RU2771991C1 - Angular contact bearing assembly - Google Patents
Angular contact bearing assembly Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771991C1 RU2771991C1 RU2021120009A RU2021120009A RU2771991C1 RU 2771991 C1 RU2771991 C1 RU 2771991C1 RU 2021120009 A RU2021120009 A RU 2021120009A RU 2021120009 A RU2021120009 A RU 2021120009A RU 2771991 C1 RU2771991 C1 RU 2771991C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- trunnion
- shaft
- bearing
- sleeve
- angular contact
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 9
- 210000002683 Foot Anatomy 0.000 claims description 8
- 210000000474 Heel Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 6
- 102200129688 ETFDH F16C Human genes 0.000 description 3
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035512 clearance Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic Effects 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 230000001050 lubricating Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок, работающих как по замкнутому, так и по открытому циклам, при высоких давлениях наддува в подшипниках и высоких градиентах температур, а также генераторов.The invention relates to the field of power engineering and can be used in the design of, for example, gas turbine plants operating both in closed and open cycles, at high boost pressures in bearings and high temperature gradients, as well as generators.
Известна конструкция гидростатического радиально-упорного подшипникового узла, содержащая корпус, в полости которого с возможностью вращения установлен вал, снабженный уплотнительным кольцом и жестко закрепленный на опорной пяте, причем корпус снабжен радиальными и торцовыми карманами, сообщенными с внешним источником (см. а.с. СССР № 233364, МПК F16C 32/06, 1968 г.).A well-known design of a hydrostatic angular contact bearing assembly, containing a housing, in the cavity of which a shaft is installed with the possibility of rotation, equipped with a sealing ring and rigidly fixed on the support heel, and the housing is equipped with radial and end pockets communicated with an external source (see a.s. USSR No. 233364, IPC F16C 32/06, 1968).
Недостатком известного решения является низкая несущая способность гидростатического радиально-упорного подшипникового узла.The disadvantage of the known solution is the low bearing capacity of the hydrostatic angular contact bearing assembly.
В качестве ближайшего аналога принят радиально-упорный подшипниковый узел, содержащий вал, жестко соединенный с опорной пятой, полый корпус, в полости которого установлена втулка с питающими отверстиями для подачи сжатого газа в рабочие зазоры подшипника, и дополнительный подшипник, причем вал с возможностью вращения размещен в полости втулки (см. а.с. СССР № 614259, МПК F16C 32/06, F16C 29/02, 1978 г.).As the closest analogue, a radial-contact bearing assembly is adopted, containing a shaft rigidly connected to the support heel, a hollow body, in the cavity of which a bushing is installed with supply holes for supplying compressed gas to the working gaps of the bearing, and an additional bearing, and the shaft is rotatably placed in the cavity of the sleeve (see A.S. USSR No. 614259, IPC F16C 32/06, F16C 29/02, 1978).
Недостатком ближайшего аналога является невозможность использования подшипникового узла при высоких частотах вращения из-за больших габаритов, а также невозможность восприятия радиальных нагрузок.The disadvantage of the closest analogue is the impossibility of using the bearing assembly at high speeds due to large dimensions, as well as the impossibility of absorbing radial loads.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение высокой несущей способности радиального-упорного подшипникового узла в рабочем режиме при уменьшении в нем потерь на трение и восприятие осевых нагрузок.The task to be solved by the proposed technical solution is to ensure a high bearing capacity of the radial-thrust bearing assembly in operating mode while reducing friction losses and the perception of axial loads.
Технический результат предлагаемого технического решения выражается в обеспечении высокой несущей способности радиально-упорного подшипникового узла в рабочем режиме при уменьшении в нем потерь на трение и небольших массогабаритных характеристиках, надежном запуске турбомашины, а также повышении устойчивости ротора к «полускоростному вихрю» путем дополнительного демпфирования автоколебаний за счет установки уплотнительных колец.The technical result of the proposed technical solution is expressed in providing a high bearing capacity of the angular contact bearing assembly in the operating mode while reducing friction losses in it and small weight and size characteristics, reliable start of the turbomachine, as well as increasing the stability of the rotor to the "half-velocity vortex" by additional damping of self-oscillations for through the installation of sealing rings.
Поставленная задача решается тем, что радиально-упорный подшипниковый узел, содержащий вал, жестко соединенный с опорной пятой, полый корпус, в полости которого установлена втулка с питающими отверстиями для подачи сжатого газа в рабочие зазоры подшипника, и дополнительный подшипник, причем вал с возможностью вращения размещен в полости втулки, отличается тем, что продольная ось вала ориентирована горизонтально, на опорной пяте жестко зафиксирована цапфа, которая с возможностью вращения размещена в полости втулки, причем торцы втулки снабжены уплотнительными кольцами, кроме того, корпус выполнен с двойными коаксиальными стенками, в зазоре между которыми размещены втулка и цапфа, разделенные вкладышем из антифрикционного материала, а в зазоре между внутренней стенкой корпуса и валом установлен дополнительный радиально-упорный подшипник, кроме того, в нижней части корпуса, на поверхности его внутренней стенки, обращенной к цапфе, с образованием рабочего зазора и формированием магнитной схемы Хальбаха зафиксированы планки, выполненные из постоянных магнитов с чередующимися тангенциальными противоположно направленными направлениями намагниченности, между которыми размещены планки, выполненные из постоянных магнитов с чередующимся радиальными противоположно направленными направлениями намагниченности, причем внутренняя стенка корпуса и цапфа выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью.The problem is solved by the fact that the angular contact bearing assembly, containing a shaft rigidly connected to the support heel, a hollow housing, in the cavity of which a bushing is installed with supply holes for supplying compressed gas to the working gaps of the bearing, and an additional bearing, and the shaft is rotatable located in the cavity of the bushing, characterized in that the longitudinal axis of the shaft is oriented horizontally, on the bearing heel a trunnion is rigidly fixed, which is rotatably placed in the cavity of the bushing, and the ends of the bushing are provided with sealing rings, in addition, the body is made with double coaxial walls, in the gap between which a bushing and a trunnion are placed, separated by an insert made of antifriction material, and an additional angular contact bearing is installed in the gap between the inner wall of the housing and the shaft, in addition, in the lower part of the housing, on the surface of its inner wall facing the trunnion, with the formation of a working gap and the formation of a magnetic In the Halbach scheme, bars made of permanent magnets with alternating tangential opposite directions of magnetization are fixed, between which there are bars made of permanent magnets with alternating radial opposite directions of magnetization, and the inner wall of the housing and the pin are made of a material with high magnetic permeability.
Кроме того, планки имеют одинаковую угловую длину.In addition, the slats have the same angular length.
Кроме того, планки размещены симметрично относительно центральной продольной оси вала.In addition, the straps are placed symmetrically with respect to the central longitudinal axis of the shaft.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution and the essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty".
При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.At the same time, the essential features of the distinctive part of the claims solve the following functional tasks.
Признак «продольная ось вала ориентирована горизонтально» обеспечивает восприятие радиальным газостатическим подшипником радиальных нагрузок от веса ротора.The sign "longitudinal axis of the shaft is oriented horizontally" ensures that the radial gas-static bearing perceives radial loads from the weight of the rotor.
Признаки «на опорной пяте жестко зафиксирована цапфа, которая с возможностью вращения размещена в полости втулки» обеспечивают формирование цапфы радиального газостатического подшипника.The features “a trunnion is rigidly fixed on the support foot, which is rotatably placed in the sleeve cavity” provide the formation of the trunnion of a radial gas-static bearing.
Признак «торцы втулки снабжены уплотнительными кольцами» исключает утечки газа из камеры высокого давления радиального газостатического подшипника и повышает устойчивость ротора за счет внешнего демпфирования автоколебаний.The feature "hub ends are equipped with sealing rings" eliminates gas leakage from the high-pressure chamber of the radial gas-static bearing and increases the stability of the rotor due to external damping of self-oscillations.
Признаки «корпус выполнен с двойными коаксиальными стенками, в зазоре между которыми размещены втулка и цапфа, разделенные вкладышем из антифрикционного материала» формируют радиальный газостатический подшипник для восприятия радиальных нагрузок от веса ротора.Features “the body is made with double coaxial walls, in the gap between which there is a bushing and a trunnion, separated by an insert made of antifriction material” form a radial gas-static bearing to absorb radial loads from the weight of the rotor.
Признаки «в зазоре между внутренней стенкой корпуса и валом установлен дополнительный радиально-упорный подшипник» формируют радиально-упорный страховочный подшипник, обеспечивающий выбег ротора при аварийных режимах работы подшипникового узла.Signs “an additional angular-contact bearing is installed in the gap between the inner wall of the housing and the shaft” form an angular-contact safety bearing that provides the rotor run-out in emergency operation of the bearing assembly.
Признаки «в нижней части корпуса, на поверхности его внутренней стенки, обращенной к цапфе, с образованием рабочего зазора и формированием магнитной схемы Хальбаха зафиксированы планки, выполненные из постоянных магнитов с чередующимися тангенциальными противоположно направленными направлениями намагниченности, между которыми размещены планки, выполненные из постоянных магнитов с чередующимся радиальными противоположно направленными направлениями намагниченности» формируют магнитную систему пассивного магнитного подшипника.In the lower part of the housing, on the surface of its inner wall facing the trunnion, with the formation of a working gap and the formation of the Halbach magnetic circuit, bars made of permanent magnets with alternating tangential oppositely directed directions of magnetization are fixed, between which there are bars made of permanent magnets with alternating radial opposite directions of magnetization" form the magnetic system of a passive magnetic bearing.
Признаки «внутренняя стенка корпуса и цапфа выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью» позволяют замкнуть магнитный поток между внутренней стенкой корпуса и цапфой и направить его в зону рабочего зазора, тем самым обеспечивая высокую несущую способность пассивного магнитного подшипника.The features “the inner wall of the housing and the trunnion are made of a material with high magnetic permeability” make it possible to close the magnetic flux between the inner wall of the housing and the trunnion and direct it to the working gap zone, thereby providing a high bearing capacity of the passive magnetic bearing.
Признаки первого зависимого пункта формулы обеспечивают наиболее полное использование энергии постоянных магнитов пассивного магнитного подшипника.The features of the first dependent claim provide the most complete use of the energy of the permanent magnets of the passive magnetic bearing.
Признак второго зависимого пункта формулы обеспечивает направление основной части магнитного потока в зону рабочего зазора и создает суммарную составляющую горизонтальных сил притяжения пассивного магнитного подшипника равной нулю, а суммарную составляющую вертикальных сил равной статической нагрузке, приходящейся на пассивный магнитный подшипник.The sign of the second dependent claim ensures that the main part of the magnetic flux is directed to the working gap zone and creates the total component of the horizontal attractive forces of the passive magnetic bearing equal to zero, and the total component of the vertical forces is equal to the static load falling on the passive magnetic bearing.
На фиг.1 и 2 показаны соответственно продольный и поперечный разрезы радиально-упорного подшипникового узла.Figures 1 and 2 show, respectively, longitudinal and transverse sections of the angular contact bearing assembly.
На чертежах показаны вал 1, опорная пята 2, корпус 3 и его внутренняя стенка 4, втулка 5 с питающими отверстиями 6, дополнительный радиально-упорный подшипник 7, цапфа 8, уплотнительные кольца 9 втулки 2, вкладыш 10 из антифрикционного материала, рабочий зазор 11 между планками из постоянных магнитов 12, 13 с чередующимся тангенциальным и радиальным намагничиванием соответственно и цапфой 8, подпятник 14 упорного газостатического подшипника, стопорная гайка 15 радиального газостатического подшипника, стопорное кольцо 16 дополнительного радиально-упорного подшипника 7, осевое отверстие 17 подачи газа в радиальный и упорный газостатические подшипники, радиальное отверстие 18 подачи газа в камеру высокого давления 19 радиального газостатического подшипника, питающие отверстия 20 упорного газостатического подшипника, смазочный зазор 21 радиального газостатического подшипника.The drawings show the
Радиально-упорный подшипниковый узел содержит полый корпус 3 с двойными коаксиальными стенками, в зазоре между которыми размещены втулка 5 и цапфа 8, разделенные вкладышем 10 из антифрикционного материала, например, углеситалла.Angular-contact bearing assembly contains a
Также в корпусе 3 выполнено осевое отверстие 17, которое сообщается с камерой высокого давления 19 через радиальное отверстие 18.Also in the
При этом цапфа 8 из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, из сплава 48 КНФ) жестко зафиксирована на опорной пяте 2 и размещена с возможностью вращения в полости втулки 5, снабженной питающими отверстиями 6, расположенными радиально, и торцы которой снабжены уплотнительными кольцами 9.In this case, the
Вал 1, продольная ось которого ориентирована горизонтально, жестко зафиксирован на опорной пяте 2 и размещен с возможностью вращения в полости, ограниченной внутренней стенкой 4 корпуса 3, выполненной из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, из сплава 48 КНФ).
Причем в зазоре между внутренней стенкой 4 корпуса 3 и валом 1 установлен дополнительный радиально-упорный подшипник 7, а в нижней части корпуса 3, на поверхности его внутренней стенки 4, обращенной к цапфе 8, с образованием рабочего зазора 11 и формированием магнитной схемы Хальбаха зафиксированы планки 12 из постоянных магнитов с чередующимися тангенциальными противоположно направленными направлениями намагниченности, между которыми размещены планки 13, выполненные из постоянных магнитов с чередующимся радиальными противоположно направленными направлениями намагниченности.Moreover, in the gap between the
Планки 12 и 13 могут быть ориентированы вдоль продольной оси корпуса 3 (и иметь трапециевидную форму поперечного сечения) или перпендикулярно ей (и иметь прямоугольную форму поперечного сечения), при этом ориентация планок 12 и 13 существенно не влияет на несущую способность радиально-упорного подшипникового узла.
Изготавливают и собирают радиально-упорный подшипниковый узел следующим образом.Manufacture and assemble the angular contact bearing assembly as follows.
В корпусе 3 сверлят осевое 17 и радиальное 18 отверстия подачи газа.In the
Во втулку 5 вклеивают вкладыш 10 из антифрикционного материала и радиально сверлят в ней питающие отверстия 6. На втулку 5 устанавливают уплотнительные кольца 9, вставляют собранный узел в корпус 3 и фиксируют стопорной гайкой 15.An
Устанавливают в корпус 3 дополнительный радиально-упорный подшипник 7 и фиксируют его стопорным кольцом 16. Вклеивают в корпус 3 подпятник 14 упорного газостатического подшипника. Изготавливают опорную пяту 2 с цапфой 8 и валом 1. Устанавливают опорную пяту 2 в корпус 3.An additional angular contact bearing 7 is installed in the
Радиально-упорный подшипниковый узел работает следующим образом.Angular contact bearing assembly works as follows.
Планки 12 и 13 рассчитываются и устанавливаются с таким расчетом, чтобы их сила притяжения, направленная по вертикальной оси вверх, была приблизительно равна силе тяжести ротора, приходящийся на один пассивный магнитный подшипник, а горизонтальная составляющая этой силы в сумме была бы равна нулю.
Перед началом вращения цапфы 8 через осевое отверстие 17, радиальное отверстие 18 газ поступает в камеру высокого давления 19 радиального газостатического подшипника и через питающие отверстия 6 втулки 5 поступает в смазочный зазор 21 радиального газостатического подшипника.Before the rotation of the
Цапфа 8 всплывает под воздействием силы притяжения пассивного магнитного подшипника и давления газового смазочного слоя радиального газостатического подшипника. The
Газ через систему питающих отверстий 17 и 20 подается в зазор упорного газостатического подшипника между корпусом 3 и опорной пятой 2.The gas is fed through the system of
Дополнительный радиально-упорный подшипник 7 включается в работу только при значительных перегрузках, так как установлен с образованием зазора между указанным подшипником и валом 1.Additional angular contact bearing 7 is included in the work only with significant overloads, as it is installed with the formation of a gap between the specified bearing and
Предложенный радиально-упорный подшипниковый узел обладает низкими потерями на трение, так как пассивный магнитный подшипник имеет большой радиальный зазор, а радиальный газостатический подшипник имеет малый диаметр, а газ имеет малую вязкость, кроме того, радиальный газостатический подшипник может работать в газодинамическом режиме, так основную статическую нагрузку воспринимает пассивный магнитный подшипник.The proposed angular contact bearing assembly has low friction losses, since the passive magnetic bearing has a large radial clearance, and the radial gas static bearing has a small diameter, and the gas has low viscosity, in addition, the radial gas static bearing can operate in a gas dynamic mode, so the main the static load is taken up by a passive magnetic bearing.
Статическая нагрузка от действия силы тяжести ротора уравновешивается силой притяжения от постоянных магнитов в вертикальной плоскости, а горизонтальная сила притяжения пассивного магнитного подшипника в сумме равна нулю, а динамические нагрузки на ротор воспринимаются газовым смазочным слоем. Тепловые расширения цапфы минимальны, так как потери на трение в радиально-упорном подшипниковом узле незначительны.The static load from the action of the gravity force of the rotor is balanced by the force of attraction from permanent magnets in the vertical plane, and the horizontal force of attraction of the passive magnetic bearing is zero in total, and the dynamic loads on the rotor are perceived by the gas lubricating layer. The thermal expansion of the trunnion is minimal, since the friction losses in the angular contact bearing assembly are negligible.
Магнитная часть предлагаемого радиально-упорного подшипникового узла воспринимает статическую нагрузку, приходящуюся на пассивный магнитный подшипник, а газостатическая ее часть автоматически реализует отрицательную обратную связь по отклонению цапфы от соосного положения относительно точки подвижного равновесия цапфы в радиальном газостатическом подшипнике и не требует установки дополнительных устройств (датчиков отклонения и быстродействующих регуляторов).The magnetic part of the proposed angular contact bearing assembly perceives the static load falling on the passive magnetic bearing, and its gas-static part automatically implements negative feedback on the deviation of the trunnion from the coaxial position relative to the point of movable equilibrium of the trunnion in the radial gas-static bearing and does not require the installation of additional devices (sensors deflection and fast controllers).
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2771991C1 true RU2771991C1 (en) | 2022-05-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU233364A1 (en) * | М. А. Шиманович Завод Красный пролетарий Ефремова | HYDROSTATIC RADIAL-RESISTANT BEARING | ||
| SU614259A1 (en) * | 1976-12-07 | 1978-07-05 | Предприятие П/Я М-5612 | Radial-thrust gas-static bearing unit |
| US5911511A (en) * | 1997-09-26 | 1999-06-15 | Alliedsignal Inc. | Tilting pad foil thrust and journal bearings |
| RU2541616C1 (en) * | 2013-08-12 | 2015-02-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Radial bearing assembly |
| RU2677435C2 (en) * | 2013-10-31 | 2019-01-16 | Юрий Иванович Ермилов | Bearing assembly (versions) |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU233364A1 (en) * | М. А. Шиманович Завод Красный пролетарий Ефремова | HYDROSTATIC RADIAL-RESISTANT BEARING | ||
| SU614259A1 (en) * | 1976-12-07 | 1978-07-05 | Предприятие П/Я М-5612 | Radial-thrust gas-static bearing unit |
| US5911511A (en) * | 1997-09-26 | 1999-06-15 | Alliedsignal Inc. | Tilting pad foil thrust and journal bearings |
| RU2541616C1 (en) * | 2013-08-12 | 2015-02-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Radial bearing assembly |
| RU2677435C2 (en) * | 2013-10-31 | 2019-01-16 | Юрий Иванович Ермилов | Bearing assembly (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4128280A (en) | Self-pressurizing floating gas bearing having a magnetic bearing therein | |
| US8500331B2 (en) | Hybrid air foil bearing and method of manufacture | |
| US9765815B2 (en) | Method and apparatus for hybrid suspension system | |
| CN101515774B (en) | High-temperature superconducting permanent magnetic hybrid magnetic suspension variable-frequency motor | |
| JPH02138520A (en) | Bearing support system | |
| CN102705427B (en) | Squeeze film damper | |
| CN110894854B (en) | Integrated permanent magnetism suspension's heavy load air supporting main shaft | |
| BR112014004823A2 (en) | induction machine apparatus and method for preloading tilt force on the support bearing in an induction machine | |
| CN102812261A (en) | Rotating Machinery With Damping System | |
| CN103075416B (en) | Dynamic and static pressure conical bearing with wedged dovetail cavities | |
| US9212665B2 (en) | Planetary-type auxiliary bearing for a hydrostatic primary bearing | |
| RU2771991C1 (en) | Angular contact bearing assembly | |
| RU2771989C1 (en) | Angular contact bearing assembly | |
| RU2771999C1 (en) | Angular contact bearing assembly | |
| CN102242762B (en) | Dynamic pressure gas radial ceramic bearing | |
| San Andres | Hydrodynamic fluid film bearings and their effect on the stability of rotating machinery | |
| CN101119047A (en) | High temperature superconducting magnetic suspension frequency conversion electric motor | |
| Basumatary et al. | A numerical study on effect of electromagnetic actuator on rigid rotor supported on gas foil bearing | |
| RU2771706C1 (en) | Radial bearing assembly | |
| RU2772082C1 (en) | Radial bearing assembly | |
| WO2015032425A1 (en) | Combination gas bearing | |
| RU2772083C1 (en) | Radial bearing assembly | |
| CN101217241A (en) | An electric spindle design adopting air static pressure anti-thrusting and air static pressure radial bearing support | |
| Kasarda et al. | An experimental investigation of the effect of an active magnetic damper on reducing subsynchronous vibrations in rotating machinery | |
| Polyakov et al. | Reliability improvement of rotor supports by combining rolling-element bearings and fluid-film bearings |