого фрагмента пластины или ленты, так и из нескольких отдельных фрагментов ленты, соединенных, например, при помощи сварки. Гофрированная лента: обычно получается посредством деформирования плоской ленты. Толщина гофрированной ленты составляет обычно около одной десятой миллиметра. Поверхность гофрированной ленты может быть складчатой, или волнообразной, и, как правило, цилиндрической формы. Профиль поверхности гофрированной ленты в сечении, перпендикулярном образующей цилиндрической поверхности гофрированной ленты, или перпендикулярном направлению расположения складок, т.е. перпендикулярном направлению расположения гребней гофрированной ленты, может быть различным. Например, профиль может иметь зигзагообразную, в частности, синусоидальную форму, как показано на фиг.5, или форму из дуг окружностей, или состоять из прямых участков и дуг окружностей с образованием изломов между ними, как показано на фиг.9, или иметь другую складчатую форму.The corrugated tape used in the bearing can be made by stamping or plastic deformation from a single fragment of a plate or tape, or from several separate pieces of tape connected, for example, by welding. Corrugated tape: usually obtained by deforming a flat tape. The thickness of the corrugated tape is usually about one tenth of a millimeter. The surface of the corrugated tape may be folded, or wavy, and, as a rule, cylindrical in shape. The surface profile of the corrugated tape in a section perpendicular to the generatrix of the cylindrical surface of the corrugated tape, or perpendicular to the direction of the folds, i.e. perpendicular to the direction of the crests of the corrugated tape, may be different. For example, the profile may have a zigzag, in particular, sinusoidal shape, as shown in Fig. 5, or a shape of circular arcs, or consist of straight sections and circular arcs with the formation of kinks between them, as shown in Fig. 9, or have another fold shape.
Возможен вариант использования вместо гофрированной ленты другого варианта волнообразного элемента. Используемый термин волнообразный элемент является более общим и включает в себя понятие гофрированной ленты. Кроме ленты или листа, волнообразный элемент может быть изготовлен, например, без пластической деформации, например, при помощи электроэрозионной резки проволокой из сплошной металлической заготовки. При этом профиль такого варианта волнообразного элемента может быть подобен профилю гофрированной ленты. Волнообразный элемент может быть изготовлен из металла, пластмассы или другого подходящего упругого материала.It is possible to use, instead of a corrugated tape, another variant of a wave-like element. The term “wavy element” is used more generally and includes the concept of corrugated tape. In addition to the tape or sheet, the wave-like element can be made, for example, without plastic deformation, for example, by EDM cutting with wire from a solid metal billet. Moreover, the profile of such a variant of the wave-like element may be similar to the profile of the corrugated tape. The waveform may be made of metal, plastic, or other suitable resilient material.
Гофрированная лента 20 расположена между верхней лентой 4 и лентой 22 и контактирует с наружной поверхностью ленты 4. Другой упругодемпферный блок включает гофрированную ленту 40, контактирующую с лентой 4, и два фрикционных элемента: опорную ленту 16, расположенную между лентой 40 и вкладышем 6, и промежуточную ленту 42, расположенную между лентой 40 и лентой 16. Высота волн ленты 40 меньше, чем соответствующая высота а волн ленты 20, показанная на фиг.5, в направлении, нормальном к поверхности 27 цапфы 2. Как показано на фиг.2 и 3, лента 40 закреплена вдоль ее гребней с первого края 39 на ленте 16 через узкую ленту 44. Лента 42 закреплена на ленте 40 по второму краю 45, противоположному первому краю 39. Все расположенные между лентой 4 и вкладышем 6 упругодемпферные блоки имеют общий фрикционный элемент - опорную ленту 16.The
Для варианта подшипника, показанного на фиг.1, число этих блоков, расположенных поперек окружного направления между верхней лентой 4 и вкладышем 6, равно девяти. Возможны варианты, где в этом направлении расположено от одного до нескольких десятков упругодемпферных блоков. В окружном направлении между верхней лентой 4 и вкладышем 6 расположен один упругодемпферный блок. Возможен вариант, где в этом направлении расположено несколько упругодемпферный блоков.For the bearing embodiment shown in FIG. 1, the number of these blocks located across the circumferential direction between the
На фиг.5 показана повернутая часть подшипника, представленного на фиг.1, с упругодемпферным блоком, содержащим гофрированную ленту 20 и пару фрикционных элементов - опорную ленту 16 и промежуточную ленту 22. Лента 20 имеет семь выступающих в сторону цапфы 1 частей, в том числе вершин волн, т.е. гребней 371, 372, 273, 374, 375 и др,, контактирующих с лентой 4, Кроме округлой формы, выступающие части гофрированной ленты могут иметь,, практически плоскую часть 331, как это показано на фиг.9. Лента 20 закреплена по первому краю 19 на ленте 16 вдоль гребней ленты 20 любым возможным способом, например, точечной сваркой, через узкую ленту 18, равную по толщине ленте 22. Равенство толщины ленты 20 и ленты 18 упрощает крепление ленты 20. Лента 22 закреплена на ленте 20 по второму краю 17 ленты 20, противоположному первому краю 19 ленты 20.Figure 5 shows the rotated part of the bearing shown in figure 1, with an elastic damper unit containing a
Лента 20 имеет восемь выступающих в сторону вкладыша 6, ленты 22 и ленты 16 частей, контактирующих с лентой 22, включая выступающие части, расположенные у краев 17 и 19 гофрированной ленты 20, и шесть вершин волн: 367, 369 и др. Лента 22 прилегает к ленте 16. Возможен вариант, где между лентами 20 и 22, а также между лентами 22 и 16 расположены гладкие ленты, незакрепленные относительно элементов упругодемпферного блока, например, имеющие для повышения демпфирования коэффициент трения с лентами 20 и 22 больше, чем коэффициент трения непосредственно между лентами 20 и 22. В обоих вариантах ленты 22 и 16 расположены напротив выступающих в сторону этих лент частей гофрированной ленты 20, в том числе выступающей части 369, и нагрузка на подшипник, передающаяся от верхней лены 4 на вкладыш 6, передается через участки лент 22 и 16, расположенные напротив этих выступающих частей. Например, от выступающей части 369 эта нагрузка передается через участок лент 22 и 16, ограниченный в окружном направлении точками 351 и 361. Описанный здесь признак взаимного расположения выступающих частей гофрированной ленты и фрикционных элементов относится к остальным вариантам упругодемпферных блоков, представленных ниже.
Лента 16 имеет одну прилегающую к ней выступающую часть 19 ленты 20. Лента 22 и лента 16 расположены с одной стороны от гофрированной ленты 20. Расстояние между линиями крепления к ленте 20 ленты 22 и ленты 16, т.е. длина гофрированной ленты 20 между линиями крепления к ленте 20 ленты 22 и ленты 16, составляет семь волн. Имеется восемь линий прилегания между фрикционными элементами напротив выступающих частей ленты 20.The
Количество волн в волнообразном элементе может быть от одной до нескольких десятков или несколько больше при очень большом диаметре подшипника, например, 0,2 метра. Количество выступающих у гофрированной ленты частей в сторону фрикционных элементов может составлять две или более.The number of waves in the wave-like element can be from one to several tens or several more with a very large diameter of the bearing, for example, 0.2 meters. The number of protruding parts of the corrugated tape towards the friction elements may be two or more.
Верхние ленты 4, 7 и 9 расположены соответственно между частями 118, 120 и 122 вкладыша 6 и цапфой 2. Части 118, 120 и 122 вкладыша 6 расположены в окружном направлении. Между лентами 7 и 9 и соответственно частями 120 и 122 вкладыша 6 расположены упругодемпферные блоки, подобные блокам, расположенным между верхней лентой 4 и частью 118 вкладыша 6.The
Показанный на фиг.1 подшипник может иметь на одной части вкладыша 6 несколько упругодемпферных блоков, расположенных в окружном направлении.Shown in figure 1, the bearing may have on one part of the
Одна из волн гофрированной ленты 20, показанная на фиг.5, имеет выступающую часть, или выпуклость, с краями 369 и 367, являющимися также выступающими частями гофрированной ленты 20, обращенными к ленте 22, т.е. к вкладышу 6, и вершину 373, являющейся выступающей частью, обращенную к расположенной с другой стороны волнообразного элемента ленте 4, т.е. к цапфе 1. Выступающими частями гофрированной ленты 20, обращенными к ленте 22, являются также края 17 и 19. Выпуклость гофрированной ленты содержит две наклонные к верхней ленте 4 поверхности, соединяющие соответственно выступающие части 367 и 373, 369 и 363. Другая волна ленты 20 имеет профиль с краями 373 и 374, обращенными к ленте 4, и вершину 369, обращенную к расположенной с другой стороны ленте 22.One of the waves of the
При действии нагрузки со стороны на цапфы на верхнюю ленту 4 эта подшипниковая нагрузка передается сначала от ленты 4 на гофрированную ленту 20 через выступающие части 371, 372 и другие, обращенные к цапфе 1. От ленты 20 эта нагрузка передается через выступающие части 17, 367, 369, 19 и другие, обращенные к вкладышу 6, на ленту 22, далее на ленту 16 и вкладыш 6. В результате деформации ленты 20 происходит скольжение ее выступающих частей 367, 369 и 19 по ленте 22, поскольку конец 17 ленты 20 закреплен на ленте 22. Работа трения между лентой 20 и лентой 22 в результате этого скольжения равна работе трения гофрированной ленты 20 по опорной ленте или корпусу подшипника в обычной конструкции закрепления гофрированной ленты, зафиксированной с одного края соответственно на опорной ленте или корпусе подшипника. В результате деформации ленты 20 происходит также скольжение ленты 22 по опорной ленте 16 за счет смещения края 17 ленты 20, закрепленного на ленте 22, относительно края 19 ленты 20, закрепленного на ленте 16, т.е. относительное смещение ленты 20 и ленты 22, а также ленты 22 и ленты 16, и совершается дополнительная работа трения. Поэтому работа трения в показанном на фиг.5 упругодемпферном блоке, и, следовательно, демпфирующая способность - больше, чем при обычной конструкции закрепления гофрированной ленты.Under the action of the side load on the pins on the
Фрикционными элементами упругодемпферного блока могут быть различные элементы подшипника, имеющие различное расположение по отношению к гофрированной ленте. Упругодемпферный блок может содержать два или несколько фрикционных элементов. Максимальное количество фрикционных элементов может зависеть, в частности, от числа волн в гофрированной ленте, отношения высоты и длины волн и от коэффициента трения между трущимися элементами в упругодемпферном блоке, и ограничено тем, что слишком большие силы трения могут заблокировать относительное скольжение фрикционных элементов. На фиг.6…12 показаны поперечные сечения различных вариантов упругодемпферного блока, отличающиеся от варианта, показанного на фиг.5, количеством волн в гофрированной ленте, видом фрикционных элементов, их количеством, относительным расположением и местом закрепления на гофрированной ленте. Еще один вариант упругодемпферного блока, отличающийся от варианта, показанного на фиг.5 тем, что вместо гофрированной ленты в блоке использован волнообразный элемент, полученный из толстостенного кольца электроэрозионной резкой, показан на фиг.47. Его описание приведено ниже. В вариантах, показанных фиг.5…12, нагрузка на подшипник, т.е. подшипниковая нагрузка, предается от цапфы через упругодемпферные блоки на вкладыш 6 подшипника, выполняющего при этом функцию корпуса.The friction elements of the elastic damper block may be various bearing elements having a different arrangement with respect to the corrugated tape. The elastic damper block may contain two or more friction elements. The maximum number of friction elements may depend, in particular, on the number of waves in the corrugated tape, the ratio of the height and wavelength and the friction coefficient between the friction elements in the elastic damper block, and is limited by the fact that too large friction forces can block the relative sliding of the friction elements. 6 ... 12 show cross-sections of various variants of an elastic damper unit, different from the variant shown in Fig. 5, by the number of waves in the corrugated tape, the type of friction elements, their number, relative location and location of fastening on the corrugated tape. Another variant of the elastic damper block, which differs from the variant shown in Fig. 5 in that instead of the corrugated tape in the block, a wave-like element obtained from a thick-walled ring by EDM cutting is used, is shown in Fig. 47. Its description is given below. In the embodiments shown in FIGS. 5 ... 12, the bearing load, i.e. bearing load is transmitted from the journal through the elastic damper blocks to the bearing
Упругодемпферные блоки могут использоваться в обычном ленточном подшипнике, где гофрированные ленты опираются на жесткий корпус подшипника и отсутствует вкладыш. Максимальное количество волн в гофрированной ленте упругодемпферного блока может находиться приблизительно в таком же диапазоне, как для гофрированных лент с обычным закреплением в известных ленточных подшипниках, то есть обычно не превышает несколько десятков и зависит от диаметра подшипника.Elastic damper blocks can be used in a conventional tape bearing, where corrugated tapes rest on a rigid bearing housing and there is no insert. The maximum number of waves in a corrugated tape of an elastic damper block can be approximately in the same range as for corrugated tapes with conventional fastening in known tape bearings, that is, usually does not exceed several tens and depends on the diameter of the bearing.
Показанный на фиг.6 упругодемпферный блок включает гофрированную ленту 48 и два фрикционных элемента вкладыш 6 и промежуточную ленту 50, расположенную между лентой 48 и вкладышем 6. Имеется четыре линии прилегания между фрикционными элементами напротив выступающих частей 51, 53, 55 и 54 ленты 48. Лента 50 имеет четыре прилегающих к ней выступающих части гофрированной ленты 50. Вкладыш 6 имеет одну прилегающую к нему выступающую часть 51 ленты 50. Лента 48 закреплена на вкладыше 6, например, точечной сваркой, по первому краю 52 ступенчатой формы в направлении, параллельном гребням волн ленты 48. Лента 50 закреплена на ленте 48 по второму краю 54, противоположном первому краю 52. Лента 50 и вкладыш 6 расположены с одной стороны от ленты 48.The elastic damper block shown in FIG. 6 includes a
На фиг.7 показан другой вариант упругодемпферного блока. Упругодемпферный блок содержит гофрированную ленту 300 и два фрикционных элемента: верхнюю ленту 4 и промежуточную ленту 302, расположенную в радиальном направлении между лентой 4 и лентой 300. Лента 300 закреплена на верхней ленте 4 по первому краю 306 через узкую ленту 308. Лента 302 закреплена на ленте 300 по второму краю 310, противоположному первому краю 306 ленты 300. Подшипниковая нагрузка передается к вкладышу 6 через гофрированную ленту 300 и фрикционные элементы.7 shows another embodiment of an elastic damper unit. The elastic damper unit comprises a
На фиг.8 показан другой вариант упругодемпферной блока. Блок включает гофрированную ленту 320, имеющую только одну волну, и два фрикционных элемента: опорную ленту 16 и ленту 326, расположенную между лентой 16 и лентой 320. Имеется две точки прилегания между лентой 16 и лентой 326 напротив двух выступающих частей ленты 360. Лента 320 закреплена на опорной ленте 16 по краю 322. Лента 326 закреплена на ленте 320 по второму краю, противоположному краю 322.On Fig shows another variant of the elastic damper block. The unit includes a
На фиг.9 показан другой вариант упругодемпферной блока. Блок включает гофрированную ленту 330 и два фрикционных элемента: ленту 336 вместе с опорной лентой 16, и ленту 338. Лента 336 вместе с опорной лентой 16 объединены в один фрикционный элемент, поскольку все части этого элемента не смещаются относительно друг друга в направлении, поперечном к складкам, т.е. гребням, гофрированной ленты 330, при ее деформации. Лента 330 отличается - от гофрированной ленты, показанной на фиг.4, формой волн, т.е. складок, и закреплена на опорной ленте 16 совместно с лентой 336 по первому краю 332. Лента 330 закреплена на ленте 338 по второму краю 334, противоположному первому краю 332, Ленте 338 расположена между лентами 336 и 16. Лента 330 имеет три части, выступающие в сторону ленты 16, включая части, расположенные у краев 332 и 334. Дополнительная работа трения при деформации гофрированной ленты 330 совершается за счет сдвига ленты 338 вместе с краем 334 ленты 330 вправо относительно лент 336 и 16.Figure 9 shows another embodiment of an elastic damper unit. The block includes a
На фиг.10 показан другой вариант упругодемпферного блока. Блок включает гофрированную ленту 348, имеющую одну волну и два фрикционных элемента: гладкие крайние части 344 и 346 ленты 348. Часть 344 расположена между гофрированной частью ленты 348 и вкладышем 6, а часть 346 расположена между гофрированной частью ленты 348 и частью 344. В этом варианте фрикционные элементы являются продолжением гофрированной ленты 348 и дополнительно крепить их не требуется. Количество волн в подобном блоке может быть таким же, как в обычной гофрированной ленте.Figure 10 shows another embodiment of an elastic damper unit. The block includes a
На фиг.11 показан другой вариант упругодемпферного блока. Блок включает гофрированную ленту 350 и два фрикционных элемента: ленту 356 и ленту 358, расположенных между лентой 350 и вкладышем 6. Лента 356 и лента 358 расположены каждая напротив двух выступающих частей ленты 350 и имеют по две линии прилегания к вкладышу 6 напротив этих выступающих частей соответственно. В отличие от предыдущих вариантов упругодемпферного блока, в этом варианте фрикционные элементы не перекрываются друг с другом и не имеют линий прилегания друг к другу. Лента 358 закреплена на опорной ленте 350 по первому краю 354. Лента 356 закреплена на ленте 350 по второму краю, противоположному первому краю 354. В результате деформации гофрированной ленты 350 происходит скольжение ее выступов по лентам 356 и 358. Эта работа трения меньше, чем работа трения при обычном варианте закрепления гофрированной ленты 350 и скольжении этой ленты, закрепленной на вкладыше 6 с одного края, по вкладышу 6, при условии равенства соответствующих коэффициентов трения. Дополнительная работа трения для варианта, показанного на фиг.11, совершается за счет скольжения обеих или одной из лент 356 и 358, относительно вкладыша 6. Суммарная работа трения лент 356 и 358 по ленте 350 и вкладышу 6 может быть как больше, при постоянном коэффициенте трения, так и меньше, при разных коэффициентах трения, работы трения с указанным выше обычным вариантом закрепления ленты 350, указанным выше. Это зависит также, в частности, от количества выступающих частей напротив каждого фрикционного элемента. При скольжении только одной ленты, например, ленты 358 по вкладышу 6 лента 356 и вкладыш 6 представляются одним фрикционным элементом. В этом случае рассмотренная выше суммарная работа трения совершается между элементами упругодемпферного блока. В случае скольжения обеих лент 356 и 358 по по вкладышу 6 суммарная работа совершается между элементом упругодемпферного блока и прилегающим к нему с одной стороны элементом, т.е. вкладышем 6.11 shows another embodiment of an elastic damper unit. The block includes a
На фиг.12 показан другой вариант и более сложная конструкция упругодемпферного блока. Блок включает гофрированную ленту 360, первый фрикционный элемент - ленту 362, второй фрикционный элемент - скрепленные ленты 364 и 366 и третий фрикционный элемент - опорную ленту 16. Лента 360 содержит шесть частей, выступающих в сторону фрикционных элементов. Все три фрикционных элемента расположены с одной стороны от гофрированной ленты. Ленты 364 и 366 расположены как между лентой 362 и лентой 16, так и между гофрированной лентой 350 и лентой 16. Лента 362 расположена между лентой 350 и скрепленными лентами 364 и 366.On Fig shows another option and a more complex design of the elastic damper block. The block includes a
Гофрированная лента 360 содержит три выступающих части, прилегающие к первому фрикционному элементу, две выступающих части, прилегающие ко второму фрикционному и одну выступающую часть, прилегающую к ленте 16. Первый фрикционный элемент имеет три прилегающих к нему выступающих части гофрированной ленты 360. Второй фрикционный элемент имеет две прилегающих к нему выступающих части гофрированной ленты 360. Третий фрикционный элемент имеет одну прилегающую к нему выступающую часть гофрированной ленты 360. Расстояние между линиями крепления к ленте 360 первого и второго фрикционных элементов составляет три волны. Расстояние между линиями крепления к ленте 360 первого и третьего фрикционных элементов составляет одну волну. Расстояние между линиями крепления к ленте 360 второго и третьего фрикционных элементов составляет четыре волны. Блок содержит две пары прилегающих друг к другу фрикционных элементов: первый и второй фрикционный элемент, и первый и третий фрикционный элемент. Количество линий прилегания между первым и вторым фрикционным элементом напротив выступающих частей ленты 360 составляет три. Количество линий прилегания между вторым и третьим фрикционным элементом напротив выступающих частей ленты 360 составляет пять.
Для варианта с равными или приблизительно равными коэффициентами трения во всех контактах между элементами упругодемпферного блока, где происходит скольжение при деформации этого блока, для достижения технического результата по увеличению демпфирования по сравнению с обычным вариантом, где гофрированная лента закреплена с одной стороны с корпусом подшипника или с опорной лентой, этот блок должен удовлетворять следующему неравенству:For the variant with equal or approximately equal coefficients of friction in all contacts between the elements of the elastic damper block, where slip occurs during deformation of this block, to achieve a technical result of increased damping compared to the conventional version, where the corrugated tape is fixed on one side with the bearing housing or support tape, this unit must satisfy the following inequality:
где L0 - количество выступающих в сторону фрикционных элементов сторону частей гофрированной ленты, L1 - количество фрикционных элементов. L2 - количество пар контактирующих между собой фрикционных элементов, i - номер фрикционного элемента, к которому прилегает Ni частей гофрированной ленты, Mj - количество волн между местами крепления каждого из фрикционных элементов j-й пары к гофрированной ленте, Kj - количество линий прилегания друг к другу каждой j-й пары фрикционных элементов напротив выступающих в сторону фрикционных элементов частей гофрированной ленты.where L 0 - the number of protruding towards the friction elements of the side parts of the corrugated tape, L 1 - the number of friction elements. L 2 is the number of pairs of friction elements in contact, i is the number of the friction element to which N i parts of the corrugated tape are adjacent, M j is the number of waves between the points of attachment of each of the friction elements of the jth pair to the corrugated tape, K j is the number the abutment lines of each j-th pair of friction elements opposite the corrugated tape parts protruding towards the friction elements.
Упругодемпферные блоки, показанные на фиг.5…12, расположены по отношению к верхней ленте 4 в радиальном направлении, т.е. в направлении, нормальном к поверхности 27 цапфы.The elastic damper blocks shown in FIGS. 5 ... 12 are located with respect to the
Упругодемпферные блоки, подобные показанным на фиг.5…12, могут быть использованы также в качестве частей упругого элемента для обычных радиальных ленточных подшипников имеющих вместо вкладыша 6 жесткий корпус, и осевых ленточных подшипников, и располагаться там в качестве упругого элемента, между верхней лентой и корпусом.Elastic-damping blocks, similar to those shown in FIGS. 5 ... 12, can also be used as parts of an elastic element for conventional radial belt bearings having a rigid housing instead of
Как показано на фиг.4 и фиг.13, где представлен вид в плане на ленту 16 с расположенными на ней ленточными элементами радиального подшипника, в направлении оси подшипника, то есть в направлении расположенных на ленте 16 гребней гофрированных лент, располагается еще четыре упругодемпферных блока с гофрированными лентами 21 и 24, имеющими одинаковый с лентой 20 профиль, но более узкими, и два блока с гофрированными лентами 41, имеющими одинаковый с лентой 40 профиль, но более узкими. Поскольку профили лент 20, 21 и 24 одинаковы, волны этих лент, расположенные вдоль направления гребней, имеют равную высоту. Волны лент 40 и 41,, расположенные вдоль направления гребней, также имеют равную высоту. Имеющие большую высоту волн ленты 20, 21 и 24 чередуются с лентами 40 и 41, имеющими меньшую высоту волн, в направлении вдоль гребней этих лент. Расположенные между опорной лентой 16 и верхней лентой 4 гофрированные ленты образуют упругий элемент.As shown in Fig. 4 and Fig. 13, which shows a plan view of the
Ширина более высоких гофрированных лент 20, 21 и 24 меньше, чем ширина более низких гофрированных лент 40 и 41. Поэтому жесткость лент 20, 21 и 24 в радиальном направлении меньше, чем жесткость ленты 40 и 41. Возможен вариант, где для уменьшения жесткости гофрированных лент с большей высотой последние имеют длину волны больше, чем длина волны гофрированных лент с меньшей высотой.The width of the higher
При старте и останове ротора, когда скорость вращения мала, происходит сухое трение между верхней лентой 4 и цапфой 2. Вся нагрузка цапфы на верхнюю ленту 4 воспринимается только лентами 20, 21 и 24, имеющими высоту вершин больше, чем ленты 40 и 41, поэтому жесткость подшипника небольшая. Количество гофрированных лент в направлении оси подшипника определяется условием обеспечения равномерности жесткости в осевом направлении и возрастает с увеличением осевой длины подшипника, составляя от трех до порядка нескольких десятков. Это позволяет распределить нагрузку от цапфы по большей площади верхней ленты 4 и уменьшить износ при пуске и останове. Кроме того, небольшая жесткость подшипника обеспечивает невысокие первую и вторую критические частоты ротора, что улучшает его динамику. После разгона ротора при возрастании нагрузки на цапфу смещение верхней ленты 4 возрастает и она начинает контактировать с гофрированными лентами 40 и 41. При этом жесткость подшипника существенно возрастает.When the rotor starts and stops, when the rotation speed is low, dry friction occurs between the
Помимо использования в радиальных подшипниках, упругий элемент с чередующимися гофрированными лентами большей и меньшей высоты, подобно описанным выше, могут использоваться в осевых ленточных подшипниках, располагаясь, как в известных конструкциях, между верхней лентой и корпусом подшипника.In addition to being used in radial bearings, an elastic element with alternating corrugated tapes of greater and lesser height, similar to those described above, can be used in axial tape bearings, located, as in the known constructions, between the upper tape and the bearing housing.
Гофрированные ленты 20, 21, 24, 40 и 41 имеют периодически изменяющуюся в окружном направлении ширину. Гребни 371, 373 и 375 и образующие их волны гофрированной ленты 20 более узкие в, чем чередующиеся с этими гребнями гребни 370, 372 и 374 и соответствующие волны. Поэтому жесткость волн с гребнями 371, 373 и 375 меньше, чем жесткость волн с гребнями 370, 372 и 374. Отношение ширины широких и узких гребней и соответствующих волн обычно не превышает двух. Такой же характер изменения ширины имеют ленты 21, 24, 40 и 41. Гофрированные ленты 20, 21, 24, 40 и 41 расположены относительно друг друга таким образом, что их узкие гребни расположены вдоль направлений, указанных стрелками, под наклоном, т.е. неперпендикулярно, т.е. к средней линии 368 подшипника, проходящей в окружном направлении посредине между боковыми краями 357 и 359 верхней ленты 4, показанными на фиг.4, и боковыми краями остальных верхних лент 7 и 9 подшипника, показанных на фиг.1. Подобное расположение гофрированных лент приводит к образованию зон меньшей и большей жесткости, чередующихся в окружном направлении и расположенных каждая неперпендикулярно к окружному направлению.
Показанные на фиг.13 гофрированные ленты имеют зоны с малой жесткостью, каждая из зон сформирована одной волной, более узкой, чем соседние гребни этой ленты. Сформированные таким образом чередующиеся в окружном направлении зоны с меньшей и большей жесткостью расположены от боковых краев 357 и 369 верхней ленты 4 к средней линия 368. Однако при большом количестве гребней в гофрированной ленте, например, при большом диаметре цапфы, возможен вариант, когда каждая зона с малой жесткостью в окружном направлении образована несколькими узкими волнами, а каждая зона с большой жесткостью образована несколькими широкими волнами.The corrugated tapes shown in Fig. 13 have zones of low stiffness, each of the zones is formed by a single wave, narrower than the adjacent ridges of this tape. Formed in this way alternating in the circumferential direction zones with lesser and greater rigidity are located from the
Под давлением смазочного слоя верхняя лента 4 продавливается в радиальном направлении больше в зонах расположения узких гребней, вдоль направлений, показанных стрелками, где жесткость гофрированных лент меньше. Это приводит к образованию канавок на верхней ленте 4, имеющих елочную, или, другими словами, шевронную структуру и расположенных вдоль стрелок. Наличие таких канавок способствует повышению давления смазочного слоя и несущей способности подшипника.Under pressure of the lubricating layer, the
Для создания эффекта повышения давления смазочного слоя от образовавшихся на верхней ленте канавок необходимо, чтобы эти канавки начинались от бокового края верхней ленты, т.е. соединялись с окружающим подшипник пространством. Для показанного на фиг.13 варианта это условие обеспечивается тем, что все гофрированные ленты имеют чередующуюся по величине жесткость в окружном направлении. Однако возможен вариант, где по сравнению представленным на фиг.13 вариантом вместо двух крайних гофрированных лент 24, расположенных возле боковых сторон верхней ленты 4, установлены гофрированные ленты постоянной ширины. При этом относительно набольшая ширина и, следовательно, жесткость этих гофрированных лент позволит сформироваться канавкам на верхней ленте под давлением смазочного слоя и получить эффект повышения давления за счет канавок, однако этот эффект будет меньше, чем для варианта, показанного на фиг.13. Эти рассуждения справедливы для всех представленных далее вариантов подшипников с упругим элементом, имеющем чередующуюся по величине жесткость в окружном направлении для образования канавок на верхней ленте.To create the effect of increasing the pressure of the lubricant layer from the grooves formed on the upper tape, it is necessary that these grooves begin from the lateral edge of the upper tape, i.e. connected to the space surrounding the bearing. For the variant shown in FIG. 13, this condition is ensured by the fact that all corrugated tapes have alternating stiffness in the circumferential direction. However, a variant is possible where, in comparison with the embodiment shown in FIG. 13, instead of two extreme
Количество образующихся под давлением смазочного слоя канавок на верхних лентах подшипника, располагающихся в окружном направлении, в представленном на фиг.13 варианте и других предлагаемых вариантах подшипника с канавками, имеет порядок, близкий к количеству канавок в обычных радиальных и осевых подшипниках с канавками, имеющих жесткие поверхности скольжения. При этом изгибная жесткость верхней ленты препятствует дальнейшему увеличению количества канавок.The number of grooves formed under pressure of the lubricant layer on the upper bearing tapes located in the circumferential direction, in the embodiment shown in FIG. 13 and other proposed versions of the bearing with grooves, has an order close to the number of grooves in conventional radial and axial bearings with grooves sliding surfaces. In this case, the bending stiffness of the upper tape prevents a further increase in the number of grooves.
Образование канавок на верхней ленте будет происходить также в варианте подшипника, где высота вершин всех гофрированных лент в направлении оси подшипника постоянна, а ширина периодически изменяется в окружном направлении таким же образом, как показано на фиг.13.The formation of grooves on the upper tape will also occur in the bearing variant, where the height of the vertices of all corrugated tapes in the direction of the bearing axis is constant and the width periodically changes in the circumferential direction in the same manner as shown in Fig. 13.
Возможен вариант подшипника, где вместо одной гофрированной ленты в окружном направлении расположено более одной, несколько гофрированных лент, имеющих каждая периодически изменяющуюся ширину в кружном направлении, т.е. упругий элемент, расположенный между верхней лентой 4 и вкладышем, содержит в окружном направлении несколько упругих частей.A bearing variant is possible, where instead of one corrugated tape in the circumferential direction there are more than one, several corrugated tapes having each periodically changing width in the circular direction, i.e. the elastic element located between the
На фиг.14 показан вид в плане на другой вариант формы гофрированных лент по сравнению с фиг.13, где вместо находящихся посредине между торцами подшипника гофрированных лент 20 и 40 с переменной шириной установлены соответственно гофрированные ленты 381 и 380, имеющие постоянную ширину. Поэтому канавки на верхней ленте 4 формируются ближе к торцам подшипника, где расположены гофрированные ленты 21, 41 и 24 с переменной шириной.On Fig shows a plan view of another variant of the shape of the corrugated tapes compared to Fig, where instead of being located in the middle between the ends of the bearing
На фиг.15 вид в плане на показан другой вариант формы гофрированных лент по сравнению с фиг.13, В отличие от гофрированных лент, показанных на фиг.14, установленные вместо лент 24, 41 и 21 с одного торца подшипника гофрированные ленты 392, 393 и 394 имеют постоянную ширину, и канавки на верхней ленте 4 формируется только у противоположного торца подшипника, где расположены гофрированные ленты 21, 41 и 24, и образуют только половину шевронной структуры. Наличие такого расположения канавок, также как канавок с шевронной структурой, способствует повышению давления смазочного слоя и несущей способности подшипника.On Fig a plan view shows another variant of the shape of the corrugated tapes compared to Fig.13, In contrast to the corrugated tapes shown in Fig.14, installed instead of
Возможен другой вариант упругого элемента радиального ленточного подшипника для формирования канавок на верхней ленте 4. Вместо гофрированных лент с переменной шириной между верхней лентой 4 и вкладышем 6 может быть расположен перфорированный лист из эластичного материала, например, резины. Этот лист имеет множество отверстий, расположенных с периодическим изменением в окружном направлении их диаметра или плотности расположения и формирующих чередующиеся в окружном направлении зоны меньшей и большей жесткости, расположенные, подобно жесткости упругого элемента из гофрированных лент, показанных на фиг 13 или фиг.15, вдоль направления от одного или от обоих боковых краев верхней ленты 4 к ее средней части и в окружном направлении по направлению вращения. Пример подобного перфорированного листа для осевого ленточного подшипника показан на фиг.80 и 81.Another variant of the elastic element of the radial tape bearing is possible for forming grooves on the
На фиг.16 показан вид в плане на ленточные элементы другого варианта радиального подшипника, отличающегося от подшипника, показанного на фиг.1 и 4, другими гофрированными лентами и наличием промежуточного элемента. В этом варианте реализован другой способ создания канавок на поверхности верхней ленты 4. Закрепленные на опорной ленте 16 гофрированные ленты 392, 393, 394 и 380 расположены симметрично относительно средней линии подшипника и имеют, как обычно используемые в ленточных подшипниках гофрированные ленты, постоянную ширину. Возможен вариант, где вместо этих нескольких гофрированных лент может быть установлена одна широкая гофрированная лента. Между показанными на фиг.16 гофрированными лентами и верхней лентой 4 расположен промежуточный элемент в виде промежуточного листа 385 с каналами, выполненными в виде расположенных на обращенной к ленте 4 поверхности канавок 376, имеющих шевронную, т.е. елочную, структуру. Канавки 376 расположены под наклоном, т.е. неперпендикулярно, к окружному направлению, т.е. к направлению движения поверхности цапфы 2, и симметрично относительно средней линии подшипника. Пары канавок, расположенные симметрично относительно средней линии подшипника, соединяются друг с другом в месте прохождения этой средней линии. Сечение верхней ленты 4 и промежуточного листа 385 плоскостью А-А показано на фиг.17. Канавка 376 на листе 385 сформирована поверхностью 387 дна и поверхностями 386 межканавочных выступов, расположенных по обе стороны от канавки. Канавка 376 может быть изготовлена, например, посредством травления материала листа или нанесением тонкого слоя металла на лист 385 гальваническим способом с последующим травлением по маске. Глубина канавки обычно составляет от нескольких до нескольких десятков микрометров. Промежуточный лист 385 может удерживаться в осевом направлении, например, при помощи соединения с верхней лентой 4 или при помощи шпонок 70 и 80.On Fig shows a plan view of the tape elements of another variant of the radial bearing, different from the bearing shown in figures 1 and 4, other corrugated tapes and the presence of an intermediate element. In this embodiment, another method of creating grooves on the surface of the
Возможен вариант подшипника, показанного на фиг.16, с промежуточным элементом в виде промежуточного листа, имеющего каналы в виде сквозных вырезов в промежуточном листе, расположенных на промежуточном листе подобно расположению канавок 376.A variant of the bearing shown in Fig. 16 is possible with an intermediate element in the form of an intermediate sheet having channels in the form of through cutouts in the intermediate sheet located on the intermediate sheet similar to the location of the
Возможен вариант с подшипника с промежуточным элементом, содержащем промежуточный лист без каких-либо каналов и тонкую фольгу или пленку, расположенную между этим промежуточным листом и верхней лентой 4. Эта фольга имеет каналы, выполненные в виде сквозных вырезов в фольге и расположенные на фольге подобно расположению канавок 376 на промежуточном листе.A variant is possible with a bearing with an intermediate element containing an intermediate sheet without any channels and a thin foil or film located between this intermediate sheet and the
При использовании промежуточного листа, имеющего канавки для формирования канавок на верхней ленте, между промежуточным листом и вкладышем подшипника может быть установлен обычный упругий элемент, например, одна или несколько гофрированных лент с постоянной или монотонно изменяющейся жесткостью, обычно применяющиеся в ленточных подшипниках.When using an intermediate sheet having grooves for forming grooves on the upper tape, a regular elastic element can be installed between the intermediate sheet and the bearing shell, for example, one or more corrugated tapes with constant or monotonously varying stiffness, usually used in tape bearings.
Под действием давления смазочного слоя верхняя лента 4 прогибается над канавками 376 в направлении от цапфы 1, как показано на фиг.17. После касания верней лентой 4 поверхности 387 дна канавки и дальнейшем увеличении давления слоя глубина канавки 390 на поверхности ленты 4 остается постоянной, равной глубине канавки листа 385, в отличие от варианта, показанного на фиг.1, где глубина канавки на поверхности ленты 4 постоянно возрастает при росте давления смазочного слоя. Образующиеся на верхней ленте 4 канавки, имеющие, подобно показанному на фиг.1 варианту, елочную структуру, способствуют повышению давления смазочного слоя и несущей способности подшипника.Under the influence of the pressure of the lubricating layer, the
Для создания эффекта повышения давления смазочного слоя от образовавшихся на верхней ленте канавок необходимо, чтобы эти канавки начинались от бокового края верхней ленты, т.е. соединялись с окружающим подшипник пространством. Для показанного на фиг.16 варианта подшипника это условие обеспечивается тем, что промежуточный лист 385, равный по длине в осевом направлении верхней ленте 4, имеет канавки, начинающиеся от бокового края верхней ленты 4. Однако возможен вариант, где, например, промежуточный лист с канавками имеет длину в осевом направлении больше, чем верхняя лента 4. Это увеличивает изгибную жесткость верхней ленты по боковым краям и несколько снижает эффект повышения давления в смазочном слое за счет образовывающихся на верхней ленте канавок.To create the effect of increasing the pressure of the lubricant layer from the grooves formed on the upper tape, it is necessary that these grooves begin from the lateral edge of the upper tape, i.e. connected to the space surrounding the bearing. For the bearing variant shown in FIG. 16, this condition is ensured by the fact that the
Представленный на фиг.18 вид в плане на ленточные элементы другого варианта подшипника отличается от подшипника, показанного на фиг.16, промежуточным листом 398, имеющим более короткие канавки по сравнению с канавками на листе 385, не доходящие до средней линии промежуточного листа, проходящей по средней линии подшипника. Поэтому при давлении смазочного слоя канавки на верхней ленте 4 формируются ближе к торцам подшипника, где расположены канавки листа 398.The plan view of the tape elements of another bearing embodiment shown in FIG. 18 differs from the bearing shown in FIG. 16 by an
Возможен другой вариант подшипника, отличающегося от подшипника, показанного на фиг.18, расположением канавок на промежуточном листе. В этом варианте, показанном на фиг.19, канавки на промежуточном листе 396 расположены по сравнению с промежуточным листом 398, показанном на фиг.18, только с одного торца подшипника, т.е. со стороны одной боковой стороны 357 верхней ленты 4. Поэтому при давлении смазочного слоя канавки на верхней ленте 4 формируются только у одного торца подшипника, где расположены канавки.Another variant of the bearing is possible, which differs from the bearing shown in Fig. 18 by the location of the grooves on the intermediate sheet. In this embodiment shown in FIG. 19, the grooves on the
Цапфа 2 подшипника, показанного на фиг.1 и 4, имеет на поверхности 27 микроканавки, имеющие шевронную структуру расположения. Канавки расположены под наклоном к средней линии подшипника, т.е. неперпендикулярно окружному направлению, т.е. к направлению движения поверхности вращающейся цапфы. Между рядами канавок поверхность цапфы имеет гладкую цилиндрическую форму. Ширина канавки равна расстоянию между противоположными границами канавки. Расположение канавок на цапфе является обычным для радиального подшипника с канавками с жесткой невращающейся поверхностью. Возможен другой вариант расположения канавок, когда канавки из обоих рядов попарно соединяются в средине цапфы. На фиг.20 показано поперечное сечение этой канавки плоскостью А-А, перпендикулярной оси цапфы вместе с верхним лепестком 4. Канавка имеет дно, образованное поверхностью 402. Поверхность 402 и поверхность 403 межканавочного выступа, являющаяся частью цилиндрической поверхности 27 цапфы, сопрягаются между собой переходной поверхностью, имеющей выпуклую часть с радиусом кривизны R1 и вогнутую часть с радиусом R2. Эти радиусы могут быть переменными на протяжении переходной поверхности от поверхности 403 и поверхности 402. Глубина канавки, т.е. расстояние между межканавочным выступом и дном канавки в радиальном направлении, составляет несколько микрометров Профиль переходной поверхности по сечениям плоскостями B и C, показанными на фиг.4, имеет форму профиля по сечению А, показанную на фиг.20. Количество канавок на цапфе в окружном направлении является обычным для радиального подшипника с канавками с жесткой невращающейся поверхностью и не превосходит обычно несколько десятков, возрастая с увлечением радиуса цапфы. Дополнительным ограничением количества канавок является наличие скругленной переходной поверхности, разделяющей впадины канавок и межканавочные выступы.The
При разгоне или останове ротора, когда расположенный на верхней ленты 4 с антифрикционный слоем 15 имеет сухое трение с поверхностью цапфы, под действием нагрузки со стороны цапфы 2 происходит продавливание ленты 4 между межканавочными выступами 403 внутрь канавки и контакт антифрикционного покрытия 15 с выпуклой частью переходной поверхности. Малый радиус этой поверхности приводит к росту контактных напряжений между переходной поверхностью и антифрикционным покрытием и интенсивному износу покрытия. Напротив, увеличение радиуса этой поверхности приводит к снижению контактных напряжений и уменьшению величины износа покрытия.When accelerating or stopping the rotor, when the
Наличие таких канавок способствует повышению давления в смазочном слое и несущей способности подшипника при вращении цапфы. Эффект повышения давления особенно заметен при разгоне и останове ротора, когда минимальная толщина смазочного слоя мала. Повышение несущей способности подшипника при разгоне и останове ротора приводит к снижению скорости всплытия и посадки цапфы в подшипнике.The presence of such grooves increases the pressure in the lubricating layer and the bearing capacity of the bearing during rotation of the pin. The effect of increasing pressure is especially noticeable during acceleration and stop of the rotor, when the minimum thickness of the lubricating layer is small. An increase in the bearing capacity of the bearing during acceleration and stop of the rotor leads to a decrease in the ascent and landing speed of the journal in the bearing.
При сухом трении верхней ленты и цапфы контактное давление для подшипников, несущих относительно тяжелый и легкий ротор, будет различным. При малом контактном давлении для обеспечения технического результата - малого износа верхней ленты при достижении эффекта повышения давления за счет канавок на цапфе, радиус R1 выпуклой части - переходной поверхности может быть достаточно малым, больше глубины канавки, например, в десять раз. При большом контактном давлении для обеспечения такого же технического результата радиус R1 может быть значительно больше.With dry friction of the upper belt and pin, the contact pressure for bearings bearing a relatively heavy and light rotor will be different. With a small contact pressure, to ensure a technical result - small wear of the upper tape when the effect of increasing pressure due to grooves on the pin is achieved, the radius R 1 of the convex part of the transition surface can be quite small, ten times greater than the depth of the groove, for example. With a large contact pressure, to ensure the same technical result, the radius R 1 can be significantly larger.
На фиг.21 показано поперечное сечение другого варианта канавки на цапфе ротора, отличающегося от профиля, показанного на фиг.20, поперечным профилем канавки. Профиль канавки имеет выпуклую поверхность с радиусом кривизны R1, переходящую с изломом 14, т.е. с образованием острой кромки, в поверхность 13. Высота излома 14 над дном канавки составляет h1. Глубина канавки, равная расстоянию от дна до цилиндрической поверхности цапфы 27, равна величине h2. Если отношение величин h1 и h2 мало и не превышает, например, одной трети, при сухом трении верхней ленты по цапфе контакт будет проходить по выпуклой поверхности, подобно тому, как это показано на фиг.21 с вариантом канавки, показанной на фиг.20, и износ антифрикционного покрытия будет мал. Изменение профиля канавки, при котором увеличивается высота h1, после превышения высоты h1 некоторой величины приведет к тому, что контакт при сухом трении верхней ленты по цапфе будет проходить также в месте излома 14 переходной поверхности, и износ антифрикционного покрытия верхней ленты за счет этого контакта резко возрастет. Максимальное отношение величин h1 и h2, при котором износ будет мал, уменьшается с ростом контактного давления цапфы на верхнюю ленту и зависит также от других фактором.On Fig shows a cross section of another variant of the groove on the trunnion of the rotor, which differs from the profile shown in Fig.20, the transverse profile of the groove. The groove profile has a convex surface with a radius of curvature R 1 passing with a kink of 14, i.e. with the formation of a sharp edge, to the
Другой вариант расположения канавок на цапфе ротора подшипника, показанного на фиг.4, представлен на фиг.22. Канавки, имеющие дно 402, расположены на цапфе ротора только с одного торца подшипника неперпендикулярно к окружному направлению.Another variant of the location of the grooves on the trunnion of the bearing rotor shown in FIG. 4 is shown in FIG. 22. Grooves having a bottom 402 are located on the axle of the rotor from only one end of the bearing non-perpendicular to the circumferential direction.
Показанная на фиг.1 часть 118 вкладыша 6 имеет паз 111, в который установлен датчик силы 94. Датчик силы 94 упирается в сферическую часть наконечника 102, который опирается на толкающий болт 104, установленный на резьбе в опорной втулке 96. Подшипниковая нагрузка от части 118 вкладыша 6 передается на втулку 96 через датчик силы 94, наконечник 102 и болт 104. Наконечник 102 имеет плоские боковые грани 108 и 109, прилегающие к боковым поверхностям паза 110 в опорной втулке 96. Поэтому при вращении болта 104 наконечник 102 двигается поступательно.The
Контактирующие поверхности наконечника 102 и датчика силы 94 могут иметь любую подходящую форму для окружного и осевого поворота части 118 вкладыша относительно наконечника 102. При отсутствии датчика силы соответствующую форму могут иметь контактирующие поверхности вкладыша и наконечника. Возможен вариант, когда отсутствует наконечник, и вкладыш 492 упирается непосредственно в толкающий болт 104, как показано ниже, на фиг.26.The contacting surfaces of the
Максимально возможный угол осевого поворота частей вкладыша может отличаться от соответствующего угла окружного поворота. Поэтому вместо сферической поверхности наконечник 102 может иметь различную кривизну контактной поверхности в осевом и окружном направлениях, например тороидальную поверхность.The maximum possible angle of axial rotation of the parts of the liner may differ from the corresponding angle of the circumferential rotation. Therefore, instead of a spherical surface, the
На фиг.23 показан другой вариант наконечника, показанного на фиг.1, где вместо наконечника 102, воспринимающего нагрузку от части 118 вкладыша 6 через датчик силы 94 и передающего нагрузку на болт 104, используется наконечник 97 цилиндрической формы, выполненный из упругого материала, например, «металлорезины», полученная прессованием растянутой проволочной спирали. Радиальная жесткость наконечника 97 сравнима или больше жесткости гофрированных лент, расположенных между цапфой 2 и вкладышем подшипника. Податливость наконечника 97 позволяет части 118 вкладыша 6 поворачиваться в окружном и осевом направлениях и при этом обеспечивает большую площадь контактной поверхности и снижение контактных напряжений и контактного износа при передаче нагрузки от датчика силы 94 к наконечнику 97. Материал металлорезина обладает большим внутренним трением и демпфирует возможные колебания вкладыша 6 относительно втулки 96.On Fig shows another variant of the tip shown in figure 1, where instead of the
Как показано на фиг.4, на болт 104 навинчен и зафиксирован при помощи контргайки 107 рычаг 105. Конец рычага 105 входит в паз 106 кольца 98. Толкающий болт 104, рычаг 105 и кольцо 98 входят в состав нагрузочного устройства для управления преднатягом подшипника, в дальнейшем нагрузочного устройства, т.е. устройства управления преднатягом подшипника, которое позволяет сдвигать часть 118 вкладыша 6 в радиальном направлении, т.е. к поверхности и от поверхности цапфы 2, в процессе работы турбомашины. В состав нагрузочного устройства входят также болты и рычаги, аналогичные болту 104 и рычагу 105 и предназначенные для одновременного сдвига частей 120 и 122 вместе с частью 118 вкладыша 6 в радиальном направлении, а также привод нагрузочного устройства, осуществляющий вращение поворотного кольца 98. Этот привод может быть, например, электромагнитным или пневматическим. Одновременный сдвиг частей 118, 120 и 122 вкладыша 6 в радиальном направлении означает относительное смещение последних в этом направлении.As shown in FIG. 4, the
Вращение кольца 98 вокруг оси подшипника в одну сторону вызывает через рычаг 105 вращение болта 104 и его смещение в радиальном направлении к цапфе. Болт 104 через наконечник 102 толкает часть 118 вкладыша 6 к цапфе. При этом в радиальном направлении под действием соответствующих толкающих болтов к цапфе сдвигаются также части 120 и 122 вкладыша 6. Это приводит к увеличению преднатяга в подшипнике и при вращающемся роторе вызывает увеличение жесткости и демпфирования подшипника. Вращение кольца 98 в противоположном направлении вызывает смещение в радиальном направлении от цапфы соответствующих толкающих болтов и частей 118, 120 и 122 вкладыша 6 и уменьшение преднатяга и жесткости подшипника. Величина поворота кольца 98, определяющая величину преднатяга, определяется системой управления нагрузочным устройством с помощью датчика силы 94 и подобных датчиков, расположенных в частях 120 и 122 вкладыша 6. Система управления выдает управляющие сигналы на привод нагрузочного устройства.The rotation of the
Возможен вариант подшипника с упрощенным нагрузочным устройством для управления преднатягом, содержащим только один толкающий болт 104, смещающий часть 118 вкладыша 6. При этом части 120 и 122 вкладыша 6 опираются на обычные неподвижные закрепленные на втулке 96 упоры, имеющие в месте контакта с вкладышем 6, например, сферическую форму, подобно наконечнику 102. В этом случае сдвиг части 118 вкладыша 6 к центру подшипника под действием толкающего болта также будет увеличивать жесткость и демпфирование подшипника.A variant of the bearing with a simplified load device for controlling the preload, containing only one pushing
Возможен вариант отсутствия датчика силы. В этом случае границы смещения части 118 вкладыша 6 в радиальном направлении может задаваться, например, с помощью упоров, ограничивающих вращение и движение толкающего болта к цапфе и от цапфы.A variant of the absence of a force sensor is possible. In this case, the displacement boundaries of the
Возможен также другой вариант подшипника с упрощенным нагрузочным устройством, где в радиальном направлении может двигаться под действием толкающего болта 104 только часть 118 вкладыша 6, а части 120 и 122 вкладыша 6 жестко закреплены относительно втулки 96. В этом случае смещение части 118 вкладыша 6 в радиальном направлении к центру подшипника относительно части 120 и 122 под действием болта 104 также будет увеличивать жесткость и демпфирование подшипника.Another variant of the bearing with a simplified loading device is also possible, where only
На фиг.23 показан другой вариант нагрузочного устройства и датчика силы для радиального подшипника, показанного на фиг.1. Вместо опорной втулки 96 используется опорная втулка 218. Наконечник 97 из «металлорезины», имеющий форму цилиндра или диска, расположенный в пазу части 118 вкладыша 6 вместо датчика силы 94, установлен в торцевой части датчика силы 213. Другим торцом датчик силы 213 упирается в пьезокерамический актюатор 216, установленный в отверстии винта 214. Винт 214 установлен в радиальном направлении на резьбе во втулке 218 и позиционируется в радиальном направлении гайкой 215. Подшипниковая нагрузка передается от части 118 вкладыша 6 на втулку 218 через наконечник 97, датчик силы 213, актюатор 216 и винт 214.On Fig shows another variant of the load device and the force sensor for the radial bearing shown in figure 1. Instead of the
При подаче напряжения на актюатор 216 через провода 220 происходит расширение актюатора 216 пропорционально величине подаваемого напряжения. Это вызывает радиальное смещение датчика силы 213 и наконечника 97 вместе с частью 118 вкладыша 6 к цапфе 2 и увеличение преднатяга па вкладыш. При уменьшении напряжения актюатор 216 наоборот, сжимается, и часть 118 вкладыша 6 под действием нагрузки со стороны цапфы смещается вместе с наконечником 97 и датчиком силы 213 от цапфы. В результате преднатяг ленточного подшипника снижается.When voltage is applied to
Показанные на фиг.1 и фиг.23 датчики силы 94 и 213, могут быть устроены, например, с использованием тензодатчика.The
Датчики силы, 94 и 213 могут быть использованы в различных целях: для определения нагрузки на часть вкладыша радиального подшипника и сравнения ее с предельно допустимой нагрузкой для текущей частоты вращения ротора; для определение результирующей нагрузки цапфы ротора на подшипник; для определение изменения преднатяга в подшипнике в результате теплового расширения цапфы и частей подшипника.Force sensors, 94 and 213 can be used for various purposes: to determine the load on a part of the radial bearing shell and compare it with the maximum permissible load for the current rotor speed; to determine the resulting load of the journal of the rotor on the bearing; to determine the change in preload in the bearing as a result of thermal expansion of the journal and parts of the bearing.
Для измерения нагрузки на часть вкладыша подшипника возможен другой вариант датчика силы. При этом на наружной цилиндрической поверхности втулки 96, показанной на фиг.1, рядом с болтом 102 в осевом направлении установлен тензодатчик. Часть втулки 96 с установленным на ней упорным болтом 104 и тензодатчиком отделена в окружном направлении от остальной втулки расположенными в осевом направлении прорезями и соединена с остальной частью втулки только возле торцов. Нагрузка со стороны части 118 вкладыша 6 на отделенную часть втулки 96 вызывает деформацию, которая регистрируется тензодатчиком. При таком варианте датчика силы датчик силы 94 не используется и нагрузка от части 118 вкладыша 6 будет восприниматься непосредственно наконечником 102.To measure the load on a part of the bearing shell, another version of the force sensor is possible. Thus on the outer cylindrical surface of the
Варианты нагрузочного устройства управления преднатягом, показанные на фиг.4, 23 и его другие варианты, представленные ниже, вместе с гофрированными лентами 92 и 93, установленными между вкладышем 6 и втулкой 96, могут быть использованы в других газодинамических подшипниках с самоустанавливающимися частями вкладыша, в которых смазочный слоя образуется между поверхностью вкладыша и цапфой. Эти варианты нагрузочного устройства и гофрированные ленты могут быть использованы также в гидродинамических подшипниках с жидкой смазкой с самоустанавливающимися частями вкладыша.The options for the load preload control device shown in Figs. 4, 23 and its other options presented below, together with
На фиг.24…32 показаны поперечные сечения различных вариантов подшипника с нагрузочным устройством, отличающихся вкладышем,, верхней лентой, гофрированной лентой и нагрузочным устройством по сравнению с подшипником, показанным на фиг.1 и 4.In Figs.
На фиг.24 показан вариант подшипника, отличающийся верхней лентой, промежуточным листом, гофрированной лентой и вкладышем, где имеется только одна верхняя лента. Во втулке 96 вместо вкладыша 6 установлен вкладыш 410, выполненный в виде кольца с тремя группами прорезей 412, 413 и 414, образующих каждая зигзагообразную в поперечном сечении подшипника перемычку, вытянутую вдоль оси подшипника, обеспечивающих для частей 418, 419 и 420 вкладыша 410 возможность относительного радиального и окружного смещения. Под относительным радиальным смещением частей вкладыша понимается такое смещение, при котором части вкладыша одновременно смещаются к центру или от центра вкладыша. Верхняя лента 424 и гофрированная лента 426 закреплены на вкладыше 410 при помощи сварки в точке 429. Вершины гофрированной ленты возле края 431 верхней ленты, где начинается смазочный слой, имеют меньшую высоту по сравнению с остальными вершинами. Длина нескольких волн гофрированной ленты 426, равная расстоянию между вершинами волн в окружном направлении, например, между вершинами 433 и 434, уменьшается от края 431 ленты 424 по направлению вращения цапфы. Длина последующих волн может быть постоянна. Между верхней лентой 424 и гофрированной лентой 426 расположен промежуточный лист 428, имеющий на обращенной к цапфе стороне канавки, подобные канавкам на листе 385, показанном на фиг.16, расположенные в окружном направлении от края 427 листа до точки крепления 429 последнего и образующие елочную структуру.On Fig shows a variant of the bearing, characterized by an upper tape, an intermediate sheet, corrugated tape and liner, where there is only one upper tape. In the
Между втулкой 96 и вкладышем 410 расположены гофрированные ленты 421, 422 и 423, предназначенные для демпфирования возможных колебаний частей 418, 419 и 420 вкладыша 410.Between the
При вращении цапфы 2 воздух увлекается в окружном направлении от входа в смазочный слой у края 431 верхнего лепестка 424 и создает избыточное давление между верхней лентой 424 и поверхностью цапфы 2. При смещении болта 104 и двух подобных ему толкающих болтов к центру подшипника части 418, 419 и 420 вкладыша 410 также смещаются к центру подшипника. За счет податливости, создаваемой перемычками между частями вкладыша, эти части приближаются друг к другу в окружном направлении, поэтому толщина смазочного слоя между поверхностью цапфы 2 и верхней лентой 424 уменьшается. Давления смазочного слоя при этом повышается, возрастает жесткость и демпфирование подшипника.When the
Давление смазочного слоя обеспечивает прогиб верхней лены 424 в месте расположения канавок на промежуточном листе 426 подобно прогибу верхней ленты 4, показанному на фиг.17. Наличие канавок на верхней ленте 424 вызывает всасывание окружающего воздуха в смазочный слой по торцам подшипника, повышение давления в смазочном слое, тогда как в подшипнике без канавок воздух, наоборот, выходит по торцам из смазочного слоя, что понижает давление в смазочном слое. Поэтому в подшипнике без канавок величина допустимого смещения частей 418, 419 и 420 вкладыша 410 к центру подшипника меньше, чем в подшипнике с образующимися канавками, показанном на фиг.23.The pressure of the lubricating layer provides a deflection of the
Возможен другой вариант подшипника, показанного на фиг.24, где отсутствует лист 428, образование канавок на верхней ленте 424 происходит за счет переменной и образующей подобно показанной на фиг.13 елочную структуру жесткости гофрированных лент, установленных между вкладышем 410 и верхней лентой 424 вместо гофрированной ленты 426.Another variant of the bearing shown in Fig. 24 is possible, where there is no
Подобно упрощенному варианту для подшипника, показанного на фиг.1, с одним толкающим болтом 104, подшипник, показанный на фиг.24, может также содержать только один толкающий болт 104 и два неподвижных упора, заменяющие болты 415 и 416 с наконечниками.Similar to a simplified embodiment for the bearing shown in FIG. 1 with one
Возможен другой вариант подшипника, показанного на фиг.1 и 4, где вместо вкладыша 6 установлен вкладыш, имеющий вместо соединенных между собой трех частей 118, 120 и 122 такие же, но отдельные части, не соединенные перемычкой, имеющие возможность смещаться в радиальном направлении друг относительно друга под действием трех толкающих болтов устройства управления преднатягом, включая толкающий болт 104.Another variant of the bearing shown in Figs. 1 and 4 is possible, where instead of the
На фиг.25 показан другой вариант подшипника, отличающийся от подшипника, показанного на фиг.24, распределением длины волн гофрированной ленты 438 в окружном направлении. Длина волн расположенного между болтами 415 и 416 участка гофрированной ленты 438 уменьшается от этих болтов к группе прорезей 414, расположенных в средине этого участка, то есть расстояние между вершиной 442 и 443 и между вершиной 445 и 446 больше, чем расстояние между вершиной 440 и 441. Подобным образом длина волн расположенного между болтами 415 и 104 участка ленты 438 уменьшается от этих болтов к группе прорезей 413.On Fig shows another variant of the bearing, different from the bearing shown in Fig.24, the wavelength distribution of the
При радиальном смещении вращающейся цапфы 2 в направлении болта 415 максимальное радиальное смещение цапфы, в дальнейшем также смещение цапфы, относительно части 419 вкладыша 410 имеет место напротив болта 415, где длина волн максимальна, а жесткость минимальна. По мере удаления от болта 415 в окружном направлении к краям части 419 величина радиального смещения уменьшается пропорционально косинусу углового расстояния до болта 415. Уменьшение длины волн ленты 438 от болта 415 к группе прорезей 414 и 413, т.е. к краям части 419 обеспечивает увеличение радиальной жесткости ленты 438 и постоянную нагрузку смазочного слоя на ленту 438 на участке от группы прорезей 414 до группы прорезей 413.With a radial displacement of the
При смещении цапфы 2 в направлении группы прорезей 414 часть 419 вкладыша 410 поворачивается и ориентируется так, что максимальное радиальное смещение цапфы относительно части 419 вкладыша 410 имеет место также напротив болта 415. Это обеспечивает постоянную нагрузку смазочного слоя на ленту 438 для всей части 419 вкладыша 410.When the
На фиг.26 показан упрощенный вариант подшипника, показанного на фиг.24. Отсутствует лист 428 между лентами 424 и 426. Вместо вкладыша 410 с тремя группами прорезей, образующих перемычки между частями вкладыша, во втулке 96 установлен вкладыш 492 в виде разрезанного кольца. Вкладыш разрезан вдоль оси так, что между его частями 494 и 495 имеется расположенная в осевом направлении щель 493, позволяющая частям 494 и 495 смещаться относительно друг друга в радиальном и окружном направлениях. В наружную поверхность части 495 вкладыша 492 упирается и воспринимает подшипниковую нагрузку толкающий болт 104. Податливость части 495 вкладыша 494 в радиальном направлении достаточна, чтобы деформироваться при нагрузке со стороны болта 104.On Fig shows a simplified version of the bearing shown in Fig.24. There is no
При вращении цапфы 2 создается избыточное давление между верхней лентой 424 и поверхностью цапфы 2. При смещении болта 104 к центру подшипника часть 495 вкладыша 492 также смещается к центру подшипника под действием болта и вызывает смещение к центру цапфы частей верхней ленты 424 и гофрированной ленты 426, расположенных напротив части 495 вкладыша, и увеличение преднатяга. При этом толщина смазочного слоя между поверхностью цапфы 2 и верхней лентой 424 уменьшается, давление смазочного слоя повышается, возрастает жесткость и демпфирование подшипника.When the
На фиг.27 показан другой вариант вкладыша подшипника, показанного на фиг.1, отличающийся вкладышем, верхней и гофрированной лентой. Во втулке 96 вместо вкладыша 6 установлен вкладыш 450, выполненный в виде кольца без прорезей. Между вкладышем 450 и цапфой 2 расположены в окружном направлении верхние ленты 452, 453 и 454 и гофрированные ленты 458, 459 и 460, расположенные соответственно между лентами 452, 453 и 454 и вкладышем 450. Податливость вкладыша 450 в радиальном направлении достаточна, чтобы деформироваться при нагрузке со стороны болтов 104, 415 и 416. Таким образом, части вкладыша 450 имеют возможность смещаться относительно друг друга в радиальном направлении.On Fig shows another embodiment of the bearing shell shown in figure 1, characterized by a liner, upper and corrugated tape. In the
Смещение болтов 104, 415 и 416 к центу подшипника вызывает деформацию вкладыша 450. Вкладыш 450 с увеличенным масштабом деформация показан на фиг.28 сплошными линиями. Пунктирными линиями показан вкладыш без деформации. Как видно из фиг.28, деформация вкладыша приводит к приближению к цапфе частей вкладыша, расположенных напротив болтов 104, 415 и 416 и удалению от цапфы частей вкладыша, расположенных между болтами 104, 415 и 416. Приближение к вращающейся цапфе частей вкладыша, расположенных напротив толкающих болтов, увеличивает жесткость и демпфирование подшипника.The displacement of the
На фиг.29 и 30 показан поперечный и продольный разрез другого варианта нагрузочного устройства подшипника, показанного на фиг.24, отличающийся нагрузочным устройством, вкладышем и опорной втулкой. Вкладыш 460 кольцевой формы, подобно вкладышу 410 на фиг.24, имеет три группы прорезей 465, 466 и 467, обеспечивающих для частей 461, 462 и 463 вкладыша 460 возможность радиального смещения и отличается от вкладыша 410 тем, что его наружная поверхность 468 имеет коническую форму. Вкладыш 460 установлен в опорную втулку 47, с прилеганием поверхности 468 к внутренней конической поверхности втулки 470. Втулка 470 установлена в корпусе турбомашины. С обоих торцов во вкладыш 460 упираются гайки 473, установленные на резьбе во втулке 470 концентрично с вкладышем 460 с возможностью вращения чрез закрепленные на гайках рычаги 474 при помощи привода, не показанного на фиг.30. При синхронном вращении гаек 473 эти гайки сдвигаются вдоль оси втулки 470 в одном направлении. Одна из этих гаек толкает вкладыш 460 в осевом направлении. В зависимости от направления вращения гаек относительное осевое скольжение конических поверхностей вкладыша 460 и втулки 470 вызывает увеличение или уменьшение внутреннего диаметра вкладыша 460 за счет относительного радиального смещения частей 461, 462 и 463 вкладыша 460. Это смещение обеспечивается перемычками, образованными группами прорезей 465, 466 и 467.On Fig and 30 shows a transverse and longitudinal section of another variant of the load bearing device shown in Fig.24, characterized by a load device, liner and support sleeve. The ring-shaped
Возможен также другой вариант смещения вкладыша 460, где каждая гайка 473 заменена одним или несколькими толкающими болтами, упирающимися в каждый торец вкладыша 460 и закрепленными относительно втулки 470, где оси этих толкающих болтов параллельны оси подшипника.There is also another option for the displacement of the
При вращающемся роторе гайки 473 синхронно поворачиваются рычагами 474 и сдвигают вкладыш 460 в осевом направлении. При этом внутренний диаметр вкладыша 460 уменьшается за счет уменьшения диаметра внутренней конической поверхности втулки 470, контактирующий с поверхностью 468 вкладыша 460, что приводит к уменьшению толщины смазочного слоя в подшипнике, увеличению преднатяга, увеличению жесткости и демпфирования подшипника. При вращении гаек 473 в противоположном направлении преднатяг подшипника уменьшается.When the rotor rotates, the
На фиг.31 и 32 показан поперечный и продольный разрез варианта подшипника, показанного на фиг.26, отличающегося способом установки вкладыша в корпусе. Вкладыш 480 подшипника имеет наружные конические поверхности по разрезан подобно вкладышу 492, показанному на фиг.26 и установлен в корпус подшипника - втулку 484 по двум наружным коническим поверхностям 481 и 482 для уменьшения наружного диаметра вкладыша. Втулка 484 закреплена относительно корпуса 499 турбомашины посредством кольца, т.е. кольцеобразного элемента 490, закрепленного на наружном диаметре втулки 484 в средней части последней. Кольцо 490 закреплено относительно корпуса турбомашины 499 по периферийной части 498 кольца 490 и относительно втулки 484 по внутренней части 491 кольца 490. Кольцо 490 имеет прорези 497, проходящие от наружной части 498 к внутренней части 491, предназначенные для уменьшения изгибной жесткости наружной части кольца 490 относительно его внутренней части. Прорези 497 могут располагаться в радиальном направлении или под наклоном к радиусу. Такое закрепление подшипника обеспечивает высокую радиальную жесткость вкладыша 480 и низкую жесткость поворота вкладыша относительно корпуса 499 для компенсации перекосов подшипника относительно цапфы и может быть использовано для обычных вариантов ленточных радиальных подшипников, не имеющих вкладыша. Возможен вариант кольца 490 без прорезей. Возможен также вариант, где некоторые из частей 489 кольца 490, расположенные между прорезями, удалены для снижения изгибной жесткости кольцеобразного элемента. Возможен вариант начала прорезей от внутренней части кольцеобразного элемента. Возможен вариант, где кольцеобразный элемент состоит из отдельных расположенных по окружности частей, например, пластинчатого вида, каждая из которых закреплена с одной стороны на втулке 484, с другой стороны на корпусе 499 турбомашины.On Fig and 32 shows a transverse and longitudinal section of a variant of the bearing shown in Fig, characterized by the method of installation of the liner in the housing. The
В зазорах между втулкой 484 и корпусом 499 турбомашины установлены гофрированные ленты 483 и 479, или, для усиления демпфирования возможных конических колебаний втулки 484, могут быть установлены упругодемпферные блоки, подобные, например, блоку, показанному на фиг.5, содержащие соответственно гофрированные ленты 483 и 479.
Нагрузочное устройство подшипника, показанного на фиг.31 и 32, устроено также, как в варианте, показанном на фиг.29 и 30.The load device of the bearing shown in FIGS. 31 and 32 is arranged as in the embodiment shown in FIGS. 29 and 30.
Смещение вкладыша 6 подшипника, показанного на фиг.1, в окружном направлении, ограничено винтами 101 и 103, установленных во втулке 96 в радиальном направлении, концевые части которых расположенными между частями 118, 120 и 122 вкладыша 6. Другой вариант ограничения смещения вкладыша 6 в окружном направлении, может быть выполнен за счет винтов, установленных во втулке 96 в радиальном направлении, расположенных по обе стороны от винта 104 вдоль оси подшипника, где концевые части этих винтов расположены в пазу 111 части 118 вкладыша 6, показанном на фиг.4..The circumferential displacement of the bearing
Части 118, 120 и 122 вкладыша 6 соединены одинаковыми перемычками. Каждая из этих перемычек образована группой прорезей. Части 118 и 122 вкладыша 6 соединены перемычкой 91, содержащей части 123 и 124. Между частями 123 и 124 перемычки имеется утолщение 29, которое служит для установки шпонки 70 и концевой части винта 101. В утолщении 29 расположен паз 31 со стороны внутренней поверхности 11 вкладыша 6 и вдоль его оси. В пазу 31, простирающемся поперек окружного направления, установлена шпонка 70 призматической формы. Такие же шпонки установлены в соответствующих пазах двух остальных перемычек, соединяющих части 118, 120 и 122 вкладыша 6. Перемычка 91 имеет зигзагообразный профиль в сечении, перпендикулярном оси вкладыша 6 и простирается в двух направлениях: окружном и в радиальном. Перемычка 91 образована прорезями 112, 113, 114 и 115, расположенными вдоль оси вкладыша. Перемычки, соединяющие части 118, 120 и 122 вкладыша 6, обеспечивают возможность упругого поворота и смещения частей 118, 120 и 122 относительного друг друга в радиальном и окружном направлении под действием внешней силы или момента. Поэтому для достаточной податливости в этих направлениях и симметричном смещении частей вкладыша 6 в окружном направлении части перемычки должны располагаться как минимум в двух различных направлениях, например, в радиальном и окружном, как показано на фиг.1. Толщина перемычек составляет порядка одного миллиметра. В зависимости от диаметра цапфы и формы прорезей толщина перемычек может быть больше или меньше одного миллиметра. Податливость смещения частей вкладыша относительно друг друга может регулироваться толщиной и длиной перемычек, а также их расположением. Например, для увеличения податливости в радиальном направлении перемычка может иметь зигзагообразную форму в окружном направлении, подобно имеющейся в радиальном направлении зигзагообразной части.
Прорези 112, 113 и другие могут быть выполнены, например, при помощи электроэрозии проволокой. Толщина прорезей составляет несколько десятых миллиметра.
Наличие перемычек, соединяющих части вкладыша 6 в единую деталь, позволяет упростить процесс сборки подшипника. После установки согласно фиг.1 в пазы вкладыша 6 шпонки 70 и двух других шпонок, ленты 16 с упругодемпферными блоками, верхней ленты 4 на части 118 вкладыша и аналогичных ленточных элементов на части 120 и 122 вкладыша 6 эти элементы устойчиво держаться во вкладыше. Поэтому далее вкладыш 6 можно устанавливать в опорную втулку 96 без имитатора цапфы ротора, как это обычно происходит при установке в корпус турбомашины самоустанавливающихся частей вкладыша обычной конструкции, не соединенных друг с другом.The presence of jumpers connecting the parts of the
Перемычка и образующие ее прорези могут располагаться в одном направлении. На фиг.33 и 34 показаны варианты перемычек для вкладыша подшипника, показанного на фиг.24. На фиг.33 зигзагообразная перемычка 411 и образующая ее группа прорезей 425 расположены в радиальном направлении. На фиг.34 зигзагообразная перемычка 409 и образующая ее группа прорезей 408 расположены под наклоном к радиусу вкладыша.The jumper and the slots forming it can be located in one direction. FIGS. 33 and 34 show jumper options for the bearing shell shown in FIG. 24. 33, the
На фиг.35 показана увеличенная часть фиг.1 с вариантом соединения частей вкладыша 6 подшипника, где части 59 и 60 вкладыша в отличие от частей 118 и 122 вкладыша 6 выполнены отдельно друг от друга и соединены перемычкой 56, изготовленной в виде отдельной детали. Перемычка 56 изготовлена из тонкой пластины. Толщина пластины 56 имеет такой же порядок, как толщина перемычек, показанных на фиг.1, или несколько меньше. Пластина 56 с U-образным профилем расположена в прорезях 57 и 58 частей 59 и 60 вкладыша, имеющих L-образный профиль и расположенных напротив друг друга, что позволяет удерживать части 59 и 60 относительно друг друга с небольшим люфтом. Таким же образом соединены остальные части вкладыша. Такое соединение обеспечивает возможность относительного радиального и окружного смещения частей вкладыша.Fig. 35 shows an enlarged part of Fig. 1 with a variant of connecting the parts of the bearing
Для ленточного подшипника с устройством регулирования преднатяга соединительные элементы между частями вкладыша, включая перемычки, полученные при помощи прорезей или при помощи тонкой пластины, могут отсутствовать. Однако это усложняет процесс сборки.For a tape bearing with a preload control device, connecting elements between the parts of the liner, including jumpers obtained with slots or with a thin plate, may be missing. However, this complicates the assembly process.
Между частью 118 вкладыша 6 и опорной втулкой 96, показанной на фиг.1, расположены гофрированные ленты 92 и 93. Ленты 92 и 93 имеют меньшую радиальную жесткость по сравнению с гофрированными лентами, расположенными между верхней лентой 4 и частью 118. В случае, если гофрированная лента имеет несколько волн в окружном направлении, как лента 92, длина волны в окружном направлении и ее высота может возрастать с удалением от места опоры вкладыша 6 на наконечник 102 к периферии части 118. Такое изменение длины и высоты волны гофрированной ленты снижает жесткость ленты к периферии и увеличивает равномерность нагрузки ленты при повороте вкладыша, вызывающем увеличение или уменьшение зазора между опорной втулкой 96 и периферийной частью вкладыша
Лента 92 и 93 установлены между вкладышем 6 и втулкой 96 с некоторым преднатягом и предназначены для демпфирования возможных угловых колебаний части 118 вкладыша 6. Для увеличения демпфирования между вкладышем и опорной втулкой могут быть установлены гофрированные ленты в составе упругодемпферных блоков, подобных показанному, например, на фиг.5.
Упругое соединение перемычками частей 118, 120 и 122 вкладыша 6 позволяет устанавливать гофрированные ленты 92 и 93, показанные на фиг.1, с преднатягом, вызывающим только малое смещение частей вкладыша 6 в радиальном направлении к центру подшипника и почти не вызывающего увеличения преднатяга в гофрированных лента упругого элемента подшипника при старте и останове, что снижает контактное давление цапфы 2 на верхнюю ленту и износ подшипника.The elastic connection with the jumpers of the
Верхняя лента 4 подшипника, показанного на фиг.1, удерживается в окружном направлении шпонками 70 и 80, частично расположенными в пазах вкладыша 6. Верхние ленты 7 и 9 удерживаются подобным образом парой соответствующих шпонок.The
На фиг.36 показана увеличенная часть фиг.1. Шпонка 70 имеет призматическую форму и расположена в пазу вкладыша 6 поперечно к окружному направлению. Часть шпонки 70, выступающая из паза 31 вкладыша 6 к цапфе 2, имеет заднюю часть, расположенную навстречу направлению вращения цапфы, в которой расположен паз 251 с установленным в нем передним краем 248 ленты 9, верхнюю часть, обращенную к цапфе, ограниченную поверхностью 25, и переднюю часть, противоположную задней части, где расположен паз 253 с установленным задним краем 43 ленты 4. Пазы 251 и 253 расположены вдоль шпонки, в направлении оси подшипника, т.е. поперечно к окружному направлению. Передний и задний край верхних лент 4, 7 и 9 расположен в пазах шпонок, установленных во вкладыше 6, для фиксации верхних лент от смещения по направлению и против вращения. Смещение ленты 9 по направлению вращения возможно до упора переднего края ленты 9 в поверхность дна паза 251, расположенную навстречу вращению ротора поперек окружного направления.On Fig shows an enlarged part of figure 1. The key 70 has a prismatic shape and is located in the groove of the
Каждая из верхних лент 4, 7 и 9 имеет у переднего и заднего края ступеньку. Для предотвращения контакта цапфы 2 со шпонкой 70 часть 252 верхней ленты 9, выступающая в сторону цапфы и находящаяся возле переднего края ленты 9, должна находиться ближе к поверхности цапфы, чем верхняя часть 25 шпонки 70. Для этого передний край 248 ленты 9 расположен на нижней части ступеньки, расположенной дальше от цапфы 2, чем верхняя часть 252 ступеньки и находящейся в пазу 251 передней части шпонки 70. Верхняя часть 254 ленты 4, расположенная у заднего края 43 ленты 4, должна находиться дальше от поверхности цапфы, чем часть 252 ленты 9 и может быть как ближе, так и дальше от поверхности цапфы, чем верхняя часть шпонки 70. Ступенька на заднем краю ленты 4 нужна для задания оптимального расстояния между частью 254 ленты 4 и поверхностью цапфы.Each of the
Передняя и задняя часть верхних лент 9 и 4 имеет достаточно простую ступенчатую форму. Отсутствие неразборного соединения верхней ленты со шпонками, обычно выполняемого при помощи сварки, упрощает и удешевляет конструкцию подшипника для крепления верхних лент. Малое расстояние между выступающей частью 252 и точкой контакта края 248 верхней ленты 9 со шпонкой 70 в радиальном направлении обеспечивает достаточную жесткость и прочность крепления при удержании верхней ленты в направлении вращения. В осевом направлении верхние ленты могут быть зафиксированы, например, относительно шпонок при помощи закрепленных на торцах шпонок пластинчатых накладок.The front and rear of the
Шпонка 70 имеет продольный паз 255, в который входит имеющийся в пазу 31 вкладыше 6 выступ 257 для ограничения смещения шпонки 70 к центру подшипника.The key 70 has a
При смещении цапфы в сторону шпонки 70 давление смазочного слоя вызывает смещение в этом же направлении верхней части 252 ленты 9 вместе со шпонкой 70. Смещение шпонки 70 в радиальном направлении, т.е. вдоль направления к цапфе, обеспечивается свободным пространством 266 между шпонкой 70 и вкладышем 6.When the trunnion is shifted towards the key 70, the pressure of the lubricant layer causes the
На фиг.37 показан другой вариант крепления верхних лент подшипника, показанного на фиг.1. Шпонка 268 имеет расположенный в ее верхней части наклонный паз 264, где расположена имеющая излом передняя часть 260 верхней ленты 261, удерживающая ленту 261 в направлении вращения. Такое расположение паза и ленты 261 также обеспечивает зазор между цапфой и шпонкой 268 при любом положении цапфы. Край 263 задней части верхней ленты 265 не имеет специальной профилировки и не удерживается шпонкой 268. Смещение верхней ленты 260 по направлению вращения возможно до упора переднего края ленты 260 в поверхность дна паза 264, расположенную навстречу направлению вращения ротора и поперек окружного направления. Смещение верхней ленты 265 против направления вращения возможно до упора заднего края ленты 265 в переднюю часть шпонки 268.On Fig shows another option for mounting the upper tapes of the bearing shown in figure 1. The key 268 has an
Другой вариант крепления одной верхней ленты в подшипнике показан на фиг.38. Передняя часть 282 верхней ленты 284 удерживается в пазу, имеющем L-образное поперечное сечение, расположенном в верхней части шпонки 286. Смещение верхней ленты 284 по направлению вращения возможно до упора передней части 282 ленты 264 в боковую поверхность 270 паза, расположенную навстречу направлению вращения ротора и простирающуюся в осевом направлении, т.е. поперек окружного направления.Another option for mounting one upper tape in the bearing is shown in Fig. 38. The
Другой вариант крепления верхней ленты показан на фиг.39. Передняя часть 276 верхней ленты 270 удерживается в пазу, имеющем L-образное поперечное сечение, расположенном в задней части шпонки 278. Смещение верхней ленты 284 по направлению вращения возможно до упора передней части 276 ленты 284 в боковую поверхность 272 паза, расположенную навстречу вращению ротора и поперек окружного направления.Another mounting option of the upper tape is shown in Fig. 39. The
В вариантах крепления верхней ленты, показанных на фиг.38 и 39, за счет L-образного профиля паза в шпонке верхнюю ленту можно извлечь из шпонки только при смещении в осевом направлении. Это повышает надежность крепления верхней ленты и удобство при сборке подшипника.In the fastening variants of the upper tape shown in FIGS. 38 and 39, due to the L-shaped profile of the groove in the key, the upper tape can be removed from the key only when displaced in the axial direction. This increases the reliability of fastening the upper tape and ease of assembly of the bearing.
На фиг.40, 41 и 42 показан вариант крепления верхней ленты осевого ленточного подшипника при помощи шпонки.On Fig, 41 and 42 shows a variant of fastening the upper tape of the axial tape bearing using keys.
На фиг.40 показан вид на отдельную верхнюю ленту подшипника в плане. На фиг.41 показано сечение подшипника цилиндрической поверхностью в окружном направлении, проходящей по линии А-А. На фиг.42 показано сечение подшипника цилиндрической поверхностью в окружном направлении, проходящей по линии В-В. Верхняя лента 287 имеет форму кольца и удерживается от смещения в направлении вращения за счет двух передних частей 288 и 289 ленты 287, изготовленных каждая отгибом части ленты 287, ограниченной Г-образной прорезью с формированием L-образного профиля частей 288 и 289. Части 288 и 289 простираются поперек окружного направлению. Часть 288 расположена в L-образном пазу шпонки 290. Часть 289 расположена в пазу другой шпонки 290, расположенной в диаметрально противоположной части корпуса 291 подшипника. Лента 287 имеет ступеньку 292 для образования сходящегося клина между лентой 287 и вращающимся упорным диском 154 и обеспечения несущей способности подшипника. Лента 287 имеет еще пять ступенек, подобных ступеньке 292. Две из этих ступенек, в том числе ступенька 293, расположены на узких в радиальном направлении частях верхней ленты 287.On Fig shows a view of a separate upper bearing tape in plan. On Fig shows a section of the bearing with a cylindrical surface in the circumferential direction, passing along the line aa. On Fig shows a section of the bearing with a cylindrical surface in the circumferential direction, passing along the line BB. The
Смещение верхней ленты 287 по направлению вращения возможно до упора передней части 288 ленты 287 в боковую поверхность 294 паза, расположенную навстречу вращению ротора поперек окружного направления. Смещение шпонки 290 в осевом направлении, т.е. вдоль направления к упорному диску 154, обеспечивается свободным пространством между шпонкой 290 и корпусом 291 в осевом направлении, подобном пространству 266 между вкладышем 6 и шпонкой 70, показанном на фиг.36.The displacement of the
При возможности повышенных, например, ударных нагрузок на ротор в осевом направлении, существенно превосходящих предельную несущую способность подшипника, количество шпонок, удерживающих верхнюю ленту 287, может быть увеличено до трех и более.With the possibility of increased, for example, impact loads on the rotor in the axial direction, significantly exceeding the ultimate bearing capacity of the bearing, the number of dowels holding the
Подшипник, показанный на фиг.1 и 4, имеет элемент для ограничения смещения цапфы в направлении от центрального положения цапфы, т.е. в радиальном направлении, в дальнейшем ограничительный элемент, предназначенный для повышения предельной нагрузки на подшипник больше, чем нагрузка, повреждающая гофрированную ленту. Показанный на фиг.4 вариант ограничительного элемента содержит кольцо 143 с нанесенным с внутренней стороны, т.е. со стороны поверхности ротора, антифрикционным слоем 149. Кольцо 143 может быть выполнено целиком из антифрикционного материала, например, из бронзы, и в этом случае антифрикционный слой 149 отсутствует.The bearing shown in figures 1 and 4 has an element for limiting the displacement of the journal in the direction from the central position of the journal, i.e. in the radial direction, hereinafter a restriction element designed to increase the ultimate load on the bearing more than the load damaging the corrugated tape. The embodiment of the restriction element shown in FIG. 4 comprises a
Ограничительный элемент может быть закреплен, например, непосредственно в корпусе турбомашины. Однако при этом возможно увеличение несоосности внутреннего отверстия ограничительного элемента и цапфы.The restrictive element can be fixed, for example, directly in the housing of the turbomachine. However, it is possible to increase the misalignment of the inner hole of the restrictive element and the journal.
Ограничительный элемент может располагаться возле верхней ленты подшипника в осевом направлении, например, со стороны консольной части ротора. Увеличение расстояния между подшипником и ограничительным элементом как при расположении ограничительного элемента со стороны - консольной части ротора, так и с противоположной стороны снижает технический результат.The restrictive element may be located near the upper bearing tape in the axial direction, for example, from the side of the cantilever part of the rotor. Increasing the distance between the bearing and the restrictive element both when the restrictive element is located on the side - the cantilever part of the rotor, and on the opposite side reduces the technical result.
Выступающая к цапфе часть ограничительного элемента может иметь цилиндрическую или конусную внутреннюю поверхность. Возможен другой вариант выступающей части ограничительного элемента, например, в виде кольца с выступами, обращенными к цапфе 2. В этом случае выступы должны быть распределены в окружном направлении, чтобы ограничивать смещение цапфы в различных направлениях.The protruding portion to the trunnion may have a cylindrical or conical inner surface. Another variant of the protruding part of the restrictive element is possible, for example, in the form of a ring with protrusions facing the
При радиальном смещении цапфы вращающегося с рабочей частотой ротора под действием нагрузки, меньшей, чем несущая способность подшипника, вся нагрузка от цапфы на подшипник воспринимается гофрированными лентами, расположенными между вкладышем 6 и цапфой и передается от верхней ленты на вкладыш 6 и далее на опорную втулку 96 через обращенные к вкладышу вершины, т.е. наружные выступающие части 367, 369, показанные на фиг.5 и другие подобные выступающие части указанных гофрированных лент. После возрастания нагрузки больше или равной несущей способности подшипника возникает контакт цапфы, т.е. поверхности ротора, с кольцом 143 и часть нагрузки передается от цапфы на опорную втулку 96 через кольцо 143. При нагрузке на подшипник, превышающей его несущую способность, начинается сухое трение между верхней лентой 4 и цапфой 2. При дальнейшем возрастании нагрузки практически вся добавляющаяся нагрузка передается через кольцо 143, часть нагрузки, передающаяся через гофрированные ленты, практически не увеличивается. Внутренний диаметр ограничительного кольца с антифрикционным слоем 149 имеет такую величину, что гофрированные ленты 20 и 40 не имеют пластической деформации как при начале контакта между цапфой и кольцом 143, так и при дальнейшем росте нагрузки на подшипник до максимальной нагрузки, которая превышает нагрузку, повреждающую гофрированную ленту подшипника при отсутствии кольца 143. Таким образом, за счет распределения части подшипниковой нагрузки на кольцо 143, достигается увеличение максимальной нагрузки на подшипник, превышающую нагрузку, повреждающую гофрированную ленту. После снижения нагрузки на подшипник или смене фазы колебательного движения цапфы контакт цапфы с кольцом 143 исчезает.With a radial displacement of the axle of the rotor rotating with the operating frequency under the action of a load less than the bearing capacity of the bearing, the entire load from the axle to the bearing is perceived by the corrugated tapes located between the
Ограничительный элемент предназначен для работы в условиях кратковременных контактов с поверхностью вращающегося ротора. В результате каждого контакта происходит износ ограничительного элемента и поверхности ротора. Ленточный подшипник без ограничительного устройства может длительное время работать без износа во всем диапазоне нагрузки от нулевой до нагрузки, равной несущей способности подшипника. Условие возникновения контакта с кольцом 143, при котором нагрузка на подшипник меньше его несущей способности, снижает максимальную нагрузку на подшипник с длительной работой без износа. Условие возникновения контакта с кольцом 143, при котором нагрузка на подшипник равна или превышает его несущую способность, как предлагается в данном изобретении, не снижает максимальную нагрузку на подшипник с длительной работой без износа.The limiting element is designed to work in conditions of short-term contact with the surface of the rotating rotor. As a result of each contact, the restrictive element and the rotor surface wear. A tape bearing without a restriction device can operate for a long time without wear in the entire load range from zero to a load equal to the bearing capacity of the bearing. The condition for contact with the
Кроме защиты от повреждения гофрированной ленты, дополнительным преимуществом такого варианта элемента для ограничения радиальных перемещений является снижение износа антифрикционного покрытия верхней ленты при контактах. Для антифрикционного слоя 149 могут быть использованы такие материалы, как пропитанная фторопластом пористая бронза, материалы на основе углеродных волокон и другие. Такие материалы обладают более высокой износостойкостью при высокой скорости и большом контактном давлении, чем антифрикционные материалы, используемые для покрытия верхней ленты в ленточных подшипниках.In addition to protection against damage to the corrugated tape, an additional advantage of this variant of the element for limiting radial movements is the reduction of wear of the antifriction coating of the upper tape at the contacts. For the
Другой вариант элемента для ограничения радиальных перемещений цапфы показан на фиг.43. Этот элемент включает ограничительное кольцо 143, установленное с малым радиальным зазором 148 во втулке 96, и гофрированные ленты 165, простирающиеся в окружном направлении и расположенные в несколько слоев в радиальном направлении между кольцом 143 и втулкой 96. Гофрированные ленты 165 предназначены для демпфирования энергии движения цапфы и снижения ударной нагрузки на ограничительное кольцо. При нагрузке, превышающей предельную несущую способность подшипника, после максимального смещения кольца 143 под действием цапфы 2, равного радиальному зазору между втулкой 96 и кольцом 148, происходит контакт кольца 143 с втулкой 96. Величина максимального смещения с учетом радиального зазора между цапфой 2 и слоем 149 выбирается такой, чтобы не произошло пластической деформации гофрированной ленты. Вместо гофрированных лент могут быть использованы другие рассеивающие энергию движения материалы, например, резина или «металлорезина», полученная прессованием растянутой проволочной спирали.Another embodiment of an element for restricting radial movements of the journal is shown in FIG. This element includes a
Другой вариант элемента для ограничения радиальных перемещений цапфы показан на фиг.44. Этот элемент включает промежуточное кольцо 145, установленное с радиальным зазором во втулке 96, ограничительное кольцо 144, установленное с малым радиальным зазором в кольцо 145 и гофрированные ленты 165, расположенные в радиальном зазоре между промежуточным кольцом 145 и втулкой 96. На внутреннюю поверхность кольца 144 нанесен антифрикционный слой 146. Антифрикционный слой 147 может быть нанесен как на внутреннюю поверхность кольца 145, так и на наружную поверхность кольца 144. Слои 146 и 147 выполнены из разных материалов. Коэффициент трения внутреннего слоя 147 меньше, чем слоя 146. По этой причине контакт цапфы и слоя 146 вызывает скольжение слоя 147 с кольцом 144 по кольцу 145. При таком скольжении износ слоя 147 от трения распределяется по всему слою в окружном направлении, поэтому толщина износа слоя уменьшается.Another embodiment of an element for limiting radial displacements of the journal is shown in FIG. This element includes an
Использование в качестве элемента для ограничения смещения цапфы в радиальном направлении кольца с антифрикционным покрытием имеет следующие преимущества: малые габариты, широкий температурный диапазон и простота. Однако для больших роторов с возможностью возникновения очень больших радиальных нагрузок и при наличии необходимого свободного места для ограничения радиальных перемещений ротора и увеличения предельной нагрузки на подшипник предпочтительным может быть использование подшипника качения (шарикового или роликового). Такой вариант представлен на фиг.45, где показан продольный разрез части подшипника. Подшипник качения установлен в опорной втулке 190, аналогичной втулке 96 так, что наружное кольцо подшипника 191 имеет радиальный зазор с втулкой 190. Гофрированные ленты 194 расположены в радиальном направлении между втулкой 190 и кольцом 191 и предназначены для демпфирования энергии радиального смещения цапфы и снижения ударной нагрузки на ограничительное кольцо. На внутренней поверхности внутреннего кольца 192 подшипника нанесено антифрикционное покрытие 193 для исключения перегрева и повреждения контактирующих поверхностей в начале контакта ротора с кольцом 192, когда кольцо 192 разгоняется и имеет меньшую скорость вращения, чем ротор. Антифрикционное покрытие 193 имеет выпуклость в средней части кольца 192 для предотвращения перекоса внутреннего кольца подшипника качения при контакте с цапфой. Возможен вариант, где для уменьшения перекоса используется сдвоенный подшипник качения, где оба внутренних кольца этих подшипников плотно посажены на втулку, контактирующую с поверхностью ротора при нагрузке на подшипник, превышающей несущую способность.The use of an anti-friction ring as an element to limit the displacement of the trunnion in the radial direction has the following advantages: small dimensions, wide temperature range and simplicity. However, for large rotors with the possibility of very large radial loads and with the necessary free space to limit the radial movements of the rotor and increase the maximum load on the bearing, it may be preferable to use a rolling bearing (ball or roller). Such an embodiment is shown in FIG. 45, which shows a longitudinal section of a portion of a bearing. The rolling bearing is mounted in a
При нагрузке, превышающей предельную несущую способность подшипника, после максимального смещения кольца 191 под действием цапфы, равного радиальному зазору между втулкой 190 и кольцом 191, происходит контакт кольца 191 с втулкой 190. Величина максимального радиального смещения подшипника качения с учетом радиального зазора между цапфой 2 и внутренней поверхностью кольца 2 с учетом покрытия 193 выбрана такой, чтобы не произошло пластической деформации гофрированной ленты. Вместо гофрированных лент 194 могут быть использованы другие рассеивающие энергию движения материалы, например, резина.When the load exceeds the maximum bearing capacity of the bearing, after the maximum displacement of the
Другой вариант элемента для ограничения радиальных перемещений цапфы с использованием подшипника качения показан на фиг.46 и 47. На фиг.47 показано сечение этого элемента перпендикулярно оси подшипника. Наружное кольцо 191 подшипника качения опирается в радиальном направлении на упругодемпферный блок, содержащий волнообразный элемент 195 и два фрикционных элемента: ленты 196 и 197. Волнообразный элемент 195 может быть изготовлен, например, при помощи электроэрозии проволокой из толстостенного металлического кольца. Выпуклость, т.е. волна 205 элемента 195 имеет края, т.е. выступающие части 198 и 199, являющиеся также вершинами, или гребнями элемента 195, расположенные с одной стороны элемента 195, где расположены ленты 196 и 197, и вершину, или гребень, 201, расположенную с другой его стороны. Волна 205 элемента 195 выполнена заодно с выступом 202, основание которого расположено на вершине 201, и направленным в сторону волнообразного элемента, где расположены ленты 196 и 197, являющимся разгрузочным элементом волнообразного элемента 195. Край 198 волны 205 являются также вершиной волны 212 с краями, т.е. выступающим частями, 210 и 211. Между вершиной 203 выступа 202 и обращенной к выступу поверхностью 204 ленты 196 имеется зазор. Величина этого зазора определяет радиальное смещение наружного кольца 191 подшипника качения при максимальной деформации волнообразного элемента 195. Выступ 202 увеличивает допустимую максимальную нагрузку на ленточный подшипник, предотвращая повреждение волнообразного элемента 195 от большого радиального смещения. В окружном направлении вокруг кольца 191 расположены волны, подобные волне 205 с выступом 202. Объединенные в волнообразном элементе волна 205 и другие волны имеют профиль волн, подобный гофрированной ленте. Один край элемента 195 закреплен на ленте 197 в точке 217 вдоль гребня волнообразного элемента 195. Другой край элемента 195 закреплен на ленте 196 в точке 206 вдоль гребня волнообразного элемента 195. Волнообразный элемент 195 вместе с фрикционными элементами - лентами 196 и 197 образует упругодемпферный блок, подобный блоку, показанному на фиг.5, и имеющий все основные признаки последнего, дополнительно увеличивающий демпфирование по сравнению с отдельным волнообразным элемент 195. Выступающие части 198 и 199 волнообразного элемента 195 контактируют с лентой 196. Выступающая часть 210 волнообразного элемента 195 контактирует с кольцом 191. Нагрузка между кольцом 191, расположенным с одной стороны упругодемпферного блока, и втулкой 190, расположенной с другой стороны последнего, передается через волнообразный элемент 195 и ленты 196 и 197.Another embodiment of an element for limiting radial displacements of a journal using a rolling bearing is shown in Figs. 46 and 47. Fig. 47 shows a section of this element perpendicular to the axis of the bearing. The
Показанный на фиг.47 упругодемпферный блок может контактировать с кольцом 191 подшипника через промежуточную втулку, контактирующую своей внутренней поверхностью с кольцом 191, а наружной поверхностью - с вершинами волнообразного элемента 195, и может быть смещен при этом в осевом направлении по отношению к подшипнику качения.The elastic damper block shown in Fig. 47 can contact the
При смещении кольца 191 в радиальном направлении под действием цапфы, контактирующей с кольцом 192, волнообразный элемент 195 деформируется, передавая нагрузку от ротора, через вращающееся внутреннее кольцо 192 подшипника качения, на втулку 190. Внутреннее кольцо 192 является средством, не имеющим невращающихся механических деталей, передающим подшипниковую нагрузку от вращающейся от ротора на втулку 190. Вершины элемента 195 смещаются друг относительно друга в окружном направлении, порождая трение скольжения с кольцом 191 и лентой 196. Края элемента 195 смещаются друг относительно друга в окружном направлении, порождая трение скольжения между лентой 196 и лентой 197. Смещение кольца 191 в радиальном направлении прекращается после контакта разгрузочного элемента 202 или других подобных разгрузочных элементов с лентой 196.When the
Волнообразный элемент, подобный показанному на фиг.47, может быть использован в качестве упругого элемента или его части как в радиальных, так и в осевых ленточных подшипниках. При использовании в осевых ленточных подшипниках вершины волнообразного элемента, расположенные с одной его стороны, опираются на плоскую поверхность корпуса подшипника. Подобный волнообразный элемент как отдельно, так и в составе упругодемпферного блока может быть использован также в подшипниках других типов, например, для подшипников качения в турбомашинах с роторами на подшипниках качения. Толщина профиля арочной части волнообразного элемента, определяющая его жесткость, может изменяться, например, от нескольких десятых миллиметра до одного миллиметра или несколько больше.A wave-like element similar to that shown in Fig. 47 can be used as an elastic element or part thereof in both radial and axial tape bearings. When used in axial tape bearings, the vertices of the wave-like element located on one side of it are supported on the flat surface of the bearing housing. A similar wave-like element both separately and as part of an elastic damper block can also be used in bearings of other types, for example, for rolling bearings in turbomachines with rotors on rolling bearings. The thickness of the profile of the arched part of the wave-like element, which determines its stiffness, can vary, for example, from several tenths of a millimeter to one millimeter or several more.
Упругодемпферный блок, подобный показанному на фиг.47 блоку, содержащему волнообразный элемент 195 и два фрикционных элемента: ленты 196 и 197, может быть установлен в качестве упругодемпферного элемента между ограничительным кольцом 143 и втулкой 96, показанных на фиг.43, вместо гофрированных лент 165.An elastic damper block, similar to that shown in FIG. 47, comprising a wave-
Другой вариант расположения выступов на волнообразном элементе показан на фиг.48. Волнообразный элемент 208 содержит имеющие форму выступов разгрузочные элементы 207 и 209. Разгрузочный элемент 209 обращен к ленте 196, разгрузочный элемент выступ 207 обращен к кольцу 191.Another arrangement of the protrusions on the wave-like element is shown in Fig. 48. The wave-
Показанные на фиг.4 и фиг.43…48 элементы для ограничения радиальных перемещений цапфы расположены вне ленточных элементов подшипника.Shown in Fig.4 and Fig.43 ... 48 elements for limiting the radial movement of the journal are located outside the tape elements of the bearing.
Другие варианты расположения элементов, ограничивающих радиальное перемещение цапфы, показаны на фиг.49…51. На фиг.49 показаны элементы ленточного подшипника, представленные также на фиг.1 и 5. Выпуклость, т.е. волна 222 гофрированной ленты 20 имеет края 367 и 369, расположенные с первой стороны ленты 20, и вершину 373, расположенную со второй стороны ленты 20, противоположной первой стороне. Другая волна гофрированной ленты имеет края, т.е. выступающие части 372 и 373, расположенные со второй стороны и вершину 367, расположенную с первой стороны ленты 20. Между волной 222 и внутренней поверхностью ленты 22 расположен разгрузочный элемент 225, имеющий заданную толщину и содержащий, например, расположенные вдоль гребня волны 222 ленты 226 и 227, прикрепленные к ленте 22, например, при помощи сварки. Вместо лент 226 и 227 может быть использована одна лента, имеющая такую же ширину и толщину, равную суммарной толщине лент 226 и 227. Ленты 226 и 227 могут быть закреплены относительно ленты 22 со стороны торцов подшипника, без сварки с лентой 22. Разгрузочный элемент 225 может содержать в направлении гребня ленты 20 несколько сдвоенных лент, подобных лентам 226 и 227. Количество лент в разгрузочном элементе зависит от высоты волны 222 и может изменяться от одной до нескольких штук. Между верней частью ленты 226, обращенной к вершине 373, и волной 222 имеется зазор. Разгрузочные элементы, подобные элементу 225, расположены под другими волнами гофрированной ленты 20 и других гофрированных лент подшипника. Указанные разгрузочные элементы расположены в пространстве между двумя поверхностями. Одна поверхность, проходит через внутренние вершины 372, 373, 374 и подобные им вершины, расположенные с внутренней стороны гофрированной ленты 20, обращенной к поверхности цапфы. Другая поверхность проходит через наружные вершины 367, 369 и подобные им вершины, расположенные с противоположной, наружной стороны гофрированной ленты 20.Other options for the location of the elements limiting the radial movement of the journal are shown in Figs. 49 ... 51. Fig. 49 shows elements of a tape bearing, also shown in Figs. 1 and 5. Convexity, i.e. the
При смещении вращающейся с рабочей частотой цапфы 2 к вершине 373 и нагрузке на подшипник, меньшей его несущей способности, происходит деформация гофрированной ленты 20. При этом вся подшипниковая нагрузка, воспринимаемая лентой 20, передается на вкладыш 6 сначала через внутренние вершины 372, 373, 374 ленты 20, а затем через наружные вершины 367, 369 ленты 20. При нагрузке на подшипник, превышающей его несущую способность, начинается сухое трение между верхней лентой 4 и цапфой 2. При дальнейшем смещении цапфы происходит контакт между разгрузочным элементом 225 и волной 222 и часть подшипниковой нагрузки, воспринимаемой лентой 20, начинает передаваться на вкладыш 6 помимо наружных вершин 367, 369 через разгрузочный элемент 225. Расстояние между точками опоры волны 222 уменьшается и предельная максимальная нагрузка, при которой наступает пластическая деформация волны 222, возрастает.When the
Увеличение предельной нагрузки на подшипник обеспечивается также при условии, что разгрузочные элементы расположены не под каждой волной гофрированной ленты.An increase in the maximum load on the bearing is also provided provided that the unloading elements are not located under each wave of the corrugated tape.
Другие варианты расположения разгрузочных элементов показаны на фиг.50 и 51. На фиг.50 разгрузочные элементы 229 закреплены на наружной поверхности верхней ленты 4, обращенной к гофрированной ленте 20. При действии нагрузки, не меньшей несущей способности подшипника, возникает контакт волны гофрированной ленты 20 с разгрузочным элементом 229 и часть нагрузки от цапфы на вкладыш 6 передается помимо внутренних вершин 372, 373, 374 ленты 20 через разгрузочный элемент 229 и другие расположенные рядом разгрузочные элементы.Other dispositions of the unloading elements are shown in Figs. 50 and 51. In Fig. 50, the unloading
На фиг.51 разгрузочный элемент 230 расположен между вкладышем 6 и внутренними вершинами 233 и 234 гофрированной ленты 235, его длина в направлении оси вкладыша 6 больше, чем длина ленты 231 и элемент 230 закреплен относительно вкладыша 6 и гофрированной ленты 231 вне пространства между лентой 231 и вкладышем 6. Разгрузочный элемент 232 закреплен непосредственно на волне 235 гофрированной ленты 231 между вершиной 236 и верхней лентой 4. При действии нагрузки, не меньшей несущей способности подшипника, нагрузка от верхней ленты 4 на вкладыш 2 передается помимо наружной вершины 236 через разгрузочный элемент 230.On Fig, the
Показанные на фиг.49…51 варианты расположения разгрузочных элементов могут быть использованы в осевых ленточных подшипниках.Shown in Fig.49 ... 51 options for the location of the unloading elements can be used in axial tape bearings.
Показанный на фиг.1 и 4 радиальный подшипник имеет охлаждение цапфы 2. Детали конструкции для охлаждения цапфы показаны также на фиг.23, а также фиг.52 и 53, где представлены части поперечного сечения цапфы. Цапфа 2 содержит внутреннюю часть в виде сплошного вала 502 и наружную втулку 501, концентрично посаженную на вал 502. С внутренней стороны втулки 501 имеются зубцы 510, между которыми расположены в окружном направлении относительно друг друга охлаждающие каналы 503. Каждый канал 503 расположен вдоль оси подшипника. Меду каналами 503 и наружной поверхностью 27 втулки 501 расположена наружная часть цапфы, имеющая форму цилиндра с отверстием. Таким образом, каналы 503 расположены между внутренней и наружной частью цапфы 2. С одного торца втулки 501, расположенного с первой стороны подшипника, возле каналов 503 находятся радиальные выступы, или ребра 504, показанные на фиг.23 и фиг.52, где показан вид на втулку 501 в осевом направлении. Боковая поверхности каждого ребра 504 располагаются в осевом и радиальном направлении и могут располагаться, например, под небольшим углом к радиальному направлению. Между ребрами 504 расположены выходы из каналов 503, выполненные в виде каналов, отводящих воздух из каналов 503 в окружающее цапфу пространство в радиальном направлении от центра цапфы. С другого торца втулки 501 расположенного со второй стороны подшипника, возле каналов 503 находятся выступы, или ребра 505, направленные под углом к радиальному направлению навстречу вращению. Между ребрами 505 расположены входы в каналы 503, выполненные в виде каналов, подводящих воздух из окружающего цапфы пространства в радиальном направлении к центру цапфы. Наклон ребер 505 выбран такой, чтобы при вращении ротора окружающий цапфу со второй стороны воздух всасывался в каналы между ребрами 505 и нагнетался под избыточным давлением в каналы 503, Возможен вариант, где ребрами 505 и образуемые ими каналы отсутствуют, и в этом случае воздух всасывается в каналы 503 через входы в виде кольцевого пространства, расположенного на месте выступов 505.The radial bearing shown in FIGS. 1 and 4 has
Тепло от подшипника частично отводится воздухом, проходящим через зазоры между цапфой 2, вкладышем 6 и втулкой 96 от торца подшипника, где расположены ребра 505, к другому торцу, где расположены ребра 504 за счет перепада давления на торцах подшипника. Другая часть тепла отводится за счет воздуха, проходящего через каналы 503. Окружающий цапфу воздух поступает в каналы между ребрами 505 и далее поступает в каналы 503. После прохождения каналов 503 нагретый воздух проходит каналы между ребрами 504, где приобретает дополнительный напор. Проходящий по каналом 503 воздух отводит от цапфы тепло, выделяющееся в смазочном слое и нагревающее цапфу. Наличие ребер 505 и 504 на входе и выходе из охлаждающего канала 503 позволяет уменьшить необходимый для охлаждения перепад давлений с обеих сторон подшипника за счет увеличения циркуляции воздуха по каналам 503 или улучшить охлаждение подшипника.The heat from the bearing is partially removed by air passing through the gaps between the
Каналы 503 расположены в направлении оси цапфы, однако возможно винтовое расположение подобных каналов, проходящих между внутренней и наружной частью цапфы. Каналы 503 имеют прямоугольную форму, однако возможна друга форма сечения канала, например, крестообразная, показанная на фиг.54, где периметр сечения канала 507, расположенного между внутренней и наружной частью цапфы, больше, чем канала 503, что увеличивает охлаждающую поверхность канала.The
Возможен другой вариант расположения осевых каналов в цапфе, где каналы располагаются на валу между выполненными на нем зубцами, подобными зубцам 510 втулки, в на вал посажена втулка с гладкой внутренней поверхностью и наружной поверхностью, являющейся наружной поверхностью цапфы. В этом случае каналы располагаются между внутренней частью цапфы, представляющей сплошную часть вала без зубцов, и наружной частью цапфы, представляющей посаженную на вал цапфу. Каналы могут располагаться вдоль оси или винтообразно..A different arrangement of axial channels in the journal is possible, where the channels are located on the shaft between the teeth made on it, similar to the teeth of the
На фиг.55 представлено поперечное сечение цапфы 507 с другим вариантом охлаждающих каналов 506, аналогичных каналам 503. Каналы 506 расположены в сплошной цапфе 507, не имеющей наружной втулки.On Fig presents a cross section of the
На фиг.56 показан вариант охлаждения с дополнительным увеличением циркуляции воздуха по каналам, проходящим в цапфе, и уменьшением необходимого для охлаждения перепада давлений с обеих сторон подшипника при расположении рядом с подшипником упорного диска 515 осевого подшипника. Выход из охлаждающих каналов 513, расположенных в наружной втулке 512 цапфы подшипника, соединен с входом в каналы 516, проходящие в упорном диске 515 к его периферии. За счет каналов 516 при вращении ротора создается дополнительный напор, и расход охлаждающего воздуха через каналы 513 возрастает.On Fig shows a cooling option with an additional increase in air circulation through the channels passing in the spigot and a decrease in the pressure drop necessary for cooling the pressure drop on both sides of the bearing when the axial bearing thrust
Другой подобный вариант дополнительного увеличения циркуляции воздуха при расположении подшипника рядом с электромагнитной частью ротора электродвигателя или генератора, диаметр которой больше диаметра цапфы подшипника, показан на фиг.57. Выходы из каналов 519, расположенных во втулке 518 цапфы подшипника, соединены с входами в каналы 522, проходящие в покрывном диске 521, расположенном на торце электромагнитной частью ротора, к его периферии. Увеличение расхода охлаждающего воздуха через каналы 519 достигается аналогично варианту, показанному на фиг.56.Another similar option for an additional increase in air circulation when the bearing is located next to the electromagnetic part of the rotor of the electric motor or generator, the diameter of which is larger than the diameter of the bearing journal, is shown in Fig. 57. The outputs from the
Показанные на фиг.52…57 варианты охлаждения цапфы ленточного подшипника могут быть использованы для охлаждения других видов газодинамических подшипников, где возникают проблемы отвода тепла от смазочного слоя.Shown in Fig.52 ... 57 options for cooling the journal of the tape bearing can be used to cool other types of gas-dynamic bearings, where there are problems of heat removal from the lubricating layer.
Рядом с показанной на фиг.4 втулкой 96 в осевом направлении расположен электромагнит 183, содержащий сердечник 185 и катушку 186. Вокруг поверхности вращения ротора в окружном направлении расположены еще три электромагнита, подобные электромагниту 183. Электромагниты предназначены для создания действующих на ротор постоянных и переменных сил, предназначенных для разгрузки ленточного подшипника от радиальных сил со стороны ротора и для уменьшения амплитуды колебаний ротора в диапазоне средних частот, близких к критическим частотам вращения ротора. Для разгрузки подшипника от радиальных сил необходимо, как правило, не меньше двух пар электромагнитов, где электромагниты одной пары рассоложены друг к другу в диаметральном направлении, а другая пара расположена в поперечном направлении по отношению первой пары. Для разгрузки горизонтального расположенного под наклоном ротора от веса ротора достаточно одного электромагнита. При прохождении тока через одну из катушек соответствующий электромагнит притягивает цапфу 2. Остальные электромагниты притягивают цапфу аналогичным образом. Электромагниты 183 входят в систему электромагнитной разгрузки радиального подшипника.Next to the
Электромагнит может располагаться относительно ленточного радиального подшипника как со стороны центра ротора, так и с консольной стороны ротора. Осевое расстояние между электромагнитом и подшипником моет быть различным. При использовании электромагнита с целью уменьшения нагрузки на радиальный подшипник необходимо чтобы радиальное смещение оси ротора от центрального положения в направлении к электромагниту в месте установки электромагнита совпадал по знаку с радиальное смещением оси ротора в месте расположения подшипника. Увеличение разности этих эксцентриситетов, возрастающее с увеличением расстояния между электромагнитом и подшипником при непараллельном смещении оси ротора из центрального положения ухудшает условия управления электромагнитом. При использовании электромагнита с целью уменьшения амплитуды колебаний ротора знаки скорости радиального смещения оси ротора в направлении к электромагниту, равной скорости смещения к электромагниту поверхности ротора, в месте установки электромагнита совпадал по знаку с соответствующей скоростью в месте расположения подшипника. С учетом сказанного желательно, чтобы электромагнит располагался ближе к подшипнику в осевом направлении.The electromagnet can be located relative to the tape radial bearing both from the side of the center of the rotor and from the cantilever side of the rotor. The axial distance between the electromagnet and the bearing can be different. When using an electromagnet in order to reduce the load on the radial bearing, it is necessary that the radial displacement of the rotor axis from the central position towards the electromagnet at the installation site of the electromagnet coincides in sign with the radial displacement of the rotor axis at the location of the bearing. An increase in the difference of these eccentricities, which increases with increasing distance between the electromagnet and the bearing when the rotor axis is not parallel displaced from the central position, worsens the conditions for controlling the electromagnet. When using an electromagnet in order to reduce the amplitude of rotor vibrations, the signs of the speed of the radial displacement of the axis of the rotor in the direction of the electromagnet, equal to the speed of displacement to the electromagnet of the rotor surface, at the installation site of the electromagnet coincided in sign with the corresponding speed at the location of the bearing. In view of the foregoing, it is desirable that the electromagnet is located closer to the bearing in the axial direction.
На фиг.58 показан вариант блок-схемы системы управления устройством электромагнитной разгрузки и устройством управления преднатягом радиального подшипника, показанного на фиг.1 и 4.On Fig shows a variant of the block diagram of the control system of the electromagnetic discharge device and the preload control device of the radial bearing shown in figures 1 and 4.
Выходы датчиков силы 94, установленных во вкладыше подшипника 6, соединены с входами усилителей 604. Выходы усилителей 604 соединены с входами формирователя 608. Формирователь 608 выдает электрические сигналы SX и SY, пропорциональные проекции на оси X и Y действующей со стороны цапфы 2 на датчики силы 94 нагрузки. В случае нелинейности датчика 94 или усилителя 604 формирователи 608 может выдавать сигнал, нелинейно, но монотонно зависящий от нагрузки.The outputs of the
Выходы формирователя 608 соединены с входами фильтров 614 линии обработки электрических сигналов средней частоты. Фильтры 614 пропускают частоты, не превышающие частоту порядка частоты критических колебаний ротора, например, несколько большую, чем вторая или третья критическая частота. Выходы фильтров 614 соединены с входами дифференциальных D-регуляторов 618 и пропорциональных P-регуляторов 619.The outputs of the
Возможны варианты последовательности расположения фильтра 614, где последний расположен между D-регулятором 618 и сумматором 620 или между сумматором 620 и формирователем 622 или между формирователем 622 и усилителем мощности 642, 643, 644 и 645.Variants of the sequence of arrangement of the
На фиг.59…63 представлены варианты зависимостей, характеризующих работу различных вариантов D-регулятора 618.On Fig ... 63 presents options for dependencies characterizing the operation of various options for the D-
На фиг.59 представлена зависимость дифференциального коэффициента регулирования D от скорости VI изменения входного сигнала для обычного линейного D-регулятора, где коэффициент D не зависит от скорости VI.On Fig presents the dependence of the differential regulation coefficient D from the speed V I changes the input signal for a conventional linear D-controller, where the coefficient D does not depend on the speed V I.
В нелинейном D-регуляторе 618 сначала вырабатывается сигнал, пропорциональный скорости VI изменения входного сигнала. Затем выходной сигнал SO D-регулятора 618 дополнительно видоизменяется, как показано на фиг.60…63.In non-linear D-
На фиг.60 представлена зависимость сигнала SO от величины VI при уменьшении VI от экстремального значения (VI)max до экстремального значения (VI)min. На фиг.61 представлена соответствующая фиг.60 зависимость дифференциального коэффициента регулирования D, равного отношению величин SO и VI, от величины VI. При убывании в направлении нулевого значения величины VI в интервале от (VI)max до (VI)1 величина SO сначала монотонно возрастает, оставаясь отрицательной. При этом коэффициент D равен постоянной отрицательной величине D0, как в обычном D-регуляторе. Затем, в отличие от обычного D-регулятора, зависимость для которого соответствует линии 664, величина SO скачкообразно возрастает до положительного значения и при 0<VI<(VI)1 снижается до нуля. Величина коэффициента D при этом равна некоторой положительной величине D1. Далее при (VI)min<VI<0 величина SO монотонно возрастает. При этом коэффициент D равен D0.On Fig shows the dependence of the signal S O from the value of V I when decreasing V I from the extreme value (V I ) max to the extreme value (V I ) min . On Fig presents the corresponding Fig. 60 the dependence of the differential regulation coefficient D equal to the ratio of the values of S O and V I from the value of V I. When decreasing in the direction of the zero value of the value of V I in the interval from (V I ) max to (V I ) 1, the value of S O at first monotonously increases, remaining negative. Moreover, the coefficient D is equal to a constant negative value of D 0 , as in a conventional D-controller. Then, unlike the usual D-controller, the dependence for which corresponds to
На фиг.62 представлена зависимость сигнала SO от величины VI при увеличении VI от экстремального значения (VI)min до экстремального значения (VI)max. На фиг.63 представлена соответствующая фиг.62 зависимость коэффициента D от величины VI. При возрастании в направлении нулевого значения величины VI в интервале от (VI)min до (VI)2 величина SO сначала монотонно убывает, оставаясь положительной. Средняя величина D1 коэффициента D при этом равна D0. Затем величина SO скачкообразно убывает до отрицательного значения и при (VI)2<VI<0 повышается до нуля. Величина коэффициента D при этом равна некоторой положительной величине D1. Далее при 0<VI<(VI)max величина SO монотонно убывает. При этом коэффициент D равен D0.On Fig presents the dependence of the signal S O from the value of V I with increasing V I from the extreme value (V I ) min to the extreme value (V I ) max . On Fig presents the corresponding Fig, the dependence of the coefficient D on the value of V I. When increasing in the direction of the zero value of the value of V I in the interval from (V I ) min to (V I ) 2 the value of S O at first monotonously decreases, remaining positive. The average value D 1 of the coefficient D is equal to D 0 . Then the value of S O abruptly decreases to a negative value and at (V I ) 2 <V I <0 it rises to zero. The value of the coefficient D is equal to some positive value of D 1 . Further, when 0 <V I <(V I ) max, the value of S O monotonically decreases. Moreover, the coefficient D is equal to D 0 .
Представленные на фиг.59…63 зависимости имеет следующий смысл. Из-за инерционности системы управления, в частности, индуктивности электромагнитов, сила воздействия на ротор со стороны электромагнитов имеет сдвиг фазы по сравнению с радиальным смещением цапфы, в дальнейшем смещением цапфы, или по сравнению с сигналами SX и SY, пропорциональными нагрузке на подшипник. Сдвиг фазы зависит от электромагнитных свойств системы управления, включая электромагнит, и возрастает с увеличением частоты сигналов на входе в D-регуляторы 618. Увеличение сдвига фазы уменьшает эффект снижения колебаний и увеличивает токи и тепловыделение в катушках электромагнита 183. Фильтр 614, отсекающий колебания с частотой выше заданной, позволяет не реагировать системе управления на колебания ротора высокой частоты, например, колебания с рабочей частотой вращения ротора и снижает поэтому токи, затраты мощности и тепловыделение в катушках электромагнита 183. Возможен вариант, где фильтр 614 может отсекать, например, не всю область частот выше заданной, а только те зоны, где колебания сигнала, поступающего на вход фильтра 614, наиболее велики, например, колебания от рабочей частоты вращения ротора до в два раза более высокой, а также высокочастотные колебания корпуса турбомашины относительно ротора, вызванные, например, колебаниями газа в проточных частях турбомашины. При отсутствии фильтра 614 эффект снижения амплитуды критических колебаний ротора будет присутствовать, хотя и понизится, но тепловыделение в катушках электромагнита 183 будет больше. Этот позитивный эффект может быть получен при использовании как линейного, так и нелинейного дифференциального регулятора. Для уменьшения сдвига фазы и снижения амплитуды колебаний в нелинейном дифференциальном регуляторе 618 происходит изменение знака и модуля дифференциального коэффициента D на некотором участке интервала изменения скорости VI. Оптимальное соотношение величин D0 и D1 и расположение участка, где коэффициент D изменяет знак, зависит от сдвига фазы и других параметров системы регулирования.Presented on Fig.59 ... 63 dependencies has the following meaning. Due to the inertia of the control system, in particular, the inductance of the electromagnets, the force exerted on the rotor by the electromagnets has a phase shift in comparison with the radial displacement of the pin, further displacement of the pin, or in comparison with signals S X and S Y proportional to the bearing load . The phase shift depends on the electromagnetic properties of the control system, including the electromagnet, and increases with increasing frequency of the signals at the input of the D-
В пропорциональном P-регуляторе 619 вырабатывается сигнал, пропорциональный прошедшему фильтр 614 входному сигналу. Благодаря подавлению фильтром высокочастотных колебаний повышается устойчивость P-регулятора 619. Нагрузка на подшипник приближенно пропорциональна смещению цапфы, поэтому пропорциональный коэффициент P-регулятора 619 приближенно определяет добавочную жесткость подшипникового узла, где основная составляющая жесткости создается ленточным подшипником. В штатном режиме работы турбомашины P-регулятор отключен для исключения возникновения автоколебаний, однако при разгоне и останове ротора, когда частота вращения ротора совпадает с его критическими частотами, P-регулятор 619 может быть использован для коррекции жесткости подшипникового узла, чтобы отстраивать критическую частоту от частоты вращения ротора и избегать резонанса. Такую же функцию может играть нагрузочное устройство управления преднатягом ротора, что рассмотрено ниже и показано на фиг.64.In proportional P-
Выходы формирователя 608 соединены также с входами фильтров 630 линии обработки электрических сигналов низкой частоты. Фильтры 630 пропускают только частоты, меньшие чем, например, несколько десятков герц и несколько большие, чем частоты возможных колебаний ротора при помпаже. Выходы фильтров 630 соединены с входами интегральных I-регуляторов 638. Ограничение максимальной частоты на входе в I-регуляторы 638 позволяет устранить возникновение неустойчивости в системе управления даже при большой постоянной времени. I-регуляторы 638 имеют также входы, соединенные с выходами из контроллера 640 для задания уставки регулирования. Один из входов контроллера 640 соединен с датчиком частоты вращения ротора 606. Выходной сигнал из I-регуляторов 638, как в обычном интегральном регуляторе, пропорционален интегралу по времени от разности между уставкой, задаваемой котроллером 640 и входным сигналом. Для уменьшения тепловыделения в катушках электромагнита 183 возможен вариант, когда I-регуляторы 638 начинают выдавать ненулевой сигнал только когда модуль разности между уставкой, задаваемой котроллером 640 и входным сигналом больше заданной величины. Контроллер 640 соединен с P-регуляторами 619 для изменения коэффициента P-регулирования в процессе работы турбомашины.The outputs of the
Контроллер 640 предназначен для получения и обработки сигналов от усилителей 604 датчиков силы, формирователя 608, датчика частоты вращения 606, выдачи сигналов уставки на I-регуляторы 638, сигнала на усилитель мощности 643 питания электромагнита и сигнала на привод 650 устройства для управления преднатягом 655, представленного на фиг.4 болтом 104, рычагом 105 и кольцом 98, а также для временного отключения выходов формирователя 608 на фильтры 614 и 630.The
Выходы из D-регуляторов 618 и I-регуляторов 638 соединены с входами сумматоров 620. Сумматор 620 выполняет сложение сигналов от D-регулятора 618 и I-регулятора 638. Выходы сумматоров 620 соединены с входами формирователей 622 управляющих токов для разгрузки подшипника по направлениям X и Y. Выходы каждого формирователя 622 соединены с входами усилителей мощности 642, 643 644 и 645.The outputs from the D-
В целом при помощи системы управления устройством электромагнитной разгрузки ротора, показанной на фиг.58, достигаются следующие технические результаты: разгрузка ленточного подшипника от низкочастотных и постоянных нагрузок через I-регуляторы 638, демпфирование и уменьшение амплитуды среднечастотных колебаний через D-регуляторы 618 и регулирование преднатяга ленточного подшипника через устройство управления преднатягом 655 подшипника, разгрузка ленточного подшипника от веса ротора при пуске и останове за счет прямого запитывания электромагнита от контроллера заданной величиной тока. Перечисленные технические результаты не позволяют использовать предлагаемую систему управления с устройством электромагнитной разгрузки ротора в качестве автономного подшипника ротора, поскольку не генерируется сила, увеличивающаяся с возрастанием радиального смещения цапфы и противоположная этому смещению по знаку, однако при совместной работе с ленточным подшипником эта система эффективно компенсирует недостатки ленточного подшипника и является более простой и менее дорогой по сравнению с системой управления электромагнитным подшипником. Эти технические результаты достигаются при использовании различных частей системы управления, показанной на фиг.58. Каждая из этих частей системы управления может использоваться для ленточного подшипника отдельно, без использования других частей.In General, using the control system of the electromagnetic rotor unloading device shown in Fig. 58, the following technical results are achieved: unloading the tape bearing from low-frequency and constant loads through I-
Часть этой системы управления, предназначенная для демпфирования и снижения амплитуды колебаний ротора в ленточных подшипниках включает расположенные в одной цепи блок формирования сигнала, пропорционального смещению ротора, содержащий датчик силы 94, усилитель 604 и формирователь 608, включает также фильтр 614, D-регулятор 618 и блок формирования сигнала для управления электромагнитами, куда входит формирователь 622 и усилители мощности 642, 643 и 644. Фильтр 614 может быть расположен в любом месте этой цепи между усилителем 604 и электромагнитом 185. Отдельное использование этой части системы управления позволяет эффективно снижать амплитуду критических колебания ротора и колебаний от других возбуждающих сил при использовании электромагнитов с максимальной силой притяжения, значительно меньшей несущей способности ленточного подшипника, меньшими габаритами в мощностью питания за счет задания очень больших коэффициентов демпфирования, на порядок и более превышающих коэффициент демпфирования ленточного подшипника.The part of this control system, designed to damp and reduce the amplitude of the rotor oscillations in the tape bearings, includes a signal conditioning unit proportional to the rotor displacement located in one circuit, comprising a
Элементы системы управления, показанные на фиг.58, могут быть использованы для других видов газовых подшипников, имеющих относительно слабое демпфирование. Например, может быть использована система демпфирования и уменьшение амплитуды среднечастотных колебаний через фильтр и D-регулятор.The control elements shown in FIG. 58 can be used for other types of gas bearings having relatively weak damping. For example, a damping system and a decrease in the amplitude of mid-frequency oscillations through a filter and a D-controller can be used.
Показанная на фиг.58 система управления реализует перечисленные выше технические результаты - по всем возможным радиальным направлениям. Однако эти технические результаты - могут быть реализованы также при помощи одного электромагнита. В этом случае результаты будут получен только в одном направлении радиального смещения ротора. Система управления при этом будет упрощена за счет уменьшения числа каналов до одного при совпадении направления установки датчика силы и электромагнита.The control system shown in FIG. 58 implements the above technical results in all possible radial directions. However, these technical results can also be realized with a single electromagnet. In this case, the results will be obtained in only one direction of the radial displacement of the rotor. The control system will be simplified by reducing the number of channels to one if the direction of installation of the force sensor and the electromagnet coincide.
Перед пуском ротора, при нулевой частоте вращения, выходы формирователя 608, соединенные с фильтрами 614 и 630, отключены по команде контроллера 640. Сигналы от датчиков силы 94 через усилители 604 поступают в формирователь 608 и далее в контроллер 640. В контроллере 640 фиксируется средняя величина сигналов (SX)1 и (SY)1, поступающих из формирователя 608. Затем из контроллера 640 выдается на вход усилителя мощности 643 постоянный электрический сигнал заданной величины, проходящий через усилитель 643 и поступающий в катушку 186 для создания силы, снижающей весовую нагрузку ротора на радиальный подшипник. Величина сигнала зависит от угла наклона оси ротора к горизонту, уменьшаясь при увеличении этого угла. После этого в контроллере 640 фиксируется средняя величина сигналов (SX)0 и (SY)0, поступающих из формирователя 608.Before starting the rotor, at zero speed, the outputs of the
Далее происходит разгон ротора с разгрузкой радиального подшипника от весовой нагрузки, которая может осуществляться по двум вариантам.Next, the rotor accelerates with the unloading of the radial bearing from the weight load, which can be carried out in two ways.
При первом варианте ротор разгоняется до заданной частоты, например, близкой к частоте всплытия, при продолжающей действовать от электромагнита постоянной силе. Этот этап завершается, т.е. отключается питание электромагнит и постоянная сила от электромагнита перестает действовать на ротор, после поступления на контроллер 640 сигнала от датчика частоты вращения 606 при достижении заданной частоты вращения. Возможен другой вариант завершения этапа по сигналу на контроллер от другого типа датчика, например, датчика давления в проточной части турбомашины, которое зависит от частоты вращения ротора. При останове ротора после снижения частоты вращения до указанной выше величины из контроллера 640 снова выдается на вход усилителя мощности 643 в катушку 186 сигнал заданной величины для создания силы, снижающей весовую нагрузку ротора на радиальный подшипник.In the first embodiment, the rotor accelerates to a predetermined frequency, for example, close to the ascent frequency, while the constant force continues to operate from the electromagnet. This stage is completed, i.e. the electromagnet is switched off and the constant force from the electromagnet ceases to act on the rotor, after the signal from the
При втором варианте перед разгоном ротора отключается постоянный сигнал, поступавший из контроллера на усилитель 643, и включаются выходы формирователя 608, соединенные с фильтрами 614 и 630. При последующем разгоне ротора до заданной частоты, например, частоты всплытия ротора в подшипнике, сигналы (SX)0 и (SY)0 используются в I-регуляторах 638 в качестве уставки регулирования для обеспечения разгрузки подшипника от веса ротора. При достижении указанной частоты в контроллере 640 изменяются уставки I-регуляторов 638 с (SX)0 и (SY)0 на с (SX)1 и (SY)1 и включаются выходы формирователя 608, соединенные с фильтрами 614 и 630. Смена уставок устраняет разгрузку электромагнитом веса ротора и снижает тепловыделение в катушке 186. Такая настройка уставок регулирования позволяет оптимизировать совместную работу ленточного подшипника и устройства электромагнитной разгрузки и предотвратить нагрузку ленточного подшипника дополнительной силой от электромагнита 183 из-за неточной настройки системы управления.In the second option, before the rotor accelerates, the constant signal coming from the controller to the
В начале разгона ротора нагрузочное устройство 655 по команде контроллера 640 смещаются части вкладыша 6, показанные на фиг.1, в радиальном направлении от цапфы 2, и создается минимальный преднатяг для снижения жесткости и частоты критических колебаний ротора в подшипнике.At the beginning of the acceleration of the rotor, the
Во время разгона ротора контроллер управляет нагрузочным устройством, повышая и понижая преднатяг и обеспечивая минимальную амплитуду резонансных колебаний при прохождении критических частот ротора. Этот процесс показан на фиг.64, представляющей зависимость амплитуды колебаний А неуравновешенного ротора в ленточных подшипниках от частоты вращения N. Кривая I показывает Зависимость амплитуды А от частоты вращения N при малой жесткости ленточных подшипников, когда преднатяг минимален. Кривая II показывает зависимость амплитуды А от частоты вращения N при увеличенной жесткости ленточных подшипников, после увеличения преднатяга с помощью нагрузочного устройства. Кривые I и II имеют по две критических частоты: N1 и N3, N2 и N4 соответственно. После старта и всплытия цапфы в ленточном подшипнике разгон производится по кривой I до точки a, где амплитуда колебаний начинает возрастать и достигается определяемая контроллером 640 заданная частота вращения, затем по команде контроллера 640 на нагрузочное устройство 655 увеличивается преднатяг, жесткость ленточного подшипника повышается и происходит переход с кривой I на кривую II в точку b. Увеличение преднатяга выбрано так, чтобы далее разгон производится по кривой II до точки c. Это позволяет устранить резонанс при частоте N1. Далее разгон происходит через точки c, d, e, f, g, h, k с последовательными переходами с кривой II на кривую I и обратно при достижении заданного значения частоты вращения, когда амплитуда колебаний начинает возрастать. Описанный процесс позволяет проходить зону критических частот от N1 до N4 при малой амплитуде колебаний ротора. После достижения точки k увеличивается преднатяг и жесткость подшипника и происходит переход на кривую II в точку т.Дальнейший разгон и рабочий режим ротора происходит при повышенном преднатяге для обеспечения повышенной жесткости и демпфировании подшипника.During acceleration of the rotor, the controller controls the load device, increasing and lowering the preload and ensuring the minimum amplitude of resonant oscillations during passage of the critical rotor frequencies. This process is shown in FIG. 64, which represents the dependence of the oscillation amplitude A of the unbalanced rotor in the tape bearings on the rotation frequency N. Curve I shows the dependence of the amplitude A on the rotation speed N with low stiffness of the tape bearings when the preload is minimal. Curve II shows the dependence of the amplitude A on the rotational speed N with increased stiffness of the tape bearings, after increasing the preload using a load device. Curves I and II have two critical frequencies: N 1 and N 3 , N 2 and N 4, respectively. After the axle starts and ascends in the tape bearing, acceleration is carried out along curve I to point a , where the oscillation amplitude begins to increase and the specified speed determined by
Разгрузка подшипника от среднечастотных колебаний, например, автоколебаний ротора, производится следующим образом. Поступающие от датчиков силы 94 и преобразованные в усилителях 604 и формирователе 608 переменные сигналы, пропорциональные проекциям на оси X и Y действующей на подшипник нагрузки, проходят фильтры 614, преобразуются после прохождения D-регуляторов 618, сумматоров 620, формирователя 622 и усилителей мощности 642, 643, 644 и 645 и создают между электромагнитом 183 и ротором силу, направленную против радиальной скорости смещения цапфы. Такая сила вызывает снижение амплитуды среднечастотных колебаний ротора.Unloading the bearing from mid-frequency vibrations, for example, self-oscillations of the rotor, is as follows. The alternating signals received from the
Разгрузка подшипника от низкочастотных колебаний, например, помпажных колебаний ротора, производится следующим образом. Поступающие из датчиков силы 94 и преобразованные в усилителях 604 и формирователе 608 переменные сигналы низкой частоты, пропорциональные проекциям на оси X и Y действующей на подшипник нагрузки, проходят фильтры 630, преобразуются после прохождения I-регуляторов 638, сумматоров 620, формирователя 622 и усилителей мощности 642, 643, 644 и 645 и создают между электромагнитом 183 и ротором силу, направленную против действующей на цапфу нагрузки. Такая сила вызывает снижение действующей на цапфу нагрузки.Unloading the bearing from low-frequency oscillations, for example, surge oscillations of the rotor, is as follows. The low-frequency alternating signals coming from the
При торможении ротора проход через зону критических частот для обеспечения малой амплитуды колебаний ротора производится при переменном преднатяге, обеспечиваемом контроллером 640, в обратном по сравнению с разгоном ротора порядке: через точки m, k, h, g, f, e, d, c, b, a. После достижения заданной частоты вращения выходы формирователя 608, соединенные с фильтрами 614 и 630, отключаются по команде контроллера 640 и из контроллера 640 выдается на вход усилителя мощности 643 постоянный электрический сигнал, поступающий после усилителя 643 в катушку 186 для создания вертикальной силы при пуске и останове ротора, снижающей весовую нагрузку ротора на радиальный подшипник.When the rotor is braked, the passage through the critical frequency zone to ensure a small amplitude of the rotor oscillations is performed with the variable preload provided by the
Как было сказано выше, нагрузка на подшипник приближенно пропорциональна смещению цапфы. Это позволяет применять представленный на фиг.58 вариант системы управления при использовании датчиков радиального смещения цапфы, т.e. датчиков смещения цапфы в направлении, нормальном к поверхности цапфы, в дальнейшем датчиков смещения цапфы, или датчиков радиального смещения цапфы, вместо датчиков силы.As mentioned above, the bearing load is approximately proportional to the offset of the pin. This allows you to apply presented on Fig variant of the control system when using sensors of radial displacement of the axle, i.e. axle displacement sensors in the direction normal to the axle surface, hereinafter axle displacement sensors, or axial radial displacement sensors, instead of force sensors.
На фиг.65 показан вариант системы управления при использовании датчиков радиального смещения цапфы вместо датчиков силы. Датчики смещения 670 и 671 расположены вокруг цапфы 2 для фиксации смещений цапфы во взаимно перпендикулярных направлениях, например, в вертикальном и горизонтальном направлении при горизонтальном положении оси ротора. Датчики 670 и 671 могут быть расположены возле электромагнита 185 в окружном направлении или, например, другой стороны подшипника в направлении оси ротора. Возможны варианты с использованием датчиков смещения, например, токовихревого или емкостного типа.On Fig shows a variant of the control system when using sensors of radial displacement of the axle instead of the force sensors.
Так же как для системы управления с датчиком силы, показанной на фиг.58, где возможно получение технического результата, в частности, демпфирования колебаний, при использовании одного электромагнита и датчика силы, такой же результат может быть получен для системы управления, показанной на фиг.65, при использовании одного электромагнита и датчика смещения.As for the control system with the force sensor shown in FIG. 58, where it is possible to obtain a technical result, in particular vibration damping, using one electromagnet and force sensor, the same result can be obtained for the control system shown in FIG. 65, using one electromagnet and a displacement sensor.
По сравнению с системой управления, показанной на фиг.58, кроме замены датчиков установлены два усилителя 605 вместо трех усилителей 604, формирователь 608 заменен на коммутатор 609, соединяющий по команде контроллера 640 усилители 605, выдающие сигналы SX и SY с соответствующими каждому их этих сигналов фильтрами 614, у контроллера 640 уменьшено количество входов из-за усилителей трех 604 на два усилителя 605. Могут быть изменены настройки D- и I-регуляторов 618 и 638.Compared with the control system shown in Fig. 58, in addition to replacing the sensors, two
Коммутатор 609 служит только для коммутации и разъединения входов, соединенных с усилителями 605 и выходов, соединенных с фильтрами 614 и 630. Коммутация выполняется по команде контроллера 640. Поскольку усилители 605 сразу выдают величину смещения цапфы по двум координатам, контроллер получает этот сигнал непосредственно из усилителей 605.The
Алгоритм работы системы управления, показанной на фиг.65, практически не отличается от алгоритма работы системы управления, показанной на фиг.58.The algorithm of the control system shown in Fig.65, is practically no different from the algorithm of the control system shown in Fig.58.
Часть этой системы управления, предназначенная для снижения амплитуды колебаний ротора в ленточном подшипнике, включает расположенные одной цепи блок формирования сигнала, пропорционального смещению ротора, содержащий датчики радиального смещения 670 и 671, усилитель 605 и формирователь 609, включает также фильтр 614, D-регулятор 618 и блок формирования сигнала для управления электромагнитами, куда входит формирователь 622 и усилители мощности 642, 643 и 644.The part of this control system, designed to reduce the amplitude of oscillations of the rotor in the tape bearing, includes a signal conditioning unit proportional to the rotor displacement, which contains
На фиг.66 показан вариант системы управления при использовании датчиков скорости радиального смещения цапфы, или датчиков скорости смещения ротора, вместо датчиков радиального смещения цапфы. Датчики 674 и 675 скорости смещения цапфы 2 расположены вокруг цапфы 2 для фиксации скорости смещения последней во взаимно перпендикулярных направлениях, например, в вертикальном и горизонтальном направлении при горизонтальном положении оси ротора. Датчики 674 и 675 могут быть расположены возле электромагнита 185 или с другой стороны подшипника. Возможен вариант с использованием датчика скорости смещения ротора, например, индуктивного типа.On Fig shows a variant of the control system when using sensors for the speed of radial displacement of the axle, or sensors for the speed of displacement of the rotor, instead of sensors for radial displacement of the axle.
Датчики скорости смещения 674 и 675, как и датчики смещения 670 и 671, могут располагаться на различном расстоянии в осевом направлении от радиального подшипника. Влияние этого расстояния аналогично описанному выше влиянию расстояния между подшипником и электромагнитом. С учетом этого, также как для электромагнита, желательно, чтобы эти датчики располагались ближе к подшипнику в осевом направлении.
В отличие от предыдущих систем управления, в этой системе, показанной на фиг.66, нет интегрального регулятора и отсутствует реакция на статическое смещение ротора. По сравнению с системой управления, показанной на фиг.65, датчики смещения цапфы 670 и 671 с усилителями 605 заменены на датчики скорости смещения цапфы 674 и 675 с усилителями 676. Отсутствуют элементы системы разгрузки ленточного подшипника от среднечастотных колебаний: фильтры 630, I-регуляторы 638, P-регуляторы 619 и сумматоры 620. Вместо D-регуляторов 618 установлены P-регуляторы 677.Unlike previous control systems, in this system shown in FIG. 66, there is no integral controller and there is no reaction to static rotor displacement. Compared with the control system shown in Fig. 65, the displacement sensors of the
Выходы датчиков скорости 674 и 675 соединены с входами усилителей 676. Выходы усилителей 676 соединены с входами коммутатора 609. В случае нелинейности датчика скорости или усилителя на выход из усилителя 676 может выдаваться сигнал, нелинейно зависящий от нагрузки.The outputs of the
Выход фильтра 614 соединен с входом пропорционального P-регулятора 677. Вариант зависимости коэффициента регулирования P-регулятора 677, равного отношению сигналов на входе и выходе регулятора 677 от величины сигнала на выходе S, показана на фиг.67. Коэффициент P в данном варианте не является постоянной величиной на всем показанном диапазоне. При этом модуль среднего значения P0 коэффициента P в интервале S от (S)max до (S)1 больше модуля среднего значения P1 коэффициента P в диапазоне S от (S)1 до 0.The output of the
Вариант системы управления, показанный на фиг.66, предназначен только для разгрузки подшипника от среднечастотных колебаний, например, автоколебаний ротора, подробно рассмотренной при описании системы управления, показанной на фиг.58. при этом функции элементов системы управления, показанной на фиг.65, датчик смещения 670, усилитель 605 и D-регулятор 618 выполняются при помощи датчика скорости смещения ротора 674, усилителя 676 и P-регулятора 677.A variant of the control system shown in Fig.66 is intended only for unloading the bearing from mid-frequency oscillations, for example, self-oscillations of the rotor, discussed in detail in the description of the control system shown in Fig.58. while the functions of the elements of the control system shown in Fig. 65, the
Фильтр 614 может быть расположен в любом месте между усилителем 676 и электромагнит 185 в цепи, содержащей усилитель 676, P-регулятор 677, формирователь 622 и электромагнит 185.
Вариант осевого ленточного подшипника представлен на фиг.4 и 68…73. На фиг.68 показан разрез осевого подшипника цилиндрической поверхностью с осью, совпадающей с осью ротора. На фиг.69 и 70 показаны разрезы отдельных элементов осевого подшипника в радиальном направлении.A variant of an axial tape bearing is shown in FIGS. 4 and 68 ... 73. On Fig shows a section of an axial bearing cylindrical surface with an axis coinciding with the axis of the rotor. On Fig and 70 shows the cuts of the individual elements of the axial bearing in the radial direction.
Верхняя лента 156 расположена между торцевой, упорной поверхностью вращения 173 упорного диска 154, установленного на роторе и плоской, упорной поверхностью корпуса осевого подшипника 168, воспринимающей подшипниковую нагрузку, т.е. между диском 154 и корпусом 168. Поверхность скольжения 173 является, в частности, плоской. Лента 156 обращена внутренней поверхностью к поверхности 173 и имеет форму кольца. Между лентой 156 и поверхностью 173 образуется смазочный слой 150.The
Между наружной, противоположной внутренней, поверхностью ленты 156 и упорной поверхностью корпуса 168, т.е. между корпусом 168 и лентой 156, расположен блоки 165 гофрированных лент. Между блоком 165 и лентой 156 расположен промежуточный элемент в виде промежуточного листа 170. Между упорной поверхностью корпуса 168 и блоком 165 расположена опорная лента 174. Между наружной поверхностью ленты 174 и корпусом 168 расположены в направлении оси ротора верхний вкладыш 158 и нижний вкладыш 160, воспринимающие подшипниковую нагрузку.Between the outer, opposite inner, surface of the
Действующая на осевой подшипник нагрузка передаются на корпус 168 через верхнюю ленту 156, блок гофрированных лент 165, опорную ленту 174, верхний и нижний вкладыши 158 и 160 соответственно и другие элементы, о которых сказано ниже.The load acting on the axial bearing is transferred to the
На фиг.71 показан вид в плане на часть упорного диска 154. На периферийной кольцевой части поверхности 173 диска 154 расположены в окружном направлении относительно друг друга канавки 845. Канавки расположены под наклоном, или неперпендикулярно к средней линии 846 поверхности скольжения 173 упорного диска, расположенной в окружном направлении, ограниченной - наружной и внутренней окружностями 847 и 848 соответственно и совпадающей со средней линией подшипника, т.е. средней линией верхней ленты 156, проходящей посредине между наружным и внутренним диаметром верхней ленты 156. Расположение канавок на поверхности диска 154 является обычным для осевого подшипника с канавками на упорном диске, имеющего жесткую невращающуюся поверхность. Расположенная между канавками 845 поверхность диска 154 является частью поверхности 173.On Fig shows a plan view of a part of the
Наличие таких канавок на поверхности скольжения упорного диска способствует повышению давления в смазочном слое и несущей способности подшипника при вращении цапфы. Эффект повышения давления особенно заметен при разгоне и останове ротора, когда минимальная толщина смазочного слоя мала. Повышение несущей способности подшипника при разгоне и останове ротора приводит к снижению скорости всплытия и посадки упорного диска в подшипнике.The presence of such grooves on the sliding surface of the thrust disc increases the pressure in the lubricating layer and the bearing capacity of the bearing during rotation of the pin. The effect of increasing pressure is especially noticeable during acceleration and stop of the rotor, when the minimum thickness of the lubricating layer is small. Increasing the bearing capacity of the bearing during acceleration and shutdown of the rotor leads to a decrease in the speed of ascent and landing of the thrust disc in the bearing.
На фиг.72 показано сечение упорного диска плоскостью А-А. Переход 849 между дном канавки 845 и поверхностью 173 являются скругленным, и подобен переходному профилю между канавкой 402 и поверхностью 27 цапфы 2, показанному на фиг.20. Возможен вариант с переходным профилем между канавками 845 и плоской поверхностью 173, подобный профилю, показанному на фиг.21.On Fig shows a cross section of the thrust disc plane AA. The
Возможен другой вариант расположения канавок, подобный расположению канавок на цапфе 2, показанному на фиг.4, когда на поверхности 173 диска 154 имеется добавочный ряд канавок, расположенных неперпендикулярно к средней линии 846, т.е. к окружному направлению, на внутренней части поверхности 173 от внутренней окружности подшипника 848 и средней линии 846. Такое расположение канавок на поверхности диска также является обычным для осевого подшипника с канавками, имеющего жесткую невращающуюся поверхность.There is another possible arrangement of the grooves, similar to the arrangement of the grooves on the
Возможен другой вариант расположения канавок, когда на поверхности 173 диска 154 имеется один ряд канавок, расположенных неперпендикулярно к средней линии 846 на внутренней части поверхности 173 от окружности 848 и средней линии 846. Такое расположение канавок на поверхности диска также является обычным для осевого подшипника с канавками, имеющего жесткую невращающуюся поверхность.A different arrangement of the grooves is possible when on the
На фиг.73 показан вид в плане на осевой подшипник без упорного диска 154. Лента 156 и промежуточный лист 170 показаны частично, для лучшего понимания конструкции подшипника. Верхняя лента 156 кольцеобразной формы имеет на периферии три выступа, на каждом из которых имеется по дугообразному вырезу 812, с помощью которых лента 156 удерживается в радиальном и окружном направлении штифтами 838, закрепленными в корпусе подшипника 168. Таким же образом зафиксирована опорная лента 174. Лента 156 опирается в осевом направлении на лист 170 кольцеобразной формы. Лист 170 имеет вырезы, подобные вырезам 812, для удерживания в радиальном и окружном направлении штифтами 838. Толщина листа 170 может быть несколько больше, чем толщина ленты 156, для создания большей изгибной жесткости. Лист 170 имеет канавки 830, расположенные между выступами 832 и расположенные относительно друг друга в окружном направлении. Канавки расположены на внутренней стороне листа 170, обращенной к ленте 156, под наклоном, т.е. неперпендикулярно, к окружному направлению, т.е. к средней линии 840 подшипника, проходящей посредине между одним боковым, внутренним краем 841 и другим боковым, наружным краем 842 рабочей части верней ленты 156, и образуют елочную структуру. Форма и расположение канавок 830 подобна форме канавок в известных осевых подшипниках с канавками, расположенными на жестких поверхностях, генерирующих давление в смазочном слое при вращении прилегающей к поверхностям с канавками пяты. Глубина канавок 830 может зависеть, например, от размеров подшипника и составляет от нескольких до нескольких десятков микрометров. Для облегчения прогиба верней ленты в канавку ширина канавки 830 может быть больше, чем ширина межканавочного выступа 832.FIG. 73 shows a plan view of an axial bearing without an
На фиг.76 показано сечение подшипника, показанного на фиг.73, ломанной плоскостью А-А. При вращении упорного диска под действием давления смазочного слоя верхняя лента 156 прогибается в канавки 830. Образующиеся на верхней ленте 156 канавки, расположенные над канавками 830 в осевом направлении, обеспечивают повышение давления смазочного слоя и несущей способности подшипника.On Fig shows a cross section of the bearing shown in Fig, broken plane AA. When the thrust disk rotates under the influence of the pressure of the lubricating layer, the
Возможны варианты различного расположения канавок на промежуточном листе. На фиг.74 канавки 853, расположенные на промежуточном листе 852, выполнены на периферийной части поверхности ленты 852, обращенной к верхней ленте 156, и имеют вид наружной части канавок 830. На фиг.75 канавки 855, расположенные на промежуточном листе 854, выполнены на внутренней части поверхности листа 854, обращенной к верхней ленте 156, и имеют вид внутренней части канавок 830.Variants of different grooves on the intermediate sheet are possible. On
Лист 170 опирается на упругий элемент, содержащий блоки 165 с непрерывными и расположенными в окружном направлении гофрированными лентами 814, 816, 818, 820 и 822, показанные на фиг.68 и 73. Блок 165 гофрированных лент имеет в плане форму кольцевого сектора и закреплен на опорной ленте 174 любым подходящим способом, например, сваркой, в точках 172. Показанный на фиг.73 подшипник имеет шесть блоков 165, расположенных на опорной ленте 174 в окружном направлении. Протяженность блока гофрированных лент в окружном направлении обычно определяется удобством расположения складок на гофрированной ленте по отношению к закрепленному или свободному краю этой ленты и может достигать, например, около десяти. В качестве упругого элемента могут быть использованы блоки гофрированных лент с другим профилем, например, показанным на фиг.9. Вершины лент 802, 804, 806 и 808 волн блока 165 показаны на фиг.73 пунктирными линиями. Ширина этих лент в радиальном направлении уменьшается от средней ленты 118 к наружной ленте 814 и к внутренней ленте 822. Такое изменение ширины лент предназначено для снижения жесткости блока 165 от средней линии 840 подшипника, где расположена часть 818, к наружной части и внутренней части, где расположена части 814 и 822 соответственно.The
Показанная на фиг.4 и 73 верхняя лента 156 является плоской и канавки возникают на ней только при возникновении избыточного давления в смазочном слое между диском 154 и лентой 156. Такое давление первоначально возникает за счет канавок, расположенных на диске 154.Shown in FIGS. 4 and 73, the
Возможен другой вариант создания первоначального избыточного давления при малой частоте вращения ротора, как показано на фиг.77, где представлено сечение подшипника, подобное сечению, показанному на фиг.76. Верхняя лента 887, подобная в плане верхней ленте 156, имеет предварительно сформированные канавки 888 с границами 889 и 890, расположенные над канавками 830 в осевом направлении. Канавки 888 расположены на ленте 887 подобно канавкам на листе 170. Глубина предварительных канавок 888 на верхней ленте меньше, чем на листе 170 и приблизительно равна глубине канавок на упорном диске 154, т.е. порядка нескольких микрометров. Канавки на верхней ленте могут быть предварительно сформированы штамповкой или обработкой поверхностной части ленты 888. При использовании верхней ленты с предварительно сформированными канавками первоначальное избыточное давление в смазочном слое может быть создано при плоской поверхности упорного диска, т.е. при отсутствии на нем канавок.Another option is possible to create the initial overpressure at a low rotor speed, as shown in Fig.77, which shows a section of the bearing, similar to the section shown in Fig.76. The
Верхняя лента 887 с канавками 888 может быть использована для создания первоначального избыточного давления в смазочном слое подшипника и уменьшения частоты всплытия без промежуточного листа 170, при использовании в качестве упругого элемента обычной гофрированной ленты или, например, листа эластичного материала.
Подобный вариант с предварительно сформированными канавками на верхней ленте возможен также для радиального подшипника. Например, такие канавки могут быть выполнены на верхней ленте над канавками 376 промежуточного листа 386, показанного на фиг.16.A similar option with preformed grooves on the upper belt is also possible for a radial bearing. For example, such grooves can be made on the upper tape above the
По мере роста давления в смазочном слое верхняя лента прогибается в канавки на листе 170 и глубина канавок на верхней ленте возрастает. Повышение несущей способности подшипника при разгоне и останове ротора и снижение скорости всплытия и посадки упорного диска в подшипнике достигается подобно варианту с канавками на упорном диске, показанному на фиг.4 и 71.As the pressure in the lubricating layer increases, the upper tape bends into the grooves on the
Другой вариант верхней ленты осевого подшипника, предназначенного в качестве опоры упорного диска с поверхностью скольжения в виде сплошного круга, показан на фиг.78. Рабочая часть верхней ленты 860 имеет форму круга без внутреннего отверстия. Верхняя лента 860 опирается на промежуточный лист 861, имеющую канавки 864, расположенные неперпендикулярно к окружному направлению. Промежуточный лист 861 опирается на расположенные в окружном направлении блоки гофрированных лент 862. В центре подшипника промежуточный лист 861 опирается на гофрированную ленту 863, закрепленную на опорной ленте 174.Another embodiment of an upper axial bearing tape intended to support a thrust disk with a sliding surface in the form of a continuous circle is shown in FIG. 78. The working portion of the
Другой вариант формированием канавок на верхней ленте осевого подшипника оказан на фиг.79. Канавки формируются подобно канавкам на верхней ленте радиального подшипника, показанного на фиг.1 и 13. На фиг.79 блок 865 гофрированных лент 868, 869, 870, 871 и 872 закреплен при помощи сварки в точках 866 на опорной ленте 174. Гофрированные ленты блока 865 расположены в окружном направлении. Ширина гофрированных лент 868 и 869, расположенных ближе к наружному боковому краю верней ленты 156, периодически изменяется в окружном направлении. Вершины лент 868 и 869 расположены относительно друг друга таким образом, что вершины с узкими участками лент 868 и 869, имеющие меньшую жесткость, чередующиеся с вершинами с широкими участками лент 868 и 869, имеющими большую жесткость, расположены вдоль направлений, указанных стрелками, т.е. от наружного края ленты 865, т.е. от наружного бокового края верхней ленты 156, к ее средней линии, т., и в окружном направлении по направлению вращения, неперпендикулярно окружному направлению.Another option is the formation of grooves on the upper tape of the axial bearing shown in Fig. 79. Grooves are formed like grooves on the top of the radial bearing shown in FIGS. 1 and 13. In FIG. 79, a
Под давлением смазочного слоя верхняя лента 156 продавливается в направлении от упорного диска 154 больше по узким вершинам, вдоль направлений, показанных стрелками, где жесткость гофрированных лент меньше. Это приводит к образованию канавок на верхней ленте 156. Наличие таких канавок способствует повышению давления смазочного слоя и несущей способности подшипника.Under the pressure of the lubricating layer, the
Другой вариант упругого элемента осевого ленточного подшипника с формированием канавок на верхней ленте показан на фиг.80. Между опорной лентой 174 и верхней лентой 156 расположен упругий элемент, представляющий непрерывный в окружном направлении кольцеобразный перфорированный лист 875 из эластичного материала, например, резины. Лист 875 имеет с наружной стороны множество отверстий 876, 877, 878 и 870, имеющих большую площадь и формирующих зоны меньшей жесткости, расположенные вдоль направлений, указанных стрелками, т.е. от наружного края ленты 875 к ее средней части, неперпендикулярно направлению вращения. Отверстия 880, 881, 882 и 883, имеющие меньшую по сравнению с отверстиями 880, 881, 882 и 883 площадь, формируют зоны с большей жесткостью и предназначены для регулирования соотношения зон с большей и меньшей жесткостью. Расположенные с внутренней стороны листа 875 отверстия 884 и 885 предназначены для плавного снижения жесткости ленты 875 к внутреннему краю.Another variant of the elastic element of the axial tape bearing with the formation of grooves on the upper tape is shown in Fig. 80. Between the
Под давлением смазочного слоя верхняя лента 156 продавливается в направлении от упорного диска 154 больше над зонами с меньшей жесткостью листа 875 вдоль направлений, показанных стрелками. Это приводит к образованию канавок на верхней ленте 156 с ее периферийной части, расположенных неперпендикулярно окружному направлению. Наличие таких канавок способствует повышению давления смазочного слоя и несущей способности подшипника.Under the pressure of the lubricating layer, the
Возможен вариант подшипника показанного на фиг.80, где вместо отверстий 884 и 885, расположенных с внутренней стороны листа 875, расположены отверстия, подобные отверстиям 876 и другим, имеющим чередующуюся в окружном направлении площадь, расположенным с наружной стороны листа 875, и формирующие чередующуюся в окружном направлении зоны меньшей и большей жесткости для формирований канавок на ленте 156.A variant of the bearing shown in Fig. 80 is possible, where instead of
Возможен вариант подшипника с кольцеобразным листом из эластичного материала, где вместо круглых отверстий, выполненных на листе 875, имеется сетчатая структура, где за счет различной площади отверстий формируются зоны меньшей и большей жесткости, подобные зонам на листе 875. Возможен также вариант подшипника с кольцеобразным эластичным листом 886, показанным на фиг.81. Вместо отверстий 876 и других, показанных на фиг.80, на наружной части листа 886 расположены широкие и узкие прорези 850 и 851, открытые с наружного края, формирующие на листе 886 чередующиеся зоны с меньшей и большей жесткостью в окружном направлении.A variant of the bearing with an annular sheet of elastic material is possible, where instead of round holes made on the
На фиг.82 показан вариант подшипника с обычным расположением нескольких, например трех, верхних лент 878, закрепленных в радиальном направлении на опорной ленте 174 сваркой в точках 876. На фиг.83 показано сечение этого подшипника в радиальном направлении. Между лентой 875 и лентой 174 расположены в окружном направлении две гофрированные ленты 877 и 878, закрепленные на ленте 174 в точках 879 и 880 соответственно. Между лентой 875 и лентами 877 и 878 расположен промежуточный лист 882, закрепленный на ленте 875 в радиальном направлении в точках 883. Лист 882 имеет канавки 884, подобные канавкам 853, показанным на фиг.76. Высота гофрированной ленты 877 увеличивается по направлению вращения упорного диска от свободного края к закрепленному в точках 879 краю, обеспечивая создание смазочного слоя в форме сходящегося клина между верхней лентой 875 и упорным диском для генерации избыточного давления. Канавки 884 обеспечивают образование канавок на верхней ленте под действием избыточного давления и способствуют повышению давления в смазочном слое и повышению несущей способности подшипника. Наличие сходящегося смазочного слоя в форме сходящегося клина позволяет обеспечивать несущую способность подшипника без канавок на упорном диске.On Fig shows a variant of the bearing with the usual arrangement of several, for example three,
Показанные на фиг.73, 79 и 80 варианты осевого подшипника имеют плоскую верхнюю ленту. При вращающемся упорном диске и наличии смазочного слоя форма смазочного слоя в подшипнике подобна соответствующей форме в газодинамическом торцевом уплотнении с канавками, используемом в технике для снижения перетечек газа вдоль ротора из обрасти высокого в область низкого давления. Поэтому указанные варианты осевого подшипника будут пропускать в радиальном направлении между упорным диском и верхней лентой при разных давлениях на внутреннем и наружном крае подшипника малый расход газа. Кроме перетекания газа через смазочный слой, газ перетекает также через подшипник в радиальном направлении по каналам между гофрированной лентой 165, листом 170 и лентой 174, показанным на фиг.73. Эти перетечки значительно больше, чем перетечки через смазочный слой, что существенно снижает эффективность уплотнения.The axial bearings shown in FIGS. 73, 79 and 80 have a flat top tape. With a rotating thrust disk and the presence of a lubricating layer, the shape of the lubricating layer in the bearing is similar to the corresponding form in the gas-dynamic mechanical seal with grooves used in the technique to reduce gas leakage along the rotor from high to low pressure. Therefore, the indicated axial bearing variants will allow a low gas flow in the radial direction between the thrust disk and the upper tape at different pressures on the inner and outer edges of the bearing. In addition to the flow of gas through the lubricating layer, the gas also flows through the bearing in the radial direction through the channels between the
В подшипника, показанных на фиг.80 и 81 с упругим кольцеобразным элементом, перетечки между верхней лентой 156 опорной лентой 14 будут малы, поскольку зазор там практически отсутствует, и такие подшипники могут использоваться как торцевые уплотнения.In the bearings shown in Figs. 80 and 81 with an elastic ring-shaped element, the overflow between the
Значительное снижение перетечек через каналы, образованные гофрированной лентой, когда осевой подшипник моет быть использован как торцевое уплотнение, может быть достигнуто при определенном расположении гофрированной ленты, когда гребни, и следовательно, складки гофрированной ленты располагается в окружном направлении. На фиг.84…97 показаны различные варианты осевого подшипника - уплотнения с таким расположением складок.A significant reduction in overflows through the channels formed by the corrugated tape, when the axial bearing can be used as an end seal, can be achieved with a certain arrangement of the corrugated tape, when the ridges, and therefore the creases of the corrugated tape, are located in the circumferential direction. On Fig ... 97 shows various options for an axial bearing - seals with this arrangement of folds.
На фиг.84 показан вариант, где между верхней лентой 156 и опорной лентой 174 расположен упругий элемент 898, изготовленный из единого листа и содержащий гофрированные ленты 895, расположенные каждая в радиальном направлении, разделенные узкими прорезями, т.е. промежутками, 897, расположенными в радиальном направлении. Количество гофрированных лент может быть, например, от одной до нескольких десятков и определяется удобством изготовления и размерами подшипника. Линии гребней гофрированных лент 985, обозначенных пунктирными линиями, являются прямыми. Линии гребней могут быть также изогнутыми, например, в форме дуги окружности. На фиг.85 показано сечение гофрированной ленты 895 в радиальном направлении. Прорези, или щели 897 между лентами 895 могут быть получены, например, резкой ножницами или эрозионной резкой проволокой и иметь ширину, например, от нескольких микрон до нескольких десятых миллиметра. Ленты 895 соединены между собой по внутреннему диаметру неразрезанной кольцевой частью 896 упругого элемента 898 и расположены относительно друг друга в окружном направлении.. Упругий элемент закреплен на опорной ленте сваркой в точках 892 на части 896. Гребни гофрированных лент 895 имеют равные углы с боковыми сторонами соответствующих лент 895. Периферийные гребни 901 образуют замкнутый контур с расположенной внутри контура осью подшипника. Подобные контуры образуют гребни, расположенные ближе к центру подшипника. Расположенные напротив друг друга ближайшие, т.е. соседние края 893 и 894 гребней 901, разделенные прорезью 897, расположены на одинаковом расстоянии от оси подшипника. Такое взаимное расположение вершин обеспечивает максимальное гидравлическое сопротивление утечкам газа в радиальном направлении. Для оптимального соотношения распределения давлений по обе стороны верхней ленты 156, обеспечивающего необходимую толщину смазочного слоя между верхней ленты 156 и упорным диском, прорезь 897 может иметь переменную ширину.On Fig shows an option where between the
Образование избыточного давления в смазочном слое между верхней лентой 156 и вращающимся упорным диском для устранения контакта может быть обеспечено за счет канавок на упорном диске, подобном диску 154. Кроме того, избыточное давление в смазочном слое может быть обеспечено за счет канавок на верхней ленте, подобной ленте 887 на фиг.75. Другой способ образования избыточного давления возможен за счет формирования гофрированных лент различной высоты в окружном направлении и соответствующего профилирования в окружном направлении верхней ленты.The formation of excess pressure in the lubricating layer between the
Другой способ образования избыточного давления возможен за счет различной жесткости гофрированных лент в окружном направлении. Ширина прорези 897, показанной на фиг.84, делается более узким со стороны входа утечек. Увеличение гидравлического сопротивления на входе утечек приводит к более быстрому падению давления между верхней и гофрированной лентами. Создание разного давления на наружном и внутреннем диаметре подшипника приводит к тому, что давление между верхней лентой и упорным диском будет больше, чем давление между верхней и гофрированной лентами. Это вызывает больший прогиб верхней ленты над гофрированной лентой с меньшей жесткостью, увеличение толщины смазочного слоя в этой зоне и сходящемуся клину, приводящему к возникновению избыточного давления и несущей способности подшипника.Another way of creating excess pressure is possible due to the different stiffness of the corrugated tapes in the circumferential direction. The width of the
На фиг.86 представлен другой вариант расположения гребней в гофрированных лентах 902, содержащихся в упругом элементе 903. Ленты 902 изготовлены из одного листа и соединены друг с другом через сплошное наружную кольцевую часть 904. Гребни гофрированной ленты 902, обозначенные пунктирными линиями, имеют разные углы с расположенными радиально боковыми сторонами последней, т.е. расположены под наклоном к окружному направлению. Расположенные напротив друг друга ближайшие соседние края 905 и 906 периферийных гребней 911, разделенные прорезью 907, расположены на разном расстоянии от центра подшипника. Подобно гофрированным лентам, показанным на фиг.84, линии, проходящие вдоль гребней 911 всех гофрированных лент 902 и соединяющие края этих гребней, разделенные прорезью 907, образуют замкнутый контур с расположенной внутри контура осью подшипника. Подобные контуры образуют соответствующие гребни, расположенные ближе к центру подшипника. Расстояние между краями 905 и 906 периферийных гребней 911 меньше чем расстояние между краем 995 периферийного гребня и краем 900 гребня 899, расположенного на соседней гофрированной ленте ближе к центру, чем периферийный гребень 911. Возможен вариант расположения гребней, где расстояние между краями 905 и 900 будет меньше, чем расстояние между краями 905 и 906. В этом случае ближайшими соседними краями будут не края 905 и 906, а края 905 и 900, и замкнутый контур с расположенной внутри контура осью подшипника будут образовывать линии, проходящие вдоль гребней 911 и 899 всех гофрированных лент 902 и соединяющие края этих гребней, в частности, каря 905 и 900, разделенные прорезью 907. На фиг.87 показан разрез упругого элемента 903 в радиальном направлении. Расстояние между краями 905 и 906 гребней 911, образующих замкнутый контур, в радиальном направлении не превышает половины расстояния между краями 905 и 908 соседних гребней одной ленты 902, равного длине волны гофрированной ленты, или ширине выпуклости, образующей волну. Подобное смещение вершин в радиальном направлении приводит к образованию окон 909, 910 и увеличению перетечек газа к в радиальном направлении. Однако эти перетечки существенно меньше, чем перетечки вдоль гофрированных элементов, гребни которых расположены в радиальном направлении подшипника и не образуют замкнутого контура с осью подшипника внутри этого контура.On Fig presents another variant of the location of the ridges in the
Расстояние между ближайшими краями 905 и 906 гребней упругого элемента 903, образующих замкнутый контур, в окружном направлении, или окружное расстояние, должно быть достаточно малым, чтобы имел место технический результат понижения расхода между верхней лентой и опорной лентой или корпусом подшипника, на котором расположены гофрированные ленты, по сравнению с обычным расположением гофрированных лент, часть гребней которых расположена в радиальном направлении. В случае небольшого количества гофрированных лент, имеющих гребни, образующие замкнутый контур, расположенных подобно показанным на фиг.86, например, двух или трех, этот технический результат может быть получен при окружном расстоянии между ближайшими краями, образующими замкнутый контур, не больше, например, порядка нескольких длин волн гофрированных лент. При большом количестве гофрированных лент в упругом элементе, например, несколько десятков, этот технический результат может быть получен при соответствующем окружном расстоянии не большем, например, половины длины волны. Для получения значительного технического результата это окружное расстояние должно быть минимальным, не более нескольких десятых миллиметра или меньше.The distance between the
На фиг.84 показан упругий элемент, содержащий одинаковые гофрированные ленты. Возможен вариант подшипника с различными гофрированными лентами, имеющими каждая различные углы наклона гребней гофрированных лент с окружным направлением.On Fig shows an elastic element containing the same corrugated tape. A bearing option with various corrugated tapes having each different angles of inclination of the crests of the corrugated tapes with a circumferential direction is possible.
Для уменьшения жесткости осевого подшипника - уплотнения при требуемой большой амплитуде осевого смещения ротора предназначены варианты упругого элемента подшипника, показанные на фиг.88…92.To reduce the stiffness of the axial bearing - seals with the required large amplitude of the axial displacement of the rotor, variants of the elastic element of the bearing are shown, shown in Fig.88 ... 92.
На фиг.88 показано сечение подшипника в радиальном направлении, где для снижения жесткости упругие элементы 898, показанные на фиг.84, установлены один на другой в направлении, перпендикулярном поверхности скольжения упорного диска вместе с опорными лентами 174. при этом нагрузка на подшипник передается последовательно через верхнюю ленту 156, верхнюю гофрированную ленту 895, верхнюю опорную ленту 174, нижнюю гофрированную ленту 895 и нижнюю опорную ленту 174. В данном варианте подшипника имеется два слоя гофрированных лент, каждый из которых содержит ленты 895, расположенные относительно друг друга в окружном направлении. Снижение жесткости подшипника происходит из-за последовательного расположения жесткостей упругих элементов.On Fig shows a cross section of the bearing in the radial direction, where to reduce the stiffness, the
На фиг.89 показано сечение другого варианта подшипника в радиальном направлении, где под опорной лентой 174 установлено кольцо 912 из упругого материала, например, металлорезины, полученной прессованием растянутой проволочной спирали.On Fig shows a cross section of another embodiment of the bearing in the radial direction, where under the
На фиг.90 показан вид в плане другого варианта подшипника с гофрированными лентами пониженной жесткости. Для снижения жесткости гофрированная лента 914, подобная ленте 895, показанной на фиг.84, имеет прорези 915 по линии гребней, касающихся верхней ленты 156 и прорези 916 линии вершин, касающихся опорной ленты 174. Прорези 915 и 916 разделены перемычками 917 и 918, объединяющими гофрированную ленту в единое целое. Сечения гофрированной ленты 914 в радиальном направлении через перемычки 917 и 918 показаны на фиг.91 и 92 соответственно. Жесткость гофрированной ленты 914 пропорциональна длине перемычек 917 и 918 в окружном направлении. Перемычки 917 и 918 сдвинуты относительно друг друга в окружном направлении для равномерного распределения жесткости гофрированной ленты 914. Длина перемычек может зависеть от радиуса расположения. Гребни, проходящие по прорези 915 и перемычке 917, и аналогичным прорезям и перемычкам других гофрированы лент, образуют замкнутый контур с расположенной внутри контура осью подшипника,On Fig shows a plan view of another embodiment of a bearing with corrugated tapes of reduced stiffness. To reduce stiffness, a
На фиг.93 показан вид в плане на подшипник, где упругий элемент является кольцевой гофрированной лентой 920 с кольцевыми складками, линии гребней которых складок обозначены пунктирными линиями и отличается от упругого элемента доказанного на фиг.84, отсутствием радиальных прорезей. Гребни ленты 920 являются замкнутыми и не имеют краев. Распределение давления в радиальном направлении между лентой 920 и верхней лентой 156 может регулироваться, например, при помощи переменной площади сечения канавок малой глубины, выполненных на гребнях гофрированной ленты 920.On Fig shows a plan view of the bearing, where the elastic element is an annular
На фиг.94 показан вид в плане на подшипник, где упругий элемент состоит из отдельных гофрированных лент 923, закрепленных на опорной ленте 174 по внутреннему краю. Гребни 924, 942, 943, 944, 945, 946 и другие, не показанные на фиг.94, образуют разомкнутый спиральный контур, начинающийся на периферии гофрированных лент подшипника и заканчивающийся на внутреннем краю гофрированных лент подшипника. Каналы, образованные гребнями, входящими в этот контур и гребнями, входящими в подобные контуры, верхней лентой 156 и опорной лентой 174, значительно длиннее аналогичных каналов при радиальном расположении гребней гофрированных лент обычного подшипника, а количество таких каналов значительно меньше. Поэтому гидравлическое сопротивление утечкам газа в радиальном направлении для подшипника, показанного на фиг.94, будет также значительно больше, чем для обычного подшипника с радиальным расположением гребней, т.е. поперек окружного направления. Этот эффект увеличения гидравлического сопротивления будет заметен, если угловой размер спирали в окружном направлении превышает половину дуги окружности.On Fig shows a plan view of the bearing, where the elastic element consists of individual
На фиг.95 показано кольцевое сечение другого варианта подшипника, отличающегося формой верхней ленты. Верхняя лента 926 в виде кольца имеет несколько участков 928, параллельных опорной ленте 174 и несколько наклонных участков 930, чередующихся в окружном направлении с участками 928. Под участками 926 расположены гофрированные ленты 932, подобные лентам 923, показанным на фиг.95. Под участками 930 расположены гофрированные ленты 931. Расположение складок на лентах 931 подобно расположению складок расположение складок на лентах 932, однако высота складок в окружном направлении возрастает по направлению вращения, подобно участку 930 ленты 926. При вращении упорного диска подшипника в сходящемся клине, образованном участком 930 и поверхностью упорного диска, создается избыточное давление газа, обеспечивая несущую способность подшипника. Наличие подобного клинового зазора приводит к возрастанию перетечек газа в смазочном слое в радиальном направлении по сравнению с плоской верхней лентой, однако максимальная толщина смазочного слоя может быть достаточно малой и перетечки газа через такой смазочный слой существенно меньше, чем перетечки вдоль гофрированных элементов, вершины которых расположены в радиальном направлении подшипника и не образуют замкнутого контура с осью подшипника внутри этого контура.On Fig shows an annular section of another variant of the bearing, characterized by the shape of the upper tape. The upper ring-shaped
На фиг.96 показана вид в плане на другой вариант подшипника, отличающийся наличием нескольких верхних лент. На фиг.97 подшипника показан разрез этого подшипника в окружном направлении. Подшипник имеет несколько закрепленных на ленте 174 верхних лент 934, расположенных в окружном направлении, участки 935 и 936 которых подобны участкам 928 и 930 верхней ленты, показанным на фиг.95. Показанный на фиг.96 подшипник имеет профиль смазочного слоя в окружном направлении, подобный смазочному слою подшипника, показанного на фиг.94. Показанные на фиг.96 линии 938 и 941 периферийных гребней 931 и 932, расположенных в окружном направлении, соединенные линиями между расположенными напротив друг друга соседними краями 940 и 939 этих вершин, образуют замкнутый контур с расположенной внутри контура осью подшипника. Подобные контуры образуют также линии гребней, расположенные ближе к центру подшипника.On Fig shows a plan view of another embodiment of the bearing, characterized by the presence of several upper tapes. On Fig bearing shows a section of this bearing in the circumferential direction. The bearing has several
Описанные выше осевые подшипники-уплотнения могут быть использованы также для случая, когда упорный диск установлен на корпусе турбомашины и не вращается, а на роторе установлены верхняя лента и гофрированные ленты.The axial bearings-seals described above can also be used for the case when the thrust disk is mounted on the turbomachine body and does not rotate, and the upper belt and corrugated belts are installed on the rotor.
Для снижения точности изготовления и компенсации возможных деформаций упорного диска верхняя лента, подобная ленте 156, опирающаяся на гофрированные ленты с окружным расположением складок, может быть установлена на роторе и на корпусе турбомашины. В этом случае скольжение происходит между верхними лентами.To reduce manufacturing accuracy and compensate for possible deformations of the thrust disk, an upper tape, similar to
Использование гофрированных лент со складками и, следовательно, гребнями, расположенными вдоль средней линии подшипника, т.е. вдоль окружного направления, для значительного сокращения перетечек газа через подшипник возможно также для радиального подшипника. На фиг.98…101 показан вариант такого подшипника. На фиг.98 показан вид в плане на развернутый блок гофрированных лент 950, содержащий множество гофрированных лент 958, разделенных прорезями 952. Пунктирными линиями 953 показаны гребни складок гофрированных лент. На фиг.99 показан вид в плане на верхнюю ленту 960. На фиг.100 показан вид на подшипник в осевом направлении, где верхняя лента 960 и блок 950 свернуты в трубку так, что края этих лент 961 и 966, 956 и 959 соответственно расположены рядом напротив друг друга. На фиг.101 показан продольный разрез подшипника плоскостью, проходящей через ось подшипника и край 966 верхней ленты 966. Фиксация блока лент 950 в осевом направлении выполнена за счет кольца 970. Фиксация верхней ленты 960 в осевом направлении относительно блока 950 выполнена за счет отогнутых частей 962 и 963 верхней ленты 960, входящих в пазы 954 и 955, выполненные гофрированных лентах блока 950. В окружном направлении лента 960 фиксируется относительно кольца 970, расположенного в корпусе 955 концентрично оси подшипника, при помощи отогнутых частей 964 и 965, входящих в паз 972 кольца 970.The use of corrugated tapes with folds and, therefore, ridges located along the midline of the bearing, i.e. along the circumferential direction, to significantly reduce gas leakage through the bearing, it is also possible for a radial bearing. On Fig ... 101 shows a variant of such a bearing. FIG. 98 is a plan view of an expanded block of
Гребни гофрированных лент образуют замкнутые контуры с расположенной внутри контуров осью подшипника.The crests of the corrugated tapes form closed contours with the bearing axis located inside the contours.
Для оптимального соотношения распределения давлений по обе стороны верхней ленты 760, обеспечивающего необходимую толщину смазочного слоя между ленты 760 и цапфой, прорезь 952 может иметь переменную ширину.For an optimal ratio of the pressure distribution on both sides of the upper tape 760, which provides the necessary thickness of the lubricant layer between the tape 760 and the journal, the
Высота гофрированных лент может иметь различную высоту в окружном направлении для создания избыточного давления в смазочном слое при вращении цапфы. Для создания избыточного давления могут быть использованы также канавки на поверхности цапфы или канавки на верхней ленте, представленные выше в описании.The height of the corrugated tapes can have different heights in the circumferential direction to create excess pressure in the lubricating layer during rotation of the pin. To create excess pressure, grooves on the trunnion surface or grooves on the upper belt, described above, can also be used.
Возможен вариант подшипника, показанного на виг.100, где в окружном направлении расположено несколько верхних лент с находящимися под каждой лентой гофрированными лентами, подобно осевому подшипнику, показанному на фиг.96 и 97.A variant of the bearing shown in Fig. 100 is possible, where in the circumferential direction there are several upper tapes with corrugated tapes under each tape, similar to the axial bearing shown in Figs. 96 and 97.
Возможен вариант подшипника, где гребни гофрированных лент, входящие в блок, подобный блоку 950, подобно гребням гофрированных лент, показанным на фиг.94, образуют разомкнутый винтовой контур. Такое расположение гребней также существенно увеличивает гидравлическое сопротивление утечкам газа в осевом направлении, направлении для подшипника.A bearing variant is possible where the crests of the corrugated tapes included in a block similar to block 950, like the crests of the corrugated tapes shown in Fig. 94, form an open helical contour. This arrangement of the ridges also significantly increases the hydraulic resistance to gas leaks in the axial direction, the direction for the bearing.
Варианты упругого элемента, содержащего гофрированные ленты для снижения жесткости осевого подшипника - уплотнения показанных на фиг.88…90, могут быть использованы для радиального подшипника - уплотнения, вариант которого показан на фиг.98…101.Variants of an elastic element containing corrugated tapes to reduce the stiffness of the axial bearing - seals shown in Figs. 88 ... 90 can be used for a radial bearing - seals, a variant of which is shown in Figs. 98 ... 101.
Возможны другие варианты упругого элемента для снижения жесткости подшипника - уплотнения помимо вариантов, показанных на фиг.88…90. Такие варианты показаны на фиг.102 и 103 и отличаются от варианта, показанного на фиг.84, наличием второго слоя гофрированных лент в упругом элементе.There are other options for the elastic element to reduce the stiffness of the bearing - seals in addition to the options shown in Fig.88 ... 90. Such options are shown in FIGS. 102 and 103 and differ from the option shown in FIG. 84 by the presence of a second layer of corrugated tapes in the elastic member.
На фиг.102 показано сечение осевого подшипника - уплотнения в радиальном направлении. Формирующие упругий элемент подшипника гофрированные ленты 975 и 976 образуют пары и расположены между верхней лентой 156 и вкладышем 158 в два слоя, т.е. одна на другой, в осевом направлении, т.е. в направлении, нормальном к поверхности упорного диска 154. Гофрированная лента 975 расположена между верхней лентой 156 и вкладышем 158. Гофрированная лента 976 расположена в первом слое между гофрированной лентой 975 и вкладышем 158. Гребни 977 и 978 соответственно гофрированных лент 975 и 976, также как и другие гребни этих лент, расположены в окружном направлении, подобно гребням 901 гофрированным лентам 895, показанным на фиг.84. Гофрированные ленты 976 расположены относительно друг друга в окружном направлении, т.е. в направлении расположения гребней лент 976, и образуют первый слой упругого элемента. Гофрированные ленты 975 расположены относительно друг друга в окружном направлении, т.е. в направлении расположения гребней лент 975, во втором слое. Гребень 978 и другие гребни гофрированной ленты 976 расположены вдоль гребня 977 и других гребней гофрированной ленты 975.On Fig shows a cross section of an axial bearing - seals in the radial direction.
Гофрированные ленты 975 и 976 зафиксированы друг относительно друга через упругие средства с возможностью создания упругой реакции между лентами 975 и 976 при относительном смещении последних в направлении вдоль поверхности верхней ленты 156 и поперек к линиям гребней ленты 975, что для подшипника, показанного на фиг.102, является радиальным направлением. Гофрированные ленты 975 и 976 закреплены каждая на опорной ленте 174 по периферийному краю 981 и 982 ленты 975 и 976 посредством, например, контактной сварки. Края гофрированных лент 975 и 976, противоположные периферийным краям 981 и 982, не закреплены. Упругим средством, соединяющим гофрированные части ленты 975 и 976, расположенные между упорным диском 154 и вкладышем 158, для создания упругой реакции между этими частями, является волна 985 ленты 975, имеющая гребень 983, расположенный вдоль гребня 977 ленты 975, длину, существенно превышающую длину остальных волн ленты 975, расположенная у края ленты 975 и отстоящая от оси ротора дальше, чем периферийная часть упорного диска 154 и верхней ленты 156. Гофрированные части ленты 975 и 976 соединены через волну 985 и опорную ленту 174. Большая длина волны 985 позволяет получить необходимую относительно небольшую жесткость и упругую реакцию при относительном смещении лент 975 и 976 в радиальном направлении. Возможен вариант, где жесткость упругого средства, соединяющего пару гофрированных лент 975 и 976, является различной для различных пар этих лент. Это дает возможности для формирования профиля смазачного слоя между верхней лентой 156 и
Гофрированные ленты 975 и 976 контактируют друг с другом по наклонным участкам поверхностей волн этих лент, являющимися контактными участками, передающим подшипниковую нагрузку от ленты 975 к ленте 976. Один из таких участков имеет края 979 и 980, расположенные относительно друг друга в направлении, поперечном к гребням ленты 975, и простирается вдоль гребней ленты 975. Этот контактный участок содержит контактную поверхность гофрированной ленты 975, обращенную к ленте 976 и вкладышу 158 и поверхность гофрированной ленты 976, обращенную к ленте 975 и упорному диску 158 и контактирующую с контактной поверхностью ленты 975.The
Наклонные части волн лент 975 к 976, имеющие рассмотренные выше контактные участки поверхностей, чередуются с другими наклонными частями волн лент 975 к 976, между которыми имеются зазоры. Один из таких зазоров, зазор 996 имеется между частями 984 и 987 волн лент 975 и 976. Эти зазоры позволяют смещаться ленте 975 относительно ленты 976 вдоль контактных участков лент 975 и 976 с уменьшением расстояния между лентой 975 и вкладышем 158.The inclined parts of the waves of the
Возможен вариант, где такой контактный участок содержит между поверхностями лент 975 и 976, например, тонкую полимерную ленту, металлическую фольгу или покрытие ленты 975 или 976, передающие нагрузку от поверхности ленты 975 к поверхности ленты 976 этого участка, например, для изменения коэффициента трения на контактном участке.It is possible that such a contact section contains between the surfaces of the
На гребень 977 и другие гребни ленты 975 действуют со стороны верхней ленты 156 силы, возникающие при действии на подшипник подшипниковой нагрузки. Эти силы стремятся сместить ленты 975 и 976 относительно друг друга в направлении вдоль поверхности верхней ленты 156 и поперек к линиям гребней ленты 975. При отсутствии трения между контактными поверхностями лент 975 и 976 такое смещение лент 975 и 976 происходит при любом ненулевом значении контактного угла 986 наклона одной контактных поверхностей лент 975 и 976 к поверхностью ленты 156 или ленты 174 как при увеличении, так и при уменьшении силы, действующей на гребень 977 и соответственно уменьшении или увеличении зазора между верхней лентой 156 и вкладышем 158. При ненулевом коэффициенте трения между контактными поверхностями и контактном угле 986 меньше некоторого значения такое смещение лент 975 и 976 престает происходить при нарастании силы на гребень и может происходить лишь при уменьшении нагрузки на гребень за счет упругой силы реакции со стороны волны 985 ленты 975. При ненулевом коэффициенте трения между контактными поверхностями и угле 986 больше некоторого значения такое смещение лент 975 и 976 происходит при нарастании и не происходит при убывании силы на гребень. Когда угол 986 больше некоторого минимального значения и меньше некоторого максимального значения, зависящего также от коэффициента трения между контактными поверхностями, такое смещение лент 975 и 976 происходит как при уменьшении нагрузки на гребень, так и при ее увеличении.On the
На фиг.103 показан другой вариант подшипника с упругим элементом, отличающийся от варианта на фиг.102 другим закреплением пары гофрированных лент 988 и 989 и другим упругим средством, связывающим эти ленты. Ленты 988 и 989 содержат гофрированные части, содержащую волны и контактные поверхности, и крепежные части 992 и 997, Упругое средство выполнено в виде упругой части 990 ленты 988 и упругой части 991 ленты 989, расположенных соответственно между крепежной частью 992 и гофрированной частью ленты 988 и между крепежной частью 997 и гофрированной частью ленты 989. Части 990 и 991 расположены перпендикулярно ил по небольшим углом к поверхности верхней ленты и выполняют функцию упругого средства. Крепежная часть 992 ленты 988 скреплена с крепежной частью 997 ленты 989 через расположенный между этими частями лист 994 при помощи сварки. Крепежные части лент 988 и 989 вместе с листом 994 расположены в пазу 995 корпуса подшипника 993, расположенном вдоль гребней волн лент 988 и 989. Между частью 990 ленты 988 и частью 991 ленты 989 имеется свободное пространство, образованное за счет листа 994 и позволяющее частям 990 и 991 приближаться и отдаляться друг от друга и создавать в направлении поперек к гребню ленты 988 и вдоль верхней ленты упругую реакцию за счет изгиба частей 990 и 991.On Fig shows another variant of the bearing with an elastic element, which differs from the variant in Fig. 10 by another fixing of a pair of
В показанных на фиг.102 и 103 вариантах подшипника упругие средства, соединяющие гофрированные ленты, являются частями соединяемых гофрированных лент. Возможен вариант, где упругие средства выполнены отдельно от пары соединяемых гофрированных лент, например, в виде отдельной ленты, приваренной к каждой из этих гофрированных лент выполняющей функцию пластинчатой пружины, подобно частям 990 и 991 гофрированных лент 988 и 989, показанных на фиг.103.In the bearings shown in FIGS. 102 and 103, the elastic means connecting the corrugated tapes are parts of the joined corrugated tapes. A variant is possible where the elastic means are made separately from a pair of connected corrugated tapes, for example, in the form of a separate tape welded to each of these corrugated tapes acting as a leaf spring, like
Возможен также другой вариант упругого элемента подшипника, показанного на фиг.102, где друг с другом контактируют по наклонным участкам волн несколько, например, три гофрированных ленты, расположенные одна на другой в три слоя в направлении, нормальном к поверхности упорного диска 154 и связанные между собой упругими средствами, например, подобно гофрированным лентам 975 и 976 на фиг.102.Another variant of the elastic bearing element shown in Fig. 102 is also possible, where several, for example, three corrugated tapes are arranged on top of each other in three layers in the direction normal to the surface of the
Возможет вариант радиального подшипника - уплотнения, показанного на фиг.99…101, где вместо каждой из гофрированных лент 958 установлена пара первой и второй гофрированных лент, подобных лентам 975 и 976, показанным на фиг.102 и имеющих такие же признаки взаимного расположения и крепления с фиксацией относительно друг друга через упругие средства, как ленты 975 и 976, для возможности скольжения относительно друг друга с целью уменьшения жесткости подшипника.A variant of the radial bearing is possible - the seals shown in Figs. 99 ... 101, where instead of each of the
Жесткость упругого элемента подшипников, показанных на фиг.102 и 103, при условии относительного скольжения контактных поверхностей гофрированных лент определяется главным образом жесткостью упругих средств, через которые соединяются гофрированные ленты и контактным углом наклона этих контактных поверхностей. Поэтому волны длина контактирующих гофрированных лент может быть существенно уменьшена без увеличения жесткости упругого элемента. Это позволяет применять такой упругий элемент, например, для осевых и радиальных подшипников малых размеров, для которых упругий элемент из обычной гофрированной ленты, жесткость которого возрастает пропорционально кубу уменьшения длины волны гофрированной ленты, не позволяет получить оптимального распределения матрицы жесткости верхней ленты при действия давления смазочного слоя из-за чрезмерно большой длины волны гофрированной ленты.The stiffness of the elastic element of the bearings shown in FIGS. 102 and 103, subject to relative sliding of the contact surfaces of the corrugated tapes, is mainly determined by the stiffness of the elastic means through which the corrugated tapes are connected and the contact angle of inclination of these contact surfaces. Therefore, the wavelength of the contacting corrugated tapes can be significantly reduced without increasing the stiffness of the elastic element. This makes it possible to use such an elastic element, for example, for axial and radial bearings of small sizes, for which an elastic element of ordinary corrugated tape, the rigidity of which increases in proportion to the cube of decreasing wavelength of the corrugated tape, does not allow to obtain the optimal distribution of the stiffness matrix of the upper tape under the action of lubricating pressure layer due to excessively long wavelength of the corrugated tape.
Показанный на фиг.103 вариант упругого элемента для подшипника - уплотнения может быть использован в обычных осевых и радиальных ленточных подшипниках где гофрированные ленты опираются на жесткий корпус подшипника и отсутствует вкладыш, с направлением расположения гребней гофрированных лент, например, поперек окружного направления.The variant of the elastic element for the bearing - seal shown in Fig. 103 can be used in conventional axial and radial tape bearings where the corrugated tapes rest on a rigid bearing housing and there is no insert with the direction of the crests of the corrugated tapes, for example, across the circumferential direction.
Верхний вкладыш 158 осевого подшипника, показанного на фиг.4, 68 и 70, опирается на упоры 164 и 169, расположенные с противоположных сторон от оси подшипника в диаметральном направлении. Упоры 164 и 169 имеют цилиндрические поверхности, по которым контактируют с нижним вкладышем 160 и передают от вкладыша 158 к вкладышу 160 основную часть нагрузки на подшипник. Возможны варианты упоров с другими подходящими поверхностями.The
Как показано на фиг.68 и 69, нижний вкладыш 160 опирается на упоры 162 и 171, расположенные с противоположных сторон от оси подшипника в диаметральном направлении. Линия расположения упоров 162 и 171 направлена поперек к линии расположения упоров 164 и 169. Упоры 162 и 171 имеют цилиндрические поверхности, по которым контактируют с датчиками силы 163 и 167 соответственно и передают от вкладыша 160 к корпусу 168 основную часть нагрузки на подшипник. Возможен вариант установки датчиков силы между вкладышами 158 и 160 совместно с упорами 164 и 169.As shown in FIGS. 68 and 69, the
Перекос вращающегося упорного диска 154 относительно верхнего вкладыша 158 приводит к увеличению с одной стороны и уменьшению с противоположной стороны вкладыша 158 средней толщины смазочного слоя. Эта неравномерность вызывает увеличение давления со стороны меньшей толщины смазочного слоя. Возникающий крутящий момент, действующий на вкладыш 158, приводит к его повороту относительно вкладыша 160 вокруг линии контакта упоров 164 и 169 с вкладышем 160 и повороту вкладыша 160 относительно корпуса 168 вокруг линии контакта упоров 162 и 171 с датчиками силы 163 и 167 таким образом, что возникшая неравномерность толщины смазочного слоя устраняется и перекос корпуса подшипника и упорного диска компенсируется. Компенсация указанного перекоса в любом направлении возможна благодаря тому, что пара упоров 164 и 169 располагается в поперечном направления к упорам 162 и 171.The skew of the
Вкладыши 158 и 160 зафиксированы в радиальном и окружном направлении относительно промежуточного кольца 127, закрепленного на корпусе 168, при помощи штифтов 166 и 161. Между вкладышами 158 и 160 расположено в окружном направлении несколько гофрированных лент 177. Между промежуточным кольцом 127 и вкладышем 160 расположено в окружном направлении несколько гофрированных лент 176. Гофрированные ленты 176 и 177 предназначены для демпфирования возможных колебаний вкладышей 158 и 160. Для увеличения демпфирования ленты 176 и 177 могут быть включены в состав упругодемпферных блоков, подобных например, показанному на фиг.5.The
От датчиков силы 163 и 167 нагрузка на подшипник передается на пьезокерамические актюаторы 126 и 129, принцип действия которых подобен актюатору 216, показанному на фиг.23. Актюаторы 126 и 129 входят в состав нагрузочного устройства для управления преднатягом осевого подшипника. Возможен вариант, где вместо актюаторов 126 и 129 используются болты, подобные болту 104 для управления преднатягом в радиальном подшипнике, показанном на фиг.1.From the
Возможен вариант использования нагрузочного устройства для ленточного подшипника с частичной самоустановкой вкладыша с установленными на нем ленточными элементами. Этот вариант может быть реализован, например, путем удаления из подшипника, показанного на фиг.4, 68 и 69 нижнего вкладыша 160 с упорами 162 и 171 и установки верхнего вкладыша 158 с упорами 164 и 169 на актюаторы 126 и 129.It is possible to use a load device for a tape bearing with a partial self-installation of a liner with tape elements mounted on it. This option can be implemented, for example, by removing from the bearing shown in FIGS. 4, 68 and 69 the
Возможен также вариант использования нагрузочного устройства для ленточного подшипника без самоустановки вкладыша 158. Этот вариант может быть реализован, например, путем удаления из подшипника, показанного на фиг.4, 68 и 69 нижнего вкладыша 160 с упорами 162 и 171 и установки верхнего вкладыша 158 через упоры на три актюатора, подобные актюатору 126 и расположенные по окружности под углом около 120 градусов.It is also possible to use a load device for a tape bearing without self-aligning the
С другой стороны упорного диска 154 расположен осевой подшипник, подобный показанному на фиг.4 подшипнику, содержащий вкладыши, подобные вкладышам 158 и 160, опирающиеся на упоры, расположенные в поперечных направления, подобно упорам 164, 169, 162 и 171, передающие нагрузку на датчики силы. Для управления преднатягом в осевом подшипнике достаточно наличия описанного выше нагрузочного устройство только у одного осевого подшипника.On the other side of the
Во время старта и останова ротора подвижные части нагрузочного устройства - актюаторы 126 и 129 имеют минимальную высоту в направлении упорного диска 154 и преднатяг в подшипнике минимален. Это обеспечивает минимальное контактное давление между упорным диском 154 и верхней лентой 156 и малый износ ленты 156. После достижения частоты вращения, большей чем частоты всплытия упорного диска 156, от системы управления поступает сигнал на актюаторы 126 и 129. Актюаторы увеличиваются по высоте и толкают вкладыши 158 и 160 и верхнюю ленту 156 к диску 154, увеличивая преднатяг и повышая осевую жесткость осевого подшипника.During the start and stop of the rotor, the movable parts of the load device —
В корпусе 168, показанном на фиг.4, установлен электромагнит 134, содержащий катушку 135 и сердечник 136. При прохождении тока через катушку 136 упорный диск 154 притягивается в осевом направлении к электромагниту 134.In the
Возможен другой вариант установки осевого электромагнита, например, напротив отдельного упорного диска.There is another option for installing an axial electromagnet, for example, opposite a separate thrust disk.
В кольцевом пространстве между дисками 158, 160 и электромагнитом 134 установлен элемент для ограничения осевых перемещений упорного диска 154, содержащий ограничительное кольцо 130 с расположенный на торце кольца 130 антифрикционный слой 131.In the annular space between the
При смещении вращающегося ротора под действием осевой нагрузки, превышающей несущую способность подшипника, сначала возникает контакт между диском 154 и верхней лентой 156, затем, при дальнейшем смещении ротора, возникает контакт диска 154 с антифрикционным слоем 131 кольца 130, после чего дальнейшее смещение диска 154 и ротора прекращается. Ограничительное кольцо 130 имеет такой осевой размер, что пластической деформации гофрированных лент 165 при максимальном смещении цапфы не происходит.When the rotating rotor is displaced under an axial load exceeding the bearing capacity of the bearing, contact first occurs between the
С противоположной стороны упорного диска 154 расположен ограничительное кольцо, подобное кольцу 130 и электромагнит, подобный электромагниту 134.On the opposite side of the
На фиг.104 показан вариант блок-схемы устройства электромагнитной разгрузки и устройства управления преднатягом осевого подшипника. Эта система устроена аналогично системе управления радиального подшипника, показанной на фиг.58 Выходы воспринимающих нагрузку в одном направлении датчиков силы 163 и 167, показанных на фиг.4 и подобных им воспринимающих нагрузку в другом направлении датчиков силы 702 и 703 соединены с входами усилителей 704. Выходы усилителей 704 соединены с входами формирователя 708. Формирователь 708 выдает электрический сигнал S, пропорциональный нагрузке упорного диска 154 на один из осевых подшипников.104 shows an embodiment of a block diagram of an electromagnetic unloading device and an axial bearing preload control device. This system is arranged similarly to the radial bearing control system shown in Fig. 58 The outputs of the load sensors in one direction of the
Выход формирователя 708 соединен с входами фильтра 714, фильтра 730 и контроллера 740. Контроллер 740 предназначен для получения и обработки сигналов от усилителей 704 датчиков силы, формирователя 708, датчика частоты вращения 606, выдачи сигналов уставки на 1-регуляторы 738 и сигнала на привод 745 нагрузочного устройства для управления преднатягом 746, представленного на фиг.4 и 68 пьезокерамическими актюаторами 126 и 129.The output of the
Фильтр 714 пропускает частоты, не превышающие частоту порядка частоты собственных осевых колебаний ротора, например, несколько большую, чем эта частота. Выход фильтра 714 соединен с входом 718 D-регулятора электрических сигналов. D-регулятор 718 работает аналогично показанному на фиг.58 D-регулятору 618 радиального подшипника, принцип работы которого описан выше.Filter 714 passes frequencies that do not exceed a frequency on the order of the frequency of the axial oscillations of the rotor, for example, slightly greater than this frequency. The output of the
Фильтр 730 пропускает частоты, меньшие, например, порядка несколько десятков герц и несколько большие, чем частоты возможных осевых колебаний ротора при помпаже. Выход фильтра 730 соединен с входом интегрального I-регулятора 738. I-регулятор 738 работает аналогично I-регулятору 638 радиального подшипника, принцип работы которого описан выше. I-регуляторы 638 имеют также входы, соединенные с выходами из контроллера 740 для задания уставки регулирования.Filter 730 passes frequencies that are less, for example, of the order of several tens of hertz and somewhat higher than the frequencies of possible axial vibrations of the rotor during surge. The output of the
Контроллер 740 предназначен для получения и обработки сигналов формирователя 708 и датчика частоты вращения 606, выдачи сигнала уставки на I-регулятор 738, а также для временного отключения выходов формирователя 708 на фильтры 714 и 730.The
Выход из D-регулятора 718 и I-регулятора 738 соединен с входом сумматора 720. Сумматор 720 выполняет сложение сигнала от D-регулятора 718 и I-регулятора 738. Выход сумматора 720 соединен с входом формирователя 722 управляющих токов для разгрузки осевого подшипника. Выходы формирователя 722 соединены с входами усилителей мощности 742 и 744.The output from the D-
В целом при помощи системы управления, показанной на фиг.104, осуществляется разгрузка от низкочастотных и постоянных нагрузок через I-регулятор 738 и демпфирование среднечастотных колебаний через D-регулятор 718.In general, using the control system shown in Fig. 104, unloading from low-frequency and constant loads through the I-
Перед пуском, при нулевой частоте вращения ротора, выходы формирователя 708, соединенные с фильтрами 714 и 730, отключены по команде контроллера 740. Сигналы от датчиков силы 163, 167, 702 и 703 через усилители 704 поступают в формирователь 708. Из формирователя 708 сигнал поступает в контроллер 740, где фиксируется средняя величина (S)1 этого сигнала.Before starting, at zero rotor speed, the outputs of the
Если ротор установлен вертикально или под наклоном, из контроллера 740 выдается на вход усилителя мощности 742 постоянный электрический сигнал заданной величины, поступающий усилителя 742 в катушку 135, расположенную с противоположной стороны от осевого подшипника, нагруженного весовой нагрузкой, для создания силы, снижающей весовую нагрузку ротора на осевой подшипник. Величина сигнала зависит от угла наклона оси ротора. В контроллере 740 фиксируется средняя величина сигналов (SX)0 и (SY)0, поступающих из формирователя 708.If the rotor is mounted vertically or at an angle, a constant electric signal of a given value is supplied to the input of the
Далее происходит разгон ротора с разгрузкой осевого подшипника, которая может осуществляться по двум вариантам.Next, the rotor accelerates with the unloading of the axial bearing, which can be carried out in two ways.
При первом варианте, аналогично разгрузке радиального подшипника, ротор разгоняется до заданной частоты при продолжающей действовать от электромагнита постоянной силе. Этот этап завершается после поступления на контроллер 740 сигнала на датчик частоты вращения 606. При останове ротора после снижения частоты вращения до заданной частоты из контроллера 740 снова выдается на вход усилителя мощности 742 в катушку 135 сигнал заданной величины для создания силы, снижающей весовую нагрузку ротора на радиальный подшипник.In the first embodiment, similar to the unloading of a radial bearing, the rotor accelerates to a predetermined frequency while the constant force continues to operate from the electromagnet. This stage is completed after a signal is received by the
При втором варианте отключается постоянный сигнал, поступавший из контроллера на усилитель 742 и включаются выходы формирователя 608, соединенные с фильтрами 714 и 730. При последующем разгоне и работе турбомашины сигнал (S)1 используется в I-регуляторе 738 в качестве уставки регулирования. Такая настройка уставки регулирования позволяет оптимизировать совместную работу ленточного подшипника и устройства электромагнитной разгрузки.In the second embodiment, the constant signal coming from the controller to the
При вертикальном или наклонно установленном роторе, когда на осевой подшипник действует весовая нагрузка, после разгона ротора может быть выполнена смена уставок регулирования аналогично системе управления устройством электромагнитной разгрузки радиального подшипника для устранения разгрузки электромагнитом веса ротора и снижения тепловыделение в катушке 135.With a vertically or obliquely mounted rotor, when a weight load acts on the axial bearing, after acceleration of the rotor, the control settings can be changed similarly to the control system of the device for electromagnetic unloading of the radial bearing to eliminate the unloading of the rotor weight by the electromagnet and reduce heat generation in the
В начале разгона ротора актюаторы 126 и 129 нагрузочного устройства 746, показанные на фиг.4, по команде контроллера 740 отодвигаются от упорного диска 154 и создается минимальный преднатяг для снижения износа подшипника. После разгона ротора до частоты, превышающей частоту всплытия, по команде контроллера 740, показанного на фиг.97, нагрузочное устройство 746 увеличивает преднатяг подшипника.At the beginning of the rotor acceleration, the
Разгрузка подшипника от среднечастотных колебаний, например, автоколебаний ротора, производится следующим образом. Поступающие от датчиков силы 163, 167, 702 и 703 в усилители 704 переменные сигналы преобразуются в формирователе 708 в сигнал, пропорциональный действующей на осевой подшипник нагрузке. Этот сигнал проходит фильтр 714, преобразуется после прохождения D-регулятора 718, сумматоров 720, формирователя 722 и усилителей мощности 742 и 744 и создает между сердечником 135 или 138 и упорным диском 154 силу, направленную против осевой скорости движения упорного диска. Такая сила вызывает снижение амплитуды осевых колебаний ротора.Unloading the bearing from mid-frequency vibrations, for example, self-oscillations of the rotor, is as follows. The incoming signals from the
Разгрузка подшипника от низкочастотных колебаний, например, помпажных колебаний ротора, производится следующим образом. Поступающие от датчиков силы 163, 167, 702 и 703 в усилители 704 переменные сигналы преобразуются в формирователе 708 в сигнал, пропорциональный действующей на осевой подшипник нагрузке. Этот сигнал проходит фильтр 730, преобразуется после прохождения I-регулятора 738, сумматора 620, формирователя 722 и усилителей мощности 742 и 744 и создает между сердечником 135 или 138 и упорным диском 154 силу, направленную против действующей на осевой ленточный подшипник нагрузки. Такая сила вызывает снижение действующей на осевой ленточный подшипник нагрузки.Unloading the bearing from low-frequency oscillations, for example, surge oscillations of the rotor, is as follows. The incoming signals from the
При вертикальной установке ротора турбомашины система управления разгрузкой радиального и осевого подшипника, показанные на фиг.58 и 96, могут быть изменены для компенсации весовой нагрузки на осевой подшипник при старте и останове. В этом варианте при разгоне и торможении ротора контроллером 740 через усилитель мощности 742 или 744 выдается постоянный сигнал на катушку 135 или 137 для создания действующей на упорный диск силы, снижающей весовую нагрузку ротора на осевой подшипник. При этом разгрузка радиального подшипника от весовой нагрузки не производится.When the turbomachine rotor is mounted vertically, the radial and axial bearing unloading control system shown in FIGS. 58 and 96 can be changed to compensate for the weight load on the axial bearing during start and stop. In this embodiment, when the rotor is accelerated and braked by the
На фиг.105 представлен вид в плане на развертку рабочей части верхней ленты 395 другого варианта ленточного радиального подшипника. На фиг.106 показана часть поперечного разреза этого подшипника.On Fig presents a view in plan for a scan of the working part of the
Подшипник содержит цапфу 200, расположенную внутри отверстия, образованного внутренней поверхностью 405 корпуса 401. Цапфа 200 имеет наружную поверхность вращения 407, в частности, цилиндрической формы. Между поверхностью 407 и поверхностью 405, т.е. между цапфой 200 и корпусом 401, расположена верхняя лета 395. Лента 395 закреплена относительно корпуса любым подходящим способом, например, при помощи хвостовой части ленты 404, установленной в пазу корпуса 401, расположенном в направлении оси подшипника. Между верхней лентой 395 и корпусом 401 расположена гофрированная лента 400, выполняющая роль упругого элемента подшипника. Задний 391 и передний 396 края ленты 395 расположены вдоль оси подшипника, т.е. поперек направления вращения цапфы 200. Боковые края ленты 395 расположены в окружном направлении.The bearing comprises a
Вращение цапфы 200 происходит в направлении от заднего края 391 к переднему краю 396 ленты 395. Смазочный слой при этом образуется между поверхностью вращения 407 и верхней лентой 395. Подшипниковая нагрузка передается от этого смазочного слоя к корпусу 401 через ленту 395, промежуточную ленту 382 и гофрированную ленту 400.The
Гофрированная лента 400 закреплена относительно корпуса любым подходящим способом, например, посредством соединения контактной сваркой с верней лентой 395 в точках 389, расположенных, установленной в пазу корпуса 401, расположенном в направлении оси подшипника.
Лента 395 содержит две равные отдельные прямоугольные в плане части 1010 и 1011. Части 1010 и 1011 расположены относительно друг друга поперек окружного направления. Боковые края 1013 и 1014 соответственно частей 1010 и 1011 ленты 395 расположены в окружном направлении от точки 399, находящейся на заднем крае 391 ленты 395, до точки 397, находящейся на переднем крае 396 ленты 395. Вращение цапфы 200 происходит в направлении от задних краев частей 1010 и 1011 к передним краям последних. Передние и задние края частей 1010 и 1011 принадлежат соответственно переднему краю 396 и заднему краю 391 верхней ленты 395. Между боковыми краями 1013 и 1014, обращенными друг к другу, имеется узкая щель шириной порядка нескольких сотых или десятых миллиметра в зоне у переднего края ленты 395. Возможен вариант, где боковые края 1013 и 1014 прилегают друг к другу вплотную.
Между верхней лентой 395 и гофрированной лентой 400 расположена промежуточная лента 382, передающая подшипниковую нагрузку от ленты 395 к ленте 400. Лента 382 содержит три равные отдельные прямоугольные части: 1020, 1021 и 1022. Последние расположены относительно друг друга поперек окружного направления. Между боковыми краями 1030 и 1031 соответственно соседних частей 1020 и 1021 и боковыми краями 1032 и 1033 соответственно частей 1021 и 1022, обращенными друг к другу, имеется узкая щель. Ширина этой щели может быть несколько больше, чем ширины щели между частями ленты 395, не более порядка миллиметра, предотвращая существенное продавливание ленты 395 в эту щель.Between the
Лента 382 закреплена на ленте 395 при помощи контактной сварки в нескольких точках 389, расположенных возле переднего края 391 ленты 395, следующим образом. Расположенная с края часть 1020 ленты 382 закреплена на части 1010 ленты 395. Средняя краю часть 1021 ленты 382 закреплена на частях 1010 и 1020 ленты 395. Расположенная с края часть 1022 ленты 382 закреплена на части 1011 ленты 395.The
В смазочном слое между вращающейся цапфой 200 и верхней лентой 395 выделяется тепло. Большая часть тепла выделяется ближе к переднему краю 391 ленты 395, в зоне малой толщины смазочного слоя. В результате такого неравномерного нагрева в окружном направлении температура и тепловое расширение ленты 395 в направлении, поперечном к окружному, больше у переднего, чем у заднего края ленты 395. Наличие зазора между боковыми краями 1013 и 1014 частей 1010 и 1011 ленты 395 приводит к возможности свободного относительного смещения этих краев в поперек окружного направления. В результате тепловые напряжения в верхней ленте 395 возникают от неравномерного нагрева в окружном направлении частей 1010 и 1011, имеющих каждая меньшую ширину в поперечном к окружному направлении, чем вся лента 395, что уменьшает тепловые напряжения и площадь зоны этих напряжений в ленте 395 по сравнению с цельной верхней лентой в обычном ленточном подшипнике и устраняет или уменьшает коробление верхней ленты 395 при большой частоте вращения цапфы и подшипниковой нагрузке.Heat is generated in the lubricating layer between the
Неравномерный нагрев в окружном направлении имеет также лента 382. Наличие отдельных частей ленты 382 снижает тепловые напряжения в последней и предотвращает ее коробление при больших нагрузках и частоте вращения цапфы.The
Несущая способность смазочного слоя между лентой 395 и цапфой 200, определяющая несущую способность подшипника, возрастет из-за повышения давления в смазочном слое, если вместо ленты 395 будет установлена цельная верхняя лента, не имеющая щели в своей средней части, как лента 395. Наличие щели между частями 1010 и 1011 приводит к дополнительным перетечкам воздуха в смазочном слое, снижающим несущую способность последнего. При отсутствии промежуточной ленты 382 перетечки воздуха из смазочного слоя направлены нормально к поверхности цапфы 200 и поступают через щель в пространство между верхней лентой 395 и корпусом 401, где расположена гофрированная лента 400. Такие перетечки приводят к максимальной потере несущей способности смазочного слоя. Однако и в этом случае уменьшение ширины щели снижает перетечки и ширина щели может быть подобрана достаточно малой, чтобы несущая способность смазочного слоя между лентой 395 и цапфой была больше, чем в случае, если щель между частями ленты 395, была бы велика, например, один миллиметр или более, когда ширина щели между частями 1010 и 1011 ленты 395 уже не влияет на несущую способность, а также больше, чем несущая способность цельной верхней ленты, установленной вместо ленты 395 и имеющей максимальную ширину, при которой не происходит коробления верхней ленты из-за тепловых деформаций Увеличение ширины участка щели снижает давление в смазочном слое тем больше, чем меньше толщина смазочного слоя и выше начальное давление на этом участке. Поэтому максимальная допустимая ширина щели у заднего края верхней ленты, где толщина смазочного слоя велика, а давление мало, может быть значительно больше, чем у переднего края этой ленты, где толщина слоя мала и давление в слое велико.. Для уменьшения перетечек воздуха возможен также вариант, где ширина щели практически равна нулю за счет плотного прижатия боковых краев частей верхней ленты. Возможен также вариант, где ширина щели в окружном направлении переменная.The bearing capacity of the lubricating layer between the
Добавление промежуточной ленты 382 значительно увеличивает несущую способность смазочного слоя, уменьшая перетечки в смазочном слое, поскольку в этом случае лента 382 плотно прилегает к ленте 395 и перетечки воздуха происходят из зоны смазочного слоя с высоким давлением в зону смазочного слоя с низким давлением по щели между частями 1010 и 1011 ленты 395 в окружном направлении, и гидравлическое сопротивление при таком течении воздуха значительно выше, чем при течении воздуха в радиальном направлении сквозь щель между частями 1010 и 1011, при отсутствии ленты 382.Adding an
Количество частей в верхней ленте может определяться степенью неравномерности ее нагрева в окружном направлении. Ширина этих частей в поперечном к окружному направлению может быть различной. Соотношение ширины этих частей может определяться получением оптимального давления смазочного слоя.The number of parts in the upper tape can be determined by the degree of unevenness of its heating in the circumferential direction. The width of these parts in the transverse to the circumferential direction may be different. The ratio of the width of these parts can be determined by obtaining the optimal pressure of the lubricating layer.
Возможен вариант подшипника, где по сравнению с подшипником, показанном на фиг.105, может быть несколько, например, три, в том числе неравные по ширине прямоугольные части с обращенными друг к другу краями. Количество частей у промежуточной ленты может быть две или несколько, а ширина этих частей может быть различной.A bearing variant is possible, where, compared with the bearing shown in FIG. 105, there may be several, for example, three, including rectangular parts of unequal width with the edges facing each other. The number of parts of the intermediate tape can be two or more, and the width of these parts can be different.
В показанном на фиг.105 варианте подшипника верхняя лента 395, имеет щель между частями ленты 395, расположенную по прямой линии в окружном направлении. Возможен вариант подшипника, где по сравнению с подшипником, показанным на фиг.105, эта щель расположена под небольшим углом к окружному направлению, включая вариант с криволинейной линией щели. При этом начало и конец щели расположены соответственно на заднем и переднем краю верхней ленты, а части верхней ленты, разделяемые этой щелью, располагаются поперек окружного направления.In the embodiment of the bearing shown in FIG. 105, the
На фиг.107 показан вариант подшипника, отличающийся от показанного на фиг.105 и 106 варианта тем, что верхняя лента 1040 на фиг.107 разделена на части не до конца. Также не до конца разделена на части промежуточная лента. Щель 1055, делящая ленту 1040 в окружном направлении на две прямоугольные части, 1042 и 1043, от точки 1047 на переднем крае 1045 до точки 1048, прерывается перемычкой 1050 между частями 1042 и 1043, расположенной от заднего края 1044 ленты 1040, до точки 1048 и соединяющей части 1042 и 1043 ленты 1040. Щель 1055 расположена в зоне малой толщины смазочного слоя и ее длина должна быть достаточной, чтобы снижать тепловые напряжения в ленте 395. Возможен также вариант верхней ленты, где разделяющая ее части щель начинается от заднего края верхней ленты, а перемычка, соединяющая части верхней ленты, расположена у переднего края последней. Промежуточная лента 1060, содержащая части 1052, 1053 и 1054, имеет две щели, а также две перемычки, соединяющие соответственно части 1052 и 1053 и 1053 и 1054. Эти перемычки расположены подобно перемычке, соединяющей части 1042 и 1043 верхней ленты 1040. Показанный на фиг.107 вариант подшипника может иметь варианты, подобно подшипнику, показанному на фиг.105, где щель, разделяющая верхнюю ленту на части, расположена под небольшим углом к окружному направлению, включая вариант с криволинейной линией щели.Fig. 107 shows a bearing variant that differs from that shown in Figs. 105 and 106 in that the
Возможен вариант радиального подшипника, показанного на фиг.1 и 4, где вместо верхних лент 4, 7 и 9 установлены верхние ленты, имеющие все описанные выше признаки ленты 395, представленной на фиг.105, позволяющие получить технический результат снижения тепловых напряжений и устранения коробления верхней ленты, а также поддержания достаточно высокого давления в смазочном слое, и где могут быть установлены промежуточные ленты, имеющие все основные описанные выше признаки промежуточной ленты 382, уменьшающие ее тепловые напряжения и коробление.A variant of the radial bearing shown in figures 1 and 4, where instead of the
Верхние и промежуточные ленты, подобные показанным на фиг.105 и 107, могут быть использованы в других вариантах подшипника, представленных в предлагаемом изобретении, а также в обычных осевых ленточных подшипниках, где гофрированные ленты опираются на жесткий корпус подшипника и отсутствует вкладыш, для снижения коробления от неравномерного нагрева. В этом случае верхняя лента, расположенная между упорным диском и корпусом, имеющая задний край и передний край, расположенные друг относительно друга в направлении вращения упорного диска, содержит две или несколько частей, расположенных относительно друг друга поперечно к окружному направлению и имеющих передний и задний край, принадлежащие соответственно заднему и переднему краю верхней ленты. Эти части имеют боковые края, расположенные в окружном направлении. Боковые края соседних частей расположены с малым зазором или с прилеганием друг к другу для снижения потерь давления в смазочном слое подшипника.Upper and intermediate tapes, similar to those shown in FIGS. 105 and 107, can be used in other bearing variants of the present invention, as well as in conventional axial belt bearings, where the corrugated tapes rest on a rigid bearing housing and there is no insert to reduce warpage from uneven heating. In this case, the upper tape, located between the thrust disk and the housing, having a trailing edge and a leading edge, located relative to each other in the direction of rotation of the thrust disk, contains two or more parts located relative to each other transversely to the circumferential direction and having a leading and trailing edge belonging respectively to the rear and front edges of the upper tape. These parts have lateral edges located in the circumferential direction. The lateral edges of adjacent parts are located with a small gap or adjacent to each other to reduce pressure loss in the lubricating layer of the bearing.
Claims (61)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/438,616 US20150362012A1 (en) | 2012-11-02 | 2013-10-31 | Foil bearing assembly |
PCT/RU2013/000972 WO2014070046A1 (en) | 2012-11-02 | 2013-10-31 | Foil bearing assembly |
RU2013148493A RU2677435C2 (en) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Bearing assembly (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013148493A RU2677435C2 (en) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Bearing assembly (versions) |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012146614/11A Substitution RU2012146614A (en) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | BEARING ASSEMBLY (OPTIONS) |
Related Child Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017146090A Division RU2017146090A (en) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | Bearing unit (options) |
RU2018146011A Division RU2018146011A (en) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | Bearing unit (options) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013148493A RU2013148493A (en) | 2015-05-10 |
RU2677435C2 true RU2677435C2 (en) | 2019-01-16 |
Family
ID=53283359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013148493A RU2677435C2 (en) | 2012-11-02 | 2013-10-31 | Bearing assembly (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2677435C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771991C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-05-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) | Angular contact bearing assembly |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014226840A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Robert Bosch Gmbh | Foil bearing, method for setting a gap geometry of a foil bearing and corresponding manufacturing method of a foil bearing |
CN114151438A (en) * | 2021-11-05 | 2022-03-08 | 上海大学 | Flexible tilting pad bearing based on piezoelectric actuator active control |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4445792A (en) * | 1982-11-22 | 1984-05-01 | General Motors Corporation | Variable preload foil bearing |
US5911511A (en) * | 1997-09-26 | 1999-06-15 | Alliedsignal Inc. | Tilting pad foil thrust and journal bearings |
US6505837B1 (en) * | 1999-10-28 | 2003-01-14 | Mohawk Innovative Technology, Inc. | Compliant foil seal |
US6726365B2 (en) * | 2001-06-12 | 2004-04-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Foil type fluid bearing |
RU2350795C1 (en) * | 2007-08-13 | 2009-03-27 | Юрий Иванович Ермилов | Multi-leaf gas-dynamic bearing |
-
2013
- 2013-10-31 RU RU2013148493A patent/RU2677435C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4445792A (en) * | 1982-11-22 | 1984-05-01 | General Motors Corporation | Variable preload foil bearing |
US5911511A (en) * | 1997-09-26 | 1999-06-15 | Alliedsignal Inc. | Tilting pad foil thrust and journal bearings |
US6505837B1 (en) * | 1999-10-28 | 2003-01-14 | Mohawk Innovative Technology, Inc. | Compliant foil seal |
US6726365B2 (en) * | 2001-06-12 | 2004-04-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Foil type fluid bearing |
RU2350795C1 (en) * | 2007-08-13 | 2009-03-27 | Юрий Иванович Ермилов | Multi-leaf gas-dynamic bearing |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771991C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-05-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) | Angular contact bearing assembly |
RU2771989C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-05-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) | Angular contact bearing assembly |
RU2771999C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-05-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) | Angular contact bearing assembly |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013148493A (en) | 2015-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2014070046A1 (en) | Foil bearing assembly | |
EP2949952A1 (en) | Foil bearing assembly | |
EP1740839B1 (en) | Radial foil bearing | |
US6964522B2 (en) | Hydrodynamic journal foil bearing system | |
US10190431B2 (en) | Seal assembly for rotary machine | |
EP1412663B1 (en) | Hydrodynamic foil face seal | |
US6505837B1 (en) | Compliant foil seal | |
JP3725548B2 (en) | Flexible foil type hydrodynamic fluid film type thrust bearing | |
US20060018574A1 (en) | Hydrodynamic journal bearing | |
US6582125B1 (en) | Smart foil journal bearing with piezoelectric actuators | |
US20070047858A1 (en) | Foil journal bearing with bilinear stiffness spring | |
US6158892A (en) | Fluid film thrust bearing having integral compliant foils | |
WO2012127998A1 (en) | Foil bearing and manufacturing method therefor | |
CN107110199B (en) | Foil bearing, method for adjusting the gap geometry of a foil bearing and corresponding method for producing a foil bearing | |
CN106194987B (en) | Thrust bearing assembl | |
US6190048B1 (en) | Compliant foil fluid film radial bearing | |
CN107002746A (en) | Paper tinsel section bearing, the method and corresponding manufacture method of the gap geometry for adjusting paper tinsel section bearing | |
JP2002013647A (en) | Shaft sealing mechanism and gas turbine | |
WO2015157052A1 (en) | Foil thrust bearing for oil free turbocharger | |
JP4296292B2 (en) | Fluid bearing | |
EP3420200B1 (en) | Sealing unit for turbocharger | |
RU2677435C2 (en) | Bearing assembly (versions) | |
US7530742B2 (en) | Foil bearing | |
JP6800637B2 (en) | Foil bearing | |
JP6622058B2 (en) | Thrust foil bearing, method for manufacturing the same, and intermediate product of thrust foil bearing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant |