SU1754949A1 - Газодинамическа осева опора - Google Patents

Abstract

Использование: в машиностроении дл  осевой фиксации роторов сысокоскорост- ных машин, например, турбохолодильни- «08, турбодетандеров, турбонагревателей турбогенераторов. Сущность изобретени : газодинамическа  осева  опора содержит п ту 1, корпус 2, в котором размещена плата 3 с опорными элементами 4 Каждый лепесток 5 закреплен на соответствующем опорном элементе 4 так, что образуютс  две консольные части: несуща  6 и вспомогательна  7 Несуща  часть 6 лепестка 5 спрофилирована в виде кривой с переменным радиусом, уменьшающимс  к кромке 8 лепестка Кромка 8-лепестка 5 опираетс  на несущую часть 6 смежного лепестка 5. Это обеспечивает оптимизацию рабочей поверхности в момент всплыти  ротора и образование дополнительных зон сухого трени  между упругими элементами подшипника . 5 ил (Л С

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к подшипникам скольх е- ни  с газовой смазкой, используемым дл  осевой фиксации роторов высокоскоростных машин, например, турбомашин различного назначени  (турбохолодильников, турбодетандеров, турбонагнетателей, турбогенераторов и пр)

В таких машинах пытаютс  применить лепестковые упорные газодинамические подшипники (подп тники) t одержащие платы с закрепленными на них упругими лепестками с различной профилировкой. Эти конструкции имеют повышенный износ.

Известна также газодинамическа  осева  опора, содержаща  п ту и смонтированный в корпусе подп тник в виде платы с закрепленными на ней опорными элементами и с упругими лепестками жегтко смонти- рованными на опорных элементах с образованием двух консольных частей, одна из которых несуща , расположена в контакте со смежными лепестком посредством кромки.

Однако эта газодинамическа  опора обладает р дом недостатков Во-первых, оптимальный профиль зазора, соответствующий максимальной несущей способности, имеет место лишь на рабочем режиме, когда под вли нием осевых сил, действующих на упорный подшипник со стороны вращающегос  ротора, кромки несущих лепестков деформируют опорную часть смежных лепестков. В момент запуска ротора, когда осевые силы еще малы, профиль несущей части упорногоподшипникаоптимален , клиновидность рабочего профип  слишком велика, что обуславливает большую скорость всплыти  и соответственно повышен ный износ антифрикционного покрыти  лепестков.

ел

Ю 4

Износ покрыти  - основной фаюор, определ ющий ресурс упорного подшипника и соответственно турбомашины.

Во-вторых, в подшипнике имеетс  зона контакта кромки несуи ей части лепестка с опорным участком смежного лепестка и зона кромочного контакта опорного лепестка с платой в случае максимальной осевой нагрузки . Демпфирующей способности бывает недостаточно дл  подавлени  резонансных режимов, когда амплитуды колебаний ротора достигают больших значений .

Целью изобретени   вл етс  увеличение ресурса и повышение демпфирующих свойств опоры.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что несуща  часть каждого упругого лепестка выполнена криволинейной с переменным радиусом, уменьшакщимс  к ее кромке, при этом зона контакта кромки несущей части лепестка со смежным упругим лепестком размещена на несущей части смежного лепестка. Например, профилировка может буть выпол йена в виде двух сопр гающихс  дуг окружностей с радиусами RI и R2 (). На фиг. 1,2 представлена газодинамическа  осева  опора (поперечный разрез); на фиг.З - опора в плане; на фиг.4 - плата с опорными элементами и одним закрепленным лепестком; на фиг.5 - газодинамическа  опора в рабочем режиме.

Газодинамическа  опора содержит п ту 1, корпус 2, в котором размещена плата 3 с опорными элементами 4, жестко закрепленными на плате 3, например, при помощи сварки, склеивани  или полученными путем травлени  или деформации плат, и упругими лепестками 5, закрепленными на опорных элементах 4 также при помощи сварки или склеивани . Каждый лепесток 5 закреплен на соответствующем опорном элементе 4 так, что образуютс  две консольные части - несуща  б и вспомогательна  7. Несуща  часть 6 лепестка 5 спрофилирована в виде кривой с переменным радиусом R, уменьшающимс  к кромке лепестка 8. Кромка 8 лепестка 5 опираетс  на вспомогательную часть 7 смежного лепестка 5.

Следует отметить, что в турбомашинах опоры монтируютс  с некоторой предварительной осевой деформацией пакета упругих элементов (фиг.1). Эта деформаци , называема  преднат гом, позвол ет уменьшить осевые перемещени  ротора. Величина преднат га определ етс  из услови , что перемещение ротора в двухстороннем подп тнике под действием максимальной расчетной силы должно быть меньше любого осевого зазора в роторной системе.

Радиус профилировки RI выбираетс  таким образом, чтобы при преднат ге упорного подшипника формировалс  плоско-параллельный участок профил  между несущей частью б лепестка 5 и п той, Это условие выполн етс  при следующем соотношении геометрических параметров газодинамической осевой опоры

10

Ri

FiH

где Е - модуль упругости 1-го рода материала лепестка;

- момент сопротивлени  лепестка в радиальном сечении;

FI - сила, действующа  на кромку лепестка при преднат ге;

И -длина конфузорного участка профил  в услови х преднат га.

Как известно, сочетание наклонного и плоско-параллельного участка профил  зазора  вл етс  наиболее благопри тным дл  обеспечени  минимального ивноса при пуске . Дело втом, что в этом случае, во-первых, уменьшаетс  давление в зоне контакта лепестка и платы за счет увеличени  площади контакта, и, во-вторых, уменьшаетс  скорость всплыти  благодар  оптимальной форме зазора.

Величина R2 определ етс  из услови  нераздавливани  профили в зоне кромки 8 под действием максимальной осевой расчетной нагрузки

Ra

l

+

F2|2 2 г ГС RCp

ПЕТ TR( n

где l2 - длина участка конфузорного зазора в услови х максимальной расчетной осевой нагрузки;

б -толщина опорного элемента;

F2 - сила, действующа  на кромку лепестка при максимальной осевой нагрузке;

Rep. - среднеарифметическое значение радиуса несущей поверхности упорного подшипника;

Ьср - среднеарифметическое значение ширины опорного элемента;

п - число лепестков упорного подшипника .

Газодинамическа  опора работает следующим образом.

Вращающийс  ротор (не показан) увлекает газ в конфузорные зоны между п той и лепестками 5. Поскольку форма профил  в момент запуска имеет наклонные и плоскопараллельные участки, в них быстро нарастает давление рабочего газа и становитс  достаточным дл  отделени  лепестков, При еще небольшой скорости вращени  ротора возникает разделительный газовый слой. При увеличении частоты вращени  ротора растут осевые нагрузки, действующие через газовый слой на упорный подшипник. Под действием этих нагрузок кромка 8 несущей б части лепестка 5 отжимает смежный лепесток 5 до контакта с платой 3, а тыльна  сторона несущей 6 части лепестка 5 опираетс  на вспомогательную часть 7 смежного лепестка 5 и деформирует его до контакта с платой 3 Вспомогательна  часть 7 лепестка 5 в данном случае играет роль дополнитель- ного упругого упора, увеличивающего жесткость газодинамической опоры.

В эгой стадии деформации в зоне кромки 8 сохран етс  лишь профилировка лепестка 5 меньшим радиусом RZ. Рабочий зазор принимает форму, близкую к оптимальной, обеспечива  высокую несущую способность опоры на рабочем режиме.

В процессе формировани  пакета упругих элементов возникают следующие зоны сухого трени  (фиг.5)

1- кромочный контакт кромки 8 лепест- ка 5 с несущей частью б смежного лепестка

5;

2- контакт тыльной части несущей 6 части лепестка 5 с поверхностью вспомогательной части 7 смежного лепестка 5;

3- кромочный контакт вспомогательной части 7 лепестка 5 с платой 3;

4- контакт тыльной стороны несущей б части лепестка 5 с платой 3

Большое количество зон сухого трени  обеспечивает хорошие демпфирующие качества предлагаемой конструкции.

/7в5

Создание лепестковой газодинамической осевой опоры с улучшенными пусковыми характеристиками и повышенной демпфирующей способностью позволило заменить газостатические упорные подшипники в высокооборотных турбодетанде- рах

Использование турбодетандеров с лепестковыми газодинамическими осевыми опорами позволило обеспечить:

-большой запас по динамической устойчивости ротора турбодетандера;

-пониженную чувствительность к загр знению рабочего газа (прохождение гр зевой частицы не приводит к отказу, как это имеет место в газостатических опорах);

-сниженные требовани  к точности изготовлени  и сборки турбодетандера.

Claims (1)

1. Формула из оТГр е т е н и  

   Газодинамическа  осева  опора, содержаща  п ту и смонтированный в корпусе подп тник в виде платы с закрепленными на ней опорными элементами и с упругими лепестками, жестко смонтированными на опорных элементах с образованием двух консольных частей, одна из которых, несуща  расположена в контакте посредством кромки со смежным упругим лепестком, о т- л и ч а ющ а   с   тем, что; с целью увеличени  ресурса и повышени  демпфирующих свойств, несуща  часть каждого упругого лепестка выполнена криволинейной с переменным радиусом, уменьшающимс  к ее кромке, при этом зона контакта кромки несущей части лепестка со смежным упругим лепестком размещена на несущей части смежного лепестка.

   /V5 Ь

   2

   Зоне /rrfle#t/#