RU2710091C1

RU2710091C1 - Thrust distal gas-dynamic bearing

Info

Publication number: RU2710091C1
Application number: RU2018146969A
Authority: RU
Inventors: Антон Валерьевич Сытин; Роман Николаевич Поляков; Александр Валерьевич Кузавка; Валентин Олегович Тюрин
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, namely, to sliding bearings with gas lubricant used as supports of rotors of high-speed turbomachines for various purposes, which are subject to increased requirements for high-speed performance and possibility of multiple start-ups (stops). Thrust span gas-dynamic bearing comprises housing (1) made in the form of a disk with radial slots (2), into which lobes are inserted, fixed by lug attachments by means of screws (5). Elastic elements are arranged in sector elevation (9) and are made in form of thin-wall sectors with primary bend with possibility of deformation under action of centrifugal loads, contacting with inner radius surface of elastic elements and leading to flexure of lugs fixed by fastenings, change of axial gap and stiffness coefficient is proportional to rotation speed.

EFFECT: minimization of starting torque, reduced wear of surface of elastic elements at start-up and stop times, increased reliability and durability of bearing assembly, operating life and stability of motion.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подшипникам скольжения с газовой смазкой, используемым в качестве опор роторов высокоскоростных турбомашин различного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по быстроходности и возможности многократных пусков (остановов).The invention relates to the field of mechanical engineering, namely, bearings with gas lubrication used as bearings for rotors of high-speed turbomachines for various purposes, which are subject to increased requirements for speed and the possibility of multiple starts (stops).

Известен гибридный упорный подшипник скольжения, который является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, содержащий два диска, в которые вставлены гофрированные и гладкие упругие элементы, а также центральный диск с канавками для, повышения грузоподъемности и устойчивости движения (см. патент US №2018/0156267 А1, МПК F16С 17/045, опубл. 2018).A hybrid thrust sliding bearing is known, which is the closest in technical essence to the present invention, containing two disks in which corrugated and smooth elastic elements are inserted, as well as a central disk with grooves for increasing load-bearing capacity and stability of movement (see US patent No. 2018 / 0156267 A1, IPC F16C 17/045, publ. 2018).

Недостатком известного гибридного упорного подшипника является высокий пусковой момент трения, что приводит к неравномерной работе оборудования, повышенному износу поверхностей лепестков, к снижению долговечности, надежности и ресурса работы всего подшипникового узла.A disadvantage of the known hybrid thrust bearing is a high starting friction moment, which leads to uneven operation of the equipment, increased wear of the surfaces of the petals, to a decrease in the durability, reliability and service life of the entire bearing assembly.

Технической задачей изобретения является минимизация пускового момента, снижение износа поверхности упругих элементов в моменты пуска и останова, повышение надежности и долговечности подшипникового узла, ресурса работы и устойчивости движения.An object of the invention is to minimize the starting torque, reducing the wear of the surface of the elastic elements at the moments of starting and stopping, increasing the reliability and durability of the bearing assembly, service life and stability of movement.

Поставленная задача достигается тем, что упорный лепестковый газодинамический подшипник содержит корпус, выполненный в виде диска, представляющий собой двухстороннюю опору скольжения с лепестками и упругими элементами, согласно изобретению, упругие элементы размещены в специальном секторном возвышении, выполнены в виде тонкостенных секторов с первичным изгибом с возможностью деформирования под действием центробежных грузов, соприкасающихся с внутренней радиусной поверхностью упругих элементов и приводящих к изгибу лепестков, зафиксированных креплениями, изменению осевого зазора и коэффициента жесткости пропорционально скорости вращения.This object is achieved in that the thrust lobe gas-dynamic bearing comprises a housing made in the form of a disk, which is a two-way sliding support with petals and elastic elements, according to the invention, the elastic elements are placed in a special sector elevation, made in the form of thin-walled sectors with primary bending with the possibility deformation under the action of centrifugal loads in contact with the inner radius surface of the elastic elements and leading to bending of the petals, ksirovannyh bindings change gap and the axial rigidity factor proportional to the rotational speed.

Технический результат заключается в наличии центробежных грузов, позволяющих снизить момент трения и износ во время «пуска - останова», а так же изменять геометрию рабочей поверхности под действием центробежных сил, демпфировать ударные нагрузки и сохранять устойчивое положение ротора при высоких частотах вращения.The technical result consists in the presence of centrifugal weights, which allows to reduce the friction moment and wear during the “start-stop”, as well as change the geometry of the working surface under the action of centrifugal forces, dampen shock loads and maintain a stable position of the rotor at high rotational speeds.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен упорный лепестковый газодинамический подшипник с центробежными элементами, на фиг. 2 - то же в аксонометрической проекции; на фиг. 3 изображено крайнее положение элементов в момент пуска (останова); на фиг. 4 изображено крайнее положение элементов в рабочем режиме.In FIG. 1 shows a thrust lobed gas-dynamic bearing with centrifugal elements, FIG. 2 - the same in axonometric projection; in FIG. 3 shows the extreme position of the elements at the time of start (stop); in FIG. 4 shows the extreme position of the elements in the operating mode.

Упорный лепестковый газодинамический подшипник (фиг. 1 и 2) представляет собой двухстороннюю опору скольжения и состоит из корпуса 1, выполненного в виде диска с радиальными пазами 2, в которые вставлены лепестки 3, зафиксированные креплениями 4 лепестков 3 при помощи винтов 5. В сквозные пазы 6 с двух сторон вставлены и соединены резьбовым соединением центробежные грузы 7, соприкасающиеся с внутренней радиусной поверхностью упругих элементов 8, расположенных в специальном секторном возвышении 9 и выполненных в виде тонкостенных секторов с первичным изгибом.The thrust lobe gas-dynamic bearing (Figs. 1 and 2) is a two-way sliding support and consists of a housing 1 made in the form of a disk with radial grooves 2, into which the petals 3 are inserted, fixed by the fasteners 4 of the petals 3 with screws 5. Into the through grooves 6, centrifugal loads 7 are inserted and connected by a threaded connection on two sides, in contact with the inner radius surface of the elastic elements 8 located in a special sector elevation 9 and made in the form of thin-walled sectors with the Primary bend.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В процессе сборки турбомашины, а также в момент пуска (останова) расположенные в сквозных пазах 6 корпуса 1 центробежные грузы 7 находятся в ближайшем к оси вращения положении. Упругие элементы 8 лежат в специальном секторном возвышении 9, представляя собой выпуклый сектор кольцевой пластины. Лепестки 3 занимают ближайшее к корпусу 1 положение, не касаясь неподвижных частей турбомашины, что позволяет избежать износа в моменты пуска (останова), а также значительно снизить пусковой момент. С ростом частоты вращения, под действием центробежных сил происходит смещение центробежных грузов 7 в сквозных пазах 6 в радиальном направлении. При этом упругий элемент 8, ограниченный по образующим креплениями лепестков 3, а также выступом центробежного груза 7, изгибается в сторону лепестков 3, поднимая их. При достижении рабочих частот вращения упругий элемент 8 поднимает лепестки 3 для формирования необходимой геометрии осевого зазора, несущая способность данной опоры достигает максимального значения. Упругие элементы 8 на рабочих режимах увеличивают жесткость упорного подшипника, а также демпфируют возникающие колебания. При уменьшении частоты вращения центробежные грузы 7 смещаются в сквозных пазах 6 в сторону оси вращения, а упругие элементы 8 принимают менее выпуклую форму. Настройка упорного лепесткового газодинамического подшипника с центробежными элементами осуществляется подбором массы центробежных грузов 7, толщиной упругого центробежного элемента 8 и величины сквозного паза 6.During the assembly of the turbomachine, as well as at the time of start-up (shutdown), centrifugal loads 7 located in the through grooves 6 of the housing 1 are in the position closest to the axis of rotation. The elastic elements 8 lie in a special sector elevation 9, representing a convex sector of the annular plate. The petals 3 occupy the position closest to the housing 1, without touching the stationary parts of the turbomachine, which avoids wear at the start (stop) moments, as well as significantly reduce the starting moment. With increasing speed, under the action of centrifugal forces, the centrifugal loads 7 are displaced in the through grooves 6 in the radial direction. In this case, the elastic element 8, limited by generating fastenings of the petals 3, as well as the protrusion of the centrifugal load 7, bends towards the petals 3, lifting them. Upon reaching operating frequencies of rotation, the elastic element 8 raises the petals 3 to form the necessary geometry of the axial clearance, the bearing capacity of this support reaches its maximum value. The elastic elements 8 in operating conditions increase the stiffness of the thrust bearing, as well as dampen vibrations. With a decrease in the rotational speed, centrifugal loads 7 are displaced in the through grooves 6 towards the axis of rotation, and the elastic elements 8 take a less convex shape. The thrust thrust gas-dynamic bearing with centrifugal elements is adjusted by selecting the mass of centrifugal loads 7, the thickness of the elastic centrifugal element 8 and the size of the through groove 6.

Claims

The thrust lobe gas-dynamic bearing, comprising a housing made in the form of a disk, representing a two-way sliding support with petals and elastic elements, characterized in that the elastic elements are placed in a sector elevation, made in the form of thin-walled sectors with primary bending with the possibility of deformation under the action of centrifugal loads in contact with the inner radius surface of the elastic elements and leading to the bending of the petals, fixed fixtures, a change in the axial clearance and stiffness coefficient in proportion to the speed of rotation.