RU2704374C2 - Гидродинамический подшипник - Google Patents

Abstract

Чтобы преодолеть недостатки питания смазкой под давлением, гидродинамический подшипник для направления вала (14) содержит неподвижную наружную кольцевую стенку, вращающуюся внутреннюю кольцевую стенку (20) и пространство (22) между этими стенками. Наружная кольцевая стенка содержит отверстие (24) питания смазкой под давлением пространства для получения несущей жидкостной пленки. Подшипник содержит полость (30), ограниченную снаружи внутренней кольцевой стенкой (20) и ограниченную в осевом направлении двумя поперечными кольцевыми стенками (31А, 31В), неподвижно соединенными с валом (14) и расположенными с двух сторон от полости. Внутренняя кольцевая стенка (20) содержит средства (32) гидравлического соединения, соединяющие полость (30) с пространством (22). Полость (30) разделена на отсеки (50, 52) разделительными средствами (48) так, что образует резерв смазки для переходной рабочей фазы. Позволяет избежать заклинивания гидродинамического подшипника. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области гидродинамических подшипников, в частности, для авиационных газотурбинных двигателей.

Уровень техники

Гидродинамический подшипник, предназначенный для направления во вращении вала относительно опоры, как правило, содержит наружную кольцевую стенку подшипника, неподвижно соединенную с опорой, и внутреннюю кольцевую стенку подшипника, неподвижно соединенную с валом и расположенную напротив наружной кольцевой стенки подшипника, образуя кольцевое пространство между внутренней и наружной кольцевыми стенками подшипника. Кроме того, наружная кольцевая стенка подшипника содержит по меньшей мере одно отверстие питания смазкой, предназначенное для питания смазкой под давлением кольцевого пространства с целью получения несущей жидкостной пленки между внутренней и наружной кольцевыми стенками подшипника.

Однако в случае недостаточного питания или отсутствия питания смазкой подшипник может перейти в режим работы, называемый «сухими режимом», в котором внутренняя и наружная кольцевые стенки подшипника могут входить между собой в контакт, что может привести к повреждению подшипника.

Такая ситуация встречается, в частности, в газотурбинных двигателях, применяемых для обеспечения движения летательных аппаратов.

Действительно, в таком газотурбинном двигателе, как правило, подачу смазки обеспечивает насос, приводимый во вращение ротором газотурбинного двигателя. Для этого насос, как правило, соединен с коробкой приводов агрегатов, иногда называемой AGB (от английского “Accessory Gear Box”), которая, в свою очередь, связана с ротором.

При запуске газотурбинного двигателя режим насоса может оказаться недостаточным для обеспечения удовлетворительного расхода смазки внутри кольцевого пространства между внутренней и наружной кольцевыми стенками подшипника.

В частности, это относится к случаю гидродинамического подшипника, поддерживающего вал, принадлежащий к коробке приводов агрегатов, учитывая, что такой вал подвергается действию больших напряжений во время запуска газотурбинного двигателя. Действительно, такой запуск можно осуществить при помощи стартера, соединенного с коробкой приводов агрегатов и приводящего во вращение ротор газотурбинного двигателя через вышеупомянутый вал.

Раскрытие сущности изобретения

Изобретение призвано предложить простое, экономичное и эффективное решение этой проблемы.

В связи с этим изобретением предложен гидродинамический подшипник, предназначенный для направления вала во вращении вокруг продольной оси, определенной относительно опоры, при этом гидродинамический подшипник содержит неподвижную наружную кольцевую стенку подшипника, а также вращающуюся внутреннюю кольцевую стенку подшипника, расположенную напротив наружной кольцевой стенки подшипника таким образом, чтобы образовать кольцевое пространство между внутренней и наружной кольцевыми стенками подшипника. Кроме того, наружная кольцевая стенка подшипника содержит по меньшей мере одно отверстие питания смазкой, предназначенное для питания смазкой под давлением указанного кольцевого пространства с целью получения несущей жидкостной пленки.

Согласно изобретению узел содержит полость, ограниченную снаружи внутренней кольцевой стенкой подшипника и ограниченную в осевом направлении двумя поперечными кольцевыми стенками, неподвижно соединенными с внутренней кольцевой стенкой подшипника и расположенными с двух сторон от полости, и внутренняя кольцевая стенка подшипника содержит средства гидравлического соединения, которые обеспечивают гидравлическое сообщение между полостью и указанным кольцевым пространством. Кроме того, полость выполнена таким образом, что образует резерв смазки для рабочей фазы в переходном режиме.

В установившемся режиме вал вращается, и контур смазки подает смазку под давлением в кольцевое пространство через каждое отверстие питания смазкой. Часть смазки поступает при этом в вышеуказанную полость через указанные средства гидравлического соединения.

Когда вал перестает вращаться, полость образует резерв смазки. Количество смазки, которое может скапливаться в полости, колеблется в зависимости от углового положения и от наклона вала.

Во время дальнейшего приведения во вращение вала, если контур смазки с опозданием обеспечивает подачу смазки в кольцевое пространство через каждое отверстие питания смазкой, смазка, которая могла накопиться в полости, постепенно нагнетается через средства гидравлического соединения в указанное кольцевое пространство под действием центробежной силы. Эта смазка, поступающая из полости, позволяет получить тонкий слой смазки между наружной кольцевой стенкой подшипника и внутренней кольцевой стенкой подшипника, что позволяет гидродинамическому подшипнику работать в так называемом «влажном» режиме.

Такое же явление происходит в любом другом переходном режиме, характеризующемся отсутствием питания смазкой под давлением.

В целом это позволяет избежать заклинивания гидродинамического подшипника.

В наиболее общем аспекте изобретения некоторые особые положения вала не позволяют смазке задерживаться в полости. Однако в большинстве ситуаций в полости может накапливаться количество смазки, достаточное для работы во «влажном» режиме гидродинамического подшипника.

Предпочтительно средства гидравлического соединения содержат множество отверстий для прохождения смазки, которые выполнены во внутренней кольцевой стенке подшипника и равномерно распределены вокруг продольной оси.

Такая конфигурация позволяет оптимизировать балансировку вала во вращении.

Кроме того, предпочтительно гидродинамический подшипник содержит кольцо, установленное разъемно на валу и включающее в себя указанную внутреннюю кольцевую стенку подшипника, а также указанные поперечные кольцевые стенки.

Кроме того, полость может быть ограничена внутри сплошной поверхностью вала.

В варианте кольцо может содержать внутреннюю кольцевую стенку кольца, которая ограничивает внутри полость.

В еще одном варианте внутренняя кольцевая стенка подшипника и поперечные кольцевые стенки могут быть интегрированы в вал.

Кроме того, предпочтительно гидродинамический подшипник содержит разделительные средства, соединенные с внутренней кольцевой стенкой подшипника таким образом, чтобы делить полость на несколько отсеков, при этом разделительные средства образуют препятствие для прохождения смазки, содержащейся по меньшей мере в одном из отсеков, под действием силы тяжести в направлении средств гидравлического соединения, независимо от углового положения вала, когда вал не вращается.

Разделительные средства позволяют, таким образом, смазке находиться в полости при любом угловом положении вала, когда он не вращается.

В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения разделительные средства содержат разделительную стенку кольцевой формы, делящую полость на два отсека, расположенные один за другим вдоль продольной оси. Кроме того, разделительная стенка содержит по меньшей мере один проем, ограниченный внутренней кольцевой стенкой подшипника и смещенный в окружном направлении относительно средств гидравлического соединения.

Каждый проем обеспечивает циркуляцию смазки между двумя отсеками полости, когда вал приводится во вращение, и позволяет таким образом всей смазке, находящейся в полости, достигать до средств гидравлического соединения.

Предпочтительно разделительная стенка расположена поперечно относительно продольной оси.

Указанный по меньшей мере один проем предпочтительно представляет собой несколько проемов, равномерно распределенных вокруг продольной оси.

Такая конфигурация тоже позволяет оптимизировать балансировку вала во вращении.

Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения разделительные средства содержат разделительные стенки, проходящие в продольном направлении от одной до другой из указанных поперечных кольцевых стенок таким образом, что делят полость на несколько отсеков, распределенных вокруг продольной оси. Кроме того, разделительные стенки смещены в окружном направлении относительно средств гидравлического соединения.

Предпочтительно разделительные стенки расположены радиально относительно продольной оси и предпочтительно равномерно распределены вокруг продольной оси.

Такая конфигурация тоже позволяет оптимизировать балансировку вала во вращении.

Кроме того, предпочтительно разделительные стенки имеют по меньшей мере одну вогнутую поверхность и предпочтительно два противоположные вогнутые поверхности, чтобы оптимизировать способность разделительных стенок задерживать смазку.

Предпочтительно число разделительных стенок равно числу отверстий прохождения смазки, и разделительные стенки расположены диаметрально противоположно относительно отверстий для прохождения смазки, если смотреть на гидродинамический подшипник в поперечном разрезе.

В третьем предпочтительном варианте осуществления изобретения разделительные стенки делят полость на несколько отсеков, смещенных в окружном направлении относительно средств гидравлического соединения и равномерно распределенных вокруг продольной оси, и на распределительный канал, соединяющий каждый отсек со средствами гидравлического соединения и содержащий окружной участок, смещенный в осевом направлении с этой же стороны относительно каждого отсека и относительно средств гидравлического соединения, а также первые соединительные участки, которые соединяют соответственно отсеки полости с окружным участком распределительного канала и которые смещены в угловом направлении относительно окружных концов каждого отсека.

Предпочтительно средства гидравлического соединения находятся в осевом направлении с той же стороны окружного участка распределительного канала, что и отсеки полости.

Этот отличительный признак обеспечивает накапливание смазки в окружном участке распределительного канала, когда вал имеет сильный наклон относительно горизонтального направления таким образом, что окружной участок распределительного канала оказывается в нижнем положении.

Объектом изобретения является также узел, содержащий опору, вал и гидродинамический подшипник, предназначенный для направления вала во вращении вокруг продольной оси, определенной относительно опоры, при этом гидродинамический подшипник содержит наружную кольцевую стенку подшипника, неподвижно соединенную с опорой, а также внутреннюю кольцевую стенку подшипника, неподвижно соединенную с валом и расположенную напротив наружной кольцевой стенки подшипника таким образом, чтобы образовать кольцевое пространство между внутренней и наружной кольцевыми стенками подшипника. Кроме того, наружная кольцевая стенка подшипника содержит по меньшей мере одно отверстие питания смазкой, предназначенное для питания смазкой под давлением указанного кольцевого пространства с целью получения несущей жидкостной пленки.

Согласно изобретению, узел содержит полость, ограниченную снаружи внутренней кольцевой стенкой подшипника и ограниченную в осевом направлении двумя поперечными кольцевыми стенками, неподвижно соединенными с валом и расположенными с двух сторон от полости, и внутренняя кольцевая стенка подшипника содержит средства гидравлического соединения, которые обеспечивают гидравлическое сообщение с указанным кольцевым пространством. Кроме того, полость выполнена таким образом, что образует резерв смазки для фазы работы в переходном режиме.

Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий опору, вал и по меньшей мере один описанный выше гидродинамический подшипник, в котором наружная кольцевая стенка подшипника неподвижно соединена с опорой, и внутренняя кольцевая стенка подшипника неподвижно соединена с валом таким образом, что гидродинамический подшипник участвует в направлении вала во вращении.

Предпочтительно вал является частью коробки приводов агрегатов газотурбинного двигателя.

Наконец, объектом изобретения является способ смазки описанного выше гидродинамического подшипника, содержащий:

- по меньшей мере одну фазу работы в переходном режиме, в которой смазка, ранее накопленная в полости, нагнетается в указанное кольцевое пространство, проходя через средства гидравлического соединения за счет центробежного эффекта, и

- по меньшей мере одну фазу работы в установившемся режиме, в которой указанное кольцевое пространство получает питание смазкой под давлением через каждое отверстие питания смазкой, и часть смазки поступает в полость через средства гидравлического соединения.

В фазе работы в установившемся режиме смазка, поступающая из каждого отверстия питания смазкой, позволяет получить несущую жидкую пленку внутри указанного кольцевого пространства.

В фазе работы в переходном режиме смазка, поступающая из полости, позволяет получить по меньшей мере тонкий слой смазки, позволяющий гидродинамическому подшипнику работать в так называемом «влажном» режиме.

Фаза работы в переходном режиме является, например, фазой запуска, в которой вал приводится во вращение.

Краткое описание чертежей

Изобретение, его другие детали, преимущества и отличительные признаки будут более понятны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 частично схематично показан гидродинамический подшипник согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в поперечном разрезе;

на фиг. 2 частично схематично показан гидродинамический подшипник, изображенный на фиг. 1, вид в осевом разрезе;

на фиг. 3 схематично показаны вал и кольцо, принадлежащее гидродинамическому подшипнику, изображенному на фиг. 1, частичный схематичный вид спереди;

на фиг. 4 схематично показаны вал и кольцо, изображенные на фиг. 3, частичный вид в осевом разрезе по плоскости А-А, фиг. 3;

на фиг. 5 схематично показаны вал и кольцо, изображенные на фиг. 3, частичный вид сбоку;

на фиг. 6 схематично показаны вал и кольцо, изображенные на фиг. 3, частичный вид в поперечном разрезе по плоскости В-В фиг. 5;

на фиг. 7 схематично показано кольцо, изображенное на фиг. 3, вид в перспективе;

на фиг. 8 и 9 представлены виды, аналогичные фиг. 6, где показана смазка, накапливающаяся в кольце, соответственно в двух разных угловых положениях кольца;

на фиг. 10 схематично показано кольцо, принадлежащее гидродинамическому подшипнику согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;

на фиг. 11 и 12 схематично показано кольцо, изображенное на фиг.10, где показана смазка, накапливающаяся в кольце, соответственно в двух разных угловых положениях этого кольца, виды в поперечном разрезе;

на фиг. 13 схематично показано кольцо, принадлежащее гидродинамическому подшипнику согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в осевом разрезе по плоскости Е-Е, отмеченной на фиг. 15;

на фиг. 14 схематично показана часть кольца, изображенного на фиг. 13, вид в осевом разрезе по плоскости С-С фиг. 13;

на фиг. 15 схематично частично показано кольцо, изображенное на фиг. 13, вид в поперечном разрезе по плоскости D-D фиг. 13;

на фиг. 16 схематично показано кольцо, изображенное на фиг. 13, вид в перспективе;

на фиг. 17 схематично частично показан газотурбинный двигатель, содержащий гидродинамический подшипник в соответствии с изобретением, вид в перспективе.

На всех фигурах идентичные или аналогичные элементы имеют одинаковые обозначения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1-9 показан узел 10, содержащий опору 12, вал 14 и гидродинамический подшипник 16 согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения для направления во вращении вала вокруг продольной оси 17. Действительно, в настоящем описании продольная ось 17 определена как ось вращения вала 14.

Гидродинамический подшипник 16 содержит наружную кольцевую стенку 18 подшипника, неподвижно соединенную с опорой 12, а также внутреннюю кольцевую стенку 20 подшипника, неподвижно соединенную с валом 14 и расположенную напротив наружной кольцевой стенки 18 подшипника. Кольцевые стенки 18 и 20 образуют между собой кольцевое пространство 22. Предпочтительно эти кольцевые стенки 18 и 20 имеют цилиндрическую форму тела вращения.

Наружная кольцевая стенка 18 подшипника содержит отверстие 24 питания смазкой, предназначенное для соединения с контуром смазки (на фигурах не показан) с целью питания кольцевого пространства 22 смазкой под давлением, чтобы получить несущую жидкую пленку внутри кольцевого пространства 22, что само по себе известно.

В представленном примере наружная кольцевая стенка 18 подшипника образована антифрикционным кольцом, неподвижно установленным в опоре 12.

Согласно отличительному признаку изобретения, гидродинамический подшипник 16 содержит полость 30 (фиг. 4, 6 и 7), ограниченную снаружи внутренней кольцевой стенкой 20 подшипника и в осевом направлении двумя поперечными кольцевыми стенками 31А, 31В, неподвижно соединенными с валом 14 и расположенными с двух сторон от полости 30.

Кроме того, внутренняя кольцевая стенка 20 подшипника содержит средства 32 гидравлического соединения, которые обеспечивают гидравлическое сообщение между полостью 30 и кольцевым пространством 22. Полость 30 предназначена для создания резерва смазки, что будет более подробно описано ниже.

Следует отметить, что термин «поперечные стенки» следует понимать в широком смысле, то есть он обозначает стенки, проходящие в направлении вала от внутренней кольцевой стенки 20 подшипника. Таким образом, поперечные кольцевые стенки 31А, 31В могут проходить радиально, то есть ортогонально к продольной оси 17, или могут иметь наклон относительно этой оси 17.

В представленных вариантах осуществления средства гидравлического соединения содержат несколько отверстий 32 для прохождения смазки, например, в количестве трех, которые проходят через внутреннюю кольцевую стенку подшипника. Эти отверстия 32 для прохождения смазки предпочтительно равномерно распределены вокруг продольной оси 17, что позволяет оптимизировать балансировку вала 14 во вращении. Предпочтительно отверстия 32 для прохождения смазки центрованы по одной поперечной плоскости, обозначенной В-В на фиг. 5, что тоже позволяет оптимизировать балансировку вала 14 во вращении.

В варианте, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть средства гидравлического соединения в виде единственного отверстия 32 для прохождения смазки.

Кроме того, в вариантах осуществления, представленных на фигурах, гидродинамический подшипник 16 содержит кольцо 40, установленное разъемно на валу 14 и включающее в себя внутреннюю кольцевую стенку 20 подшипника, а также две поперечные кольцевые стенки 31А, 31В (фиг. 4).

В варианте, не выходя за рамки изобретения, внутреннюю кольцевую стенку 20 подшипника и поперечные кольцевые стенки 31А, 31В можно интегрировать в вал 14.

Одна 31В из поперечных кольцевых стенок содержит одно или несколько отверстий 44 для прохождения воздуха, например, в количестве трех, для облегчения изменения объема воздуха, содержащегося в полости 30, чтобы компенсировать колебания объема содержащейся в ней смазки. Предпочтительно отверстия 44 для прохождения воздуха равномерно распределены вокруг продольной оси 17.

Кроме того, в обоих вариантах осуществления, представленных на фиг. 1-12, полость 30 ограничена внутри сплошной поверхностью 46 вала 14 (фиг. 4 и 6).

Кроме того, гидродинамический подшипник 16 содержит разделительные средства, соединенные с внутренней кольцевой стенкой 20 подшипника таким образом, чтобы делить полость на несколько отсеков. Эти разделительные средства образуют препятствие для прохождения смазки, содержащейся по меньшей мере в одном из отсеков, в направлении средств 32 гидравлического соединения под действием силы тяжести, независимо от углового положения вала, когда вал не вращается, что будет подробнее пояснено ниже.

В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения разделительные средства содержат разделительную стенку 48 в основном кольцевой формы, делящую полость 30 на два отсека 50 и 52, расположенные один за другим вдоль продольной оси 17 (фиг. 4, 6 и 7). В дальнейшем тексте настоящего описания эти отсеки будут называться «передний отсек 50» и «задний отсек 52».

В представленном примере отверстия 32 для прохождения смазки расположены с одной и той же стороны относительно разделительной стенки 48 и сообщаются, таким образом, с передним отсеком 50 полости 30.

Следует также отметить, что отверстия 32 для прохождения смазки отстоят от поперечной стенки 31А, которая ограничивает передний отсек 50.

Кроме того, разделительная стенка 48 расположена, например, поперечно относительно продольной оси 17. В варианте можно предусмотреть другие геометрические положения для разделительной стенки 48.

Разделительная стенка 48 содержит по меньшей мере один проем 54, ограниченный внутренней кольцевой стенкой 20 подшипника и смещенный в окружном направлении относительно каждого отверстия 32 для прохождения смазки.

В представленном примере разделительная стенка 48 содержит три проема 54. Они равномерно распределены вокруг продольной оси 17, что позволяет оптимизировать балансировку вала 14 во вращении. Кроме того, каждый проем 54 предпочтительно расположен на равном расстоянии от двух последовательных отверстий 32 для прохождения смазки (фиг. 6). Например, каждый проем 54 имеет форму участка диска, касательного к внутренней кольцевой стенке 20 подшипника.

В представленном примере каждый проем 54 доходит до радиально внутреннего конца разделительной стенки 48. В варианте каждый проем 54 может быть выполнен в виде выреза в радиально наружном конце разделительной стенки 48, входящем в контакт с внутренней кольцевой стенкой 20 подшипника, таким образом, чтобы радиально внутренний участок разделительной стенки 48 проходил непрерывно вокруг продольной оси 17.

В целом, оставаясь в рамках изобретения, число проемов 54 может отличаться от числа отверстий 32 для прохождения смазки.

Описанный выше гидродинамический подшипник 16 работает следующим образом.

В установившемся режиме вал 14 вращается, и контур смазки подает смазку под давлением в кольцевое пространство 22 через отверстие 24 питания смазкой, что показано стрелкой F1 на фиг. 1. Под действием давления, как известно, смазка выходит через осевые концы кольцевого пространства 22, что показано стрелками F2 на фиг. 2.

Тем не менее, часть смазки попадает в полость 30 через отверстия 32 прохождения смазки.

Для этого контур смазки выполнен таким образом, чтобы давление смазки было достаточным для компенсации центробежного эффекта, действующего на смазку по причине ее вращения, за счет вязкости при контакте с наружной 18 и внутренней 20 кольцевыми стенками подшипника.

Когда вал 14 перестает вращаться, часть смазки остается в полости 30, независимо от углового положения вала 14 и, следовательно, кольца 40, как показано на фиг. 8 и 9.

Действительно, если вал 14 находится в угловом положении, при котором отверстие 32 прохождения смазки оказывается в нижнем положении, показанном на фиг.8, смазка, которая может присутствовать в переднем отсеке 50 полости, будет перетекать через отверстие 32 прохождения смазки в кольцевое пространство 22 под действием силы тяжести G и может выходить через осевые концы кольцевого пространства 22. С другой стороны, смазка 60, возможно присутствующая в заднем отсеке 52 полости 30, удерживается разделительной стенкой 48. Под «нижним положением» следует, естественно, понимать так называемое положение «на 6 часов», как на циферблате часов, при этом линия «6 часов - 12 часов» является вертикалью.

Кроме того, если вал 14 находится в угловом положении, при котором проем 54 оказывается в нижнем положении, как показано на фиг. 9, смазка 60, присутствующая в обоих отсеках 50 и 52 полости 30, может скапливаться в этой полости.

В промежуточной ситуации между двумя предыдущими ситуациями накапливание смазки в полости 30 может определяться одним элементом, ближайшим к нижнему положению, среди отверстия 32 прохождения смазки и проема 54. Так, если ближайшим к нижнему положению является отверстие 32 прохождения смазки, смазка может накапливаться в заднем отсеке 52 до высоты, соответствующей высоте проема 54, ближайшего к нижнему положению, и смазка может накапливаться в переднем отсеке 50 до высоты, соответствующей высоте отверстия 32 прохождения смазки, ближайшего к нижнему положению. С другой стороны, если элементом, ближайшим к нижнему положению, является проем 54, смазка может накапливаться в обоих отсеках 50 и 52 до высоты, соответствующей высоте отверстия 32 прохождения смазки, ближайшего к нижнему положению.

Таким образом, количество смазки, которое может задерживаться в полости 30, зависит от углового положения вала 14. При любом этом положении конфигурация гидродинамического подшипника 16 гарантирует, что в полости 30 может сохраняться по меньшей мере минимальное количество смазки.

Поскольку отверстия 32 прохождения смазки отстоят от поперечной стенки 31А, смазка может также скапливаться в полости 30, когда вал 14 имеет наклон относительно горизонтального направления, по крайней мере, когда вал 14 ориентирован в таком направлении, при котором отверстия 44 для прохождения воздуха оказываются выше полости 30.

Во время дальнейшего вращения вала 14 контур смазки может с запозданием обеспечивать питание кольцевого пространства 22 через отверстие 24 питания смазкой. В этом случае смазка, находящаяся в полости 30, постепенно выбрасывается через каждое отверстие 32 прохождения смазки в кольцевое пространство 22 под действием центробежной силы. Эта смазка, поступающая из полости 30, позволяет получить тонкий слой смазки между наружной кольцевой стенкой 18 подшипника и внутренней кольцевой стенкой 20 подшипника, что позволяет гидродинамическому подшипнику 16 работать по меньшей мере в так называемом «влажном» режиме. Таким образом, смазка, поступающая из полости 30, позволяет избегать заклинивания гидродинамического подшипника, пока вся смазка, ранее скопившаяся в полости 30, не будет израсходована.

Таким образом, понятно, что:

- каждый проем 54 обеспечивает циркуляцию смазки между двумя отсеками 50 и 52 полости 30, когда вал вращается, и позволяет, таким образом, всей смазке, присутствующей в полости, достигать отверстия 32 прохождения смазки, и что

- разделительная стенка 48 образует препятствие для прохождения смазки, содержащейся в полости 30, в данном случае в ее заднем отсеке 52, под действием силы тяжести в направлении отверстия 32 прохождения смазки, когда вал 14 не вращается.

Следует отметить, что в варианте изобретения отверстия 32 прохождения смазки могут включать в себя отверстия, выходящие в передний отсек 50, и другие отверстия, выходящие в задний отсек 52 и смещенные в окружном направлении относительно отверстий, выходящих в передний отсек 50. В этом случае, когда вал 14 не вращается и одно из отверстий 32 прохождения смазки оказывается в нижнем положении, смазка может скапливаться по меньшей мере в одном отсеке, который не является отсеком, в который выходит это отверстие.

Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 10-12, разделительные средства содержат разделительные стенки 68, проходящие в продольном направлении от одной 31А до другой 31В из поперечных кольцевых стенок таким образом, что делят полость 30 на несколько отсеков 70, 72, 74, распределенных вокруг продольной оси, то есть расположенных встык в окружном направлении. Разделительные стенки 68 смещены в окружном направлении относительно каждого отверстия 32 прохождения смазки.

В представленном примере разделительные стенки 68 выполнены в количестве трех, как и отсеки 70, 72, 74, которые эти стенки ограничивают, а также как отверстия 32 прохождения смазки.

Отверстия 32 прохождения смазки равномерно распределены вокруг продольной оси 17, выходя соответственно в три отсека 70, 72, 74.

Предпочтительно разделительные стенки 68 расположены таким образом, что каждое отверстие 32 прохождения смазки удалено на одинаковое расстояние от двух последовательных разделительных стенок 68.

Предпочтительно каждая из разделительных стенок 68 расположена радиально. Это позволяет оптимизировать способность этих стенок удерживать смазку и, кроме того, облегчает балансировку вала 14 во вращении. Вместе с тем, в варианте, не выходя за рамки изобретения, разделительные стенки 68 можно выполнить с наклоном относительно радиального направления.

Кроме того, каждая из разделительных стенок 68 имеет радиально внутренний конец 76, отделенный промежутком от вала 14. Это облегчает монтаж кольца 40 на валу 14, а также демонтаж кольца 40. В варианте, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть, чтобы радиально внутренний конец 76 каждой из разделительных стенок 68 мог входить в контакт с валом 14.

Кроме того, каждая из разделительных стенок 68 предпочтительно имеет две противоположные поверхности 78 с вогнутым поперечным сечением, что тоже позволяет оптимизировать способность каждой разделительной стенки задерживать смазку, что будет подробнее пояснено ниже.

Работа гидродинамического подшипника 16 согласно второму варианту осуществления в целом аналогична работе гидродинамического подшипника 16 согласно описанному выше первому варианту осуществления.

В частности, на фиг. 11 и 12 показано, каким образом часть смазки остается в полости 30 при любом угловом положении вала 14 и, следовательно, кольца 40, когда вал 14 не вращается.

Так, если вал 14 находится в угловом положении, при котором отверстие 32 прохождения смазки оказывается в нижнем положении, показанном на фиг. 11, смазка, которая может присутствовать в отсеке 70 полости, в который выходит это отверстие, будет перетекать через это отверстие в кольцевое пространство 22 под действием силы тяжести G и может выходить через осевые концы кольцевого пространства 22. С другой стороны, смазка 60, возможно присутствующая в двух других отсеках 72 и 74 полости 30, удерживается двумя разделительными стенками 68, которые отделяют эти два отсека 72 и 74 от отсека 70. Удержание смазки, когда вал 14 находится в этом угловом положении, усиливается за счет того, что поверхности 78 разделительных стенок 68 имеют вогнутое поперечное сечение, как показано на фиг. 11.

Кроме того, если вал 14 находится в таком угловом положении, при котором все отверстия 32 прохождения смазки оказываются на удалении от нижнего положения, как показано на фиг. 12, смазка 60, присутствующая в двух отсеках 70 и 72 полости 30, которые находятся в самом низу, может сохраняться в этих двух отсеках 70 и 72.

Количество смазки, которое может удерживаться в полости 30, тоже зависит от углового положения вала 14. Независимо от этого углового положения, конфигурация гидродинамического подшипника 16 гарантирует, что в полости 30 сохраняется по меньшей мере минимальное количество смазки.

В данном случае тоже понятно, что каждая разделительная стенка 68 может образовать препятствие для прохождения смазки, содержащейся в полости 30, под действием силы тяжести в направлении одного из отверстий 32 прохождения смазки, когда вал 14 не вращается.

На фиг. 13-16 показано кольцо 40, принадлежащее гидродинамическому подшипнику согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения. Этот гидродинамический подшипник в целом подобен описанным выше гидродинамическим подшипникам, но отличается конфигурацией кольца 40.

Это кольцо 40 содержит внутреннюю кольцевую стенку 80 кольца, отстоящую от внутренней кольцевой стенки 20 подшипника и ограничивающую внутри кольцевую полость 30.

Кроме того, разделительные средства делят полость 30 на несколько отсеков 82, смещенных в окружном направлении относительно средств 32 гидравлического соединения и предпочтительно равномерно распределенных вокруг продольной оси 12, и на распределительный канал 84, соединяющий каждый отсек 82 со средствами 32 гидравлического соединения.

Распределительный канал 84 содержит окружной участок 86, смещенный в осевом направлении в одну сторону относительно каждого отсека 82 и средств 32 гидравлического соединения, а также первые соединительные участки 88, которые соединяют соответственно отсеки 82 с окружным участком 86 и которые смещены в угловом направлении относительно окружных концов 90 каждого отсека 82.

В представленном примере первые соединительные участки 88 расположены в продольном направлении.

Кроме того, средства гидравлического соединения содержат два диаметрально противоположных отверстия 32 прохождения смазки.

Кроме того, отсеки 82 выполнены, например, в количестве шести.

Таким образом, разделительные средства содержат продольные разделительные стенки 92, которые проходят между отсеками 82 и образуют окружные концы 90 отсеков 82, и кольцевую разделительную стенку 94, проходящую между окружным участком 86 распределительного канала 84 и отсеками 82 и поделенную на несколько угловых секторов 96, отделенных друг от друга первыми соединительными участками 88 и вторыми соединительными участками 98, принадлежащими к распределительному каналу 84. Эти вторые соединительные участки 98 соединяют соответственно отверстия 32 прохождения смазки с окружным участком 86 распределительного канала 84.

Каждое из отверстий 32 прохождения смазки находится между двумя отсеками 82, следующими друг за другом в окружном направлении, и расположено, таким образом, внутри соответствующей продольной разделительной стенки 92.

Таким образом, отверстия 32 прохождения смазки расположены в осевом направлении с той же стороны окружного участка 86 распределительного канала 84, что и отсеки 82. Этот отличительный знак позволяет смазке скапливаться по меньшей мере в окружном участке 86 распределительного канала 84, когда вал 14 имеет сильный наклон относительно горизонтального направления таким образом, что окружной участок 86 распределительного канала 84 оказывается по меньшей мере частично в нижнем положении.

Следует отметить, что кольцо 40, предложенное в третьем предпочтительном варианте осуществления изобретения, можно выполнить при помощи аддитивных технологий изготовления, таких как лазерное плавление или электронно-лучевое плавление.

Работа гидродинамического подшипника согласно третьему варианту осуществления в целом аналогична работе гидродинамического подшипника согласно второму варианту осуществления.

При этом понятно, что, каким бы ни было угловое положение вала 14 при отсутствии его вращения, смазка может сохраняться по меньшей мере в одном из отсеков 82 и даже в каждом из этих отсеков 82, если рассматривать частный пример, представленный на фиг. 13-16, по крайней мере пока наклон вала 14 относительно горизонтального направления остается нулевым или умеренным. В случае сильного наклона вала 14, в частности, если вал 14 занимает по существу вертикальную ориентацию, при которой распределительный канал 84 оказывается в нижнем положении, смазка может сохраняться в распределительном канале 84 и, возможно, в отсеках 82 до высоты, соответствующей осевому положению отверстия 32 прохождения смазки.

На фиг. 17 показан газотурбинный двигатель 100 для летательного аппарата, такой как двухконтурный турбореактивный двигатель, как правило, содержащий вентилятор 102, предназначенный для всасывания воздушного потока, делящегося на выходе из вентилятора на поток первого контура, питающий газогенератор 104 газотурбинного двигателя, и поток второго контура, огибающий этот газогенератор. Как правило, газогенератор газотурбинного двигателя содержит компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления и турбину низкого давления. Роторы газотурбинного двигателя установлены с возможностью вращения вокруг продольной оси 106 газотурбинного двигателя.

Газотурбинный двигатель 100 содержит, в частности, коробку 108 приводов агрегатов (AGB), содержащую внутренний вал (на фигуре не показан), соединенный с валом ротора газотурбинного двигателя через механизм отбора мощности 110.

Внутренний вал установлен, например, на картере коробки 108 приводов агрегатов при помощи двух подшипников качения, расположенных соответственно на уровне осевых концов вала, и при помощи описанного выше гидродинамического подшипника, расположенного между указанными осевыми концами вала.

Таким образом, картер, вал и гидродинамический подшипник образуют описанный выше узел 10.

Claims (18)

1. Гидродинамический подшипник (16), предназначенный для направления вала (14) во вращении вокруг продольной оси (17), определенной относительно опоры (12),

при этом гидродинамический подшипник содержит неподвижную наружную кольцевую стенку (18) подшипника и вращающуюся внутреннюю кольцевую стенку (20) подшипника, расположенную напротив наружной кольцевой стенки (18) подшипника так, чтобы образовать кольцевое пространство (22) между внутренней и наружной кольцевыми стенками (18, 20) подшипника,

причем наружная кольцевая стенка (18) подшипника содержит по меньшей мере одно отверстие (24) питания смазкой, предназначенное для питания смазкой под давлением указанного кольцевого пространства (22) для формирования несущей жидкостной пленки,

при этом гидродинамический подшипник (16), содержит полость (30), ограниченную снаружи внутренней кольцевой стенкой (20) подшипника и ограниченную в осевом направлении двумя поперечными кольцевыми стенками (31А, 31В), неподвижно соединенными с внутренней кольцевой стенкой (20) подшипника и расположенными с двух сторон от полости (30),

при этом внутренняя кольцевая стенка (20) подшипника содержит средства (32) гидравлического соединения, которые обеспечивают гидравлическое сообщение между полостью (30) и указанным кольцевым пространством (22),

причем гидродинамический подшипник дополнительно содержит разделительные средства (48, 68, 92, 94), соединенные с внутренней кольцевой стенкой (20) подшипника так, чтобы делить полость (30) на несколько отсеков (50, 52, 70, 72, 74, 82), при этом разделительные средства образуют препятствие для прохождения смазки, содержащейся по меньшей мере в одном из отсеков, под действием силы тяжести (G) в направлении средств (32) гидравлического соединения, независимо от углового положения внутренней кольцевой стенки (20) подшипника, когда она не вращается,

при этом полость (30) образует резерв смазки для рабочей фазы в переходном режиме.

2. Гидродинамический подшипник по п. 1, в котором средства гидравлического соединения содержат множество отверстий (32) для прохождения смазки, которые проходят сквозь внутреннюю кольцевую стенку (20) подшипника и равномерно распределены вокруг продольной оси (17).

3. Гидродинамический подшипник по п. 1 или 2, содержащий кольцо (40), установленное разъемно на валу (14) и включающее в себя указанную внутреннюю кольцевую стенку (20) подшипника и указанные поперечные кольцевые стенки (31А, 31В).

4. Гидродинамический подшипник по п. 1, в котором разделительные средства содержат разделительную стенку (48) кольцевой формы, делящую полость (30) на два отсека (50, 52), расположенные один за другим вдоль продольной оси (17), при этом указанная разделительная стенка содержит по меньшей мере один проем (54), ограниченный внутренней кольцевой стенкой (20) подшипника и смещенный в окружном направлении относительно средств (32) гидравлического соединения.

5. Гидродинамический подшипник по п. 1, в котором разделительные средства содержат разделительные стенки (68), проходящие в продольном направлении от одной до другой из указанных поперечных кольцевых стенок (31А, 31В) так, что делят полость (30) на несколько отсеков (70, 72, 74), распределенных вокруг продольной оси (17), при этом разделительные стенки (68) смещены в окружном направлении относительно средств (32) гидравлического соединения.

6. Гидродинамический подшипник по п. 1, в котором разделительные стенки делят полость (30) на несколько отсеков (82), смещенных в окружном направлении относительно средств (32) гидравлического соединения и равномерно распределенных вокруг продольной оси (17), и на распределительный канал (84), соединяющий каждый отсек (82) со средствами (32) гидравлического соединения и содержащий окружной участок (86), смещенный в осевом направлении с одной стороны относительно каждого отсека (82) и относительно средств (32) гидравлического соединения, а также первые соединительные участки (88), которые соединяют соответственно отсеки (82) полости с окружным участком (86) распределительного канала и которые смещены в угловом направлении относительно окружных концов (90) каждого отсека.

7. Гидродинамический подшипник по п. 6, в котором средства (32) гидравлического соединения находятся в осевом направлении с той же стороны окружного участка (86) распределительного канала (84), что и отсеки (82) полости (30).

8. Газотурбинный двигатель (100), в частности, для летательного аппарата, содержащий опору (12), вал (14) и по меньшей мере один гидродинамический подшипник (16) по п. 1, в котором наружная кольцевая стенка (18) подшипника неподвижно соединена с опорой (12), и внутренняя кольцевая стенка (20) подшипника неподвижно соединена с валом (14) так, что гидродинамический подшипник (16) участвует в направлении вала (14) во вращении.

9. Газотурбинный двигатель по п. 8, в котором вал (14) является частью коробки (108) приводов агрегатов газотурбинного двигателя.

10. Способ смазки гидродинамического подшипника (16) по п. 1, содержащий:

- по меньшей мере одну фазу работы в переходном режиме, в которой смазка (60), ранее накопленная в полости (30), нагнетается в указанное кольцевое пространство (22), проходя через средства (32) гидравлического соединения, за счет центробежного эффекта, и

- фазу работы в установившемся режиме, в которой указанное кольцевое пространство (22) получает питание смазкой под давлением через каждое отверстие (24) питания смазкой, и часть смазки поступает в полость (30) через средства (32) гидравлического соединения.

Images