Упорный подшипник газостатического типа

Упорный подшипник газостатического типа, состоящий из установленного на валу ротора упорного гребня с параллельными рабочими поверхностями и установленных в статоре параллельно рабочим поверхностям упорного гребня с осевыми зазорами по отношению к рабочим поверхностям упорного гребня две упорные колодки. В срединной части упорных колодок на поверхностях, обращенных к упорному гребню, выполнены расточки, образующие на колодках по две кольцевые поверхности. Питатели выполнены в виде единичных трубок, соединяющих с расточками источник воздуха повышенного давления. На единичных трубках установлено по одному или несколько местных сопротивлений. На кольцевых поверхностях упорных колодок, обращенных к упорному гребню на периферийной и втулочной зонах гребня, выполнены лабиринтные уплотнения.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к опорным узлам газостатических подшипников турбомашин: газотурбинных установок, турбокомпрессоров, газовых турбин.

Известен упорный подшипник газостатического типа [1], состоящий из установленного на валу ротора упорного гребня с параллельными рабочими поверхностями и установленных в статоре параллельно рабочим поверхностям упорного гребня с осевыми зазорами по отношению к рабочим поверхностям упорного гребня две упорные колодки, содержащие по одному или несколько рядов питателей, сообщающих полость источника воздуха повышенного давления с осевыми зазорами в периферийной и втулочной зонах.

Недостатками этого подшипника являются необходимость повышенной точности изготовления деталей для обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорного гребня и упорных колодок, принципиальная сложность обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорного гребня и упорных колодок на рабочих режимах в условиях, как правило, неосесимметричности тепловых полей ротора и статора, повышенные технологические затраты при изготовлении рядов питателей.

В качестве прототипа принят упорный подшипник по [2].

Задача настоящего изобретения - повышение надежности и упрощение конструкции упорного подшипника.

Поставленная задача решается тем, что в срединной части упорных колодок на поверхностях, обращенных к упорному гребню, выполнены расточки, образующие на колодках по две кольцевые поверхности, при этом питатели выполнены в виде единичных трубок, соединяющих полость источника воздуха повышенного давления с расточками, а на единичных трубках установлено по одному или несколько местных сопротивлений, при этом на кольцевых поверхностях упорных колодок обращенных к упорному гребню на периферийной и втулочной зонах гребня выполнены лабиринтные уплотнения.

Устройство упорного подшипника поясняется на рис.1.

На рис.1 показан продольный разрез упорного подшипника.

На валу ротора 1 турбомашины установлен упорный гребень 2 с параллельными рабочими поверхностями 3 и 4. В статоре турбомашины установлены упорные колодки 5 и 6 с расточками 7 и 8. В упорных колодках 5 и 6 установлены трубки 9 и 10 с местными сопротивлениями 11 и 12, сообщающие полость источника воздуха повышенного давления с расточками 7 и 8. На периферии и втулке упорного гребня и на кольцевых поверхностях упорных колодок выполнены зубчики 13 лабиринтных уплотнений.

Упорный подшипник работает следующим образом.

При подаче через трубки 9 и 10 в полости 7 и 8 питательного воздуха высокого давления при направлении действия осевой силы на вал 1, указанном на рис.1, при идентичных конструкциях геометрических характеристик трубок 9 и 10, а также местных сопротивлений 11 и 12, вал 1 с упорным гребнем 2 смещаются в направлении действия осевой силы. При этом зазор в лабиринте, установленном на стороне поверхности 3 упорного гребня, уменьшается, зазор в лабиринте, установленном на стороне поверхности 4 упорного гребня, увеличивается. Коэффициент гидравлического сопротивления в лабиринте, установленном на стороне поверхности 3 упорного гребня, увеличивается, коэффициент гидравлического сопротивления в лабиринте, установленном на стороне поверхности 4 упорного гребня, уменьшается. Расход через трубку 9 с местным сопротивлением 11 уменьшается, а давление в полости 7 увеличивается. Расход через трубку 10 с местным сопротивлением 12 увеличивается, а давление в полости 8 уменьшается. Перемещение вала с упорным гребнем происходит до тех пор, пока равнодействующая сил действующих на ротор не станет равной нулю. При технологических и эксплуатационных отступлениях от параллельности рабочих поверхностей 3 и 4 гребня и сопряженных поверхностей упорных колодок 5 и 6 контакт статора и ротора происходит по усикам зубчиков 13, что позволяет избежать разрушения конструкции. Ввиду того, что полости 7 и 8 образуют достаточный объем с малыми скоростями течения воздуха проходящего через тракты: трубки - полости - лабиринты гарантируется осесимметричность давления в полостях 7 и 8, что минимизирует изгибающий момент на валу 1 от неравномерности распределения давлений по сторонам упорного гребня, и повышает эксплуатационные характеристики агрегата. Ввиду того, что весь расход питательного воздуха проходит через единичные трубки 9 и 10, исключается проблема засоряемости питателей, что повышает эксплуатационную надежность и снижает требования по чистоте питательного воздуха. При наличии в питательном воздухе дисперсных твердых включений опасность заклинивания ротора отсутствует, ввиду того, что контакт включений в зазоре ротор-статор происходит в зоне зубчиков 13 лабиринта, что, как правило, не приводит к отказу.

Литература.

1. Г.А.Лучин, Ю.В.Пешти, А.И.Снопов, Газовые опоры турбомашин, М.: Машиностроение, 1989, с.117-165.

2. Ceramic Gas Turbine Design and Test Experience. Progress in Ceramic Gas Turbine Development, Volume 1 / Edited by Mark van Roode, Mattison K., Ferber, David W.Richerson, ASME PRESS, 2002, Chapter 32, p.691.

1. Упорный подшипник газостатического типа, состоящий из установленного на валу ротора упорного гребня с параллельными рабочими поверхностями и установленных в статоре параллельно рабочим поверхностям упорного гребня с осевыми зазорами по отношению к рабочим поверхностям упорного гребня две упорные колодки, содержащие по одному или несколько рядов питателей, сообщающих полость источника воздуха повышенного давления с осевыми зазорами в периферийной и втулочной зонах, отличающийся тем, что в срединной части упорных колодок на поверхностях, обращенных к упорному гребню, выполнены расточки, образующие на колодках по две кольцевые поверхности.

2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что питатели выполнены в виде единичных трубок, соединяющих полость источника воздуха повышенного давления с полостями расточек.

3. Подшипник по п.2, отличающийся тем, что на единичных трубках установлено по одному или несколько местных сопротивлений.

4. Подшипник по пп.1-3, отличающийся тем, что на кольцевых поверхностях упорных колодок, обращенных к упорному гребню, выполнены лабиринтные уплотнения.