газостатический подпятник

Формула изобретения

Газостатический подпятник, представляющий из себя кольцевой диск с лабиринтными уплотнениями в виде гребней, расположенных у внешней и внутренней частях диска, в теле диска выполнены питающие отверстия, образующие ряды наддува, расположенные по радиусам двух окружностей диска, отличающийся тем, что радиус внешнего диаметра диска r₁ задается, а размеры конструктивных элементов подпятника находятся в следующих соотношениях:

- радиус внутреннего диаметра диска r_-1 =(0,17-0,37)·r₁;

- радиус первого ряда наддува r₀=(0,26-0,52)·r ₁;

- радиус второго ряда наддува R ₀=(0,68-0,73)·r₁;

- диаметр питающих отверстий d=(6,4-14,6)·10^-3 ·r₁;

- количество питающих отверстий в каждом ряду N=(17-19);

- количество канавок у внутреннего диаметра подпятника z₁=(5-8);

- количество канавок у внешнего диаметра подпятника z₂ =(9-14);

- расстояние между гребнями лабиринтов а=1,12·10 ^-2·r₁;

- шаг лабиринтных уплотнений t=(2,11-3,48)·а;

- высота лабиринтов l=(1,0-1,2)·а.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с вращающимися деталями, работающими в условиях газовой смазки.

Уровень техники заявляемого изобретения известен из работы /1/. Известный подпятник представляет из себя кольцевой диск, снабженный лабиринтными канавками. В теле диска выполнены питающие отверстия, расположенные на радиусах двух окружностей кольцевого диска, образующие ряды наддува. Известный подпятник характеризуется влияющими на его работу следующими параметрами (таблица, подпятник №2), выраженными соотношением геометрических размеров элементов подпятника:

- радиус внешнего диаметра диска r₁=88 мм;

- радиус внутреннего диаметра диска r _-1=0,41·r₁=36 мм;

- радиус первого ряда наддува r₀=0,76·r ₁=67 мм;

- радиус второго ряда наддува R ₀=0,56·r₁=49 мм;

- диаметр питающих отверстий d=11,36·10^-3·r ₁=1 мм;

- количество питающих отверстий в каждом ряду N=16;

- количество канавок у внутреннего диаметра подпятника z₁=22;

- количество канавок у внешнего диаметра подпятника z₂=41.

Условием нормальной работы газового подпятника является оптимальный режим, который сочетает достижение необходимой нагрузки с возможно меньшим расходом газа.

В известном устройстве у внешнего и внутреннего диаметров диска выполнены лабиринтные уплотнения в количестве 41 и 22 соответственно. Наличие лабиринтных уплотнений направлено на увеличение сопротивления движению смазки к краям подпятника. С одной стороны это является положительным фактором, с другой стороны не оптимизированное количество лабиринтных уплотнений уменьшает площадь гладкой поверхности диска, что ведет к снижению нагрузки, воспринимаемой подпятником. Суммарная площадь питающих отверстий, расположенных в теле диска, влияет на величину подъемной силы подпятника и, следовательно, на его нагрузку. Таким образом, все конструктивные размеры элементов подпятника должны обеспечивать его экономичную работы.

Недостатком известного газового подпятника является его недостаточная экономичность работы в заданном диапазоне изменения относительного зазора между пятой и подпятником.

Повышение экономичности работы газового подпятника достигается заявляемым устройством, представляющим из себя кольцевой диск с лабиринтными уплотнениями в виде гребней, расположенных у внешней и внутренней частях диска, в теле диска выполнены питающие отверстия, образующие ряды наддува и расположенные по радиусам двух окружностей кольцевого диска и имеющего следующие соотношения размеров конструктивных элементов подпятника:

- радиус внешнего диаметра диска r₁ (задается);

- радиус внутреннего диаметра диска r _-1=(0,17-0,37)·r₁;

- радиус первого ряда наддува r₀=(0,26-0,52)·r ₁;

- радиус второго ряда наддува R ₀=(0,68-0,73)·r₁;

- диаметр питающих отверстий d=(6,4-14,6)·10^-3 ·r₁;

- количество питающих отверстий в каждом ряду N=(17-19);

- количество канавок у внутреннего диаметра подпятника z₁=(5-8);

- количество канавок у внешнего диаметра подпятника z₂ =(9-14);

- расстояние между гребнями лабиринтов а=1,12·10 ^-2·r₁;

- шаг лабиринтных уплотнений t=(2,11-3,48)·а;

- высота лабиринтов l=(1,0-1,2)·а.

На фиг.1 представлена конструкция упорного кольцевого газостатического подпятника с прямоточными лабиринтными уплотнениями, где: 1 - упорный кольцевой газостатический подпятник; 2 - крышка; 3 - вал; 4 - питающее отверстие; 5 - отверстие подвода сжатого газа; 6 - прямоточные лабиринтные уплотнения; 7 - камера, 8 - пята. На фиг.2 представлена зависимость нагрузки подпятников и расхода газа от относительного зазора.

Результат достигнут путем экспериментального поиска оптимальных соотношений конструктивных элементов подпятника методом симплекс-планирования. Зависимость определялась по максимальному интегральному значению относительной удельной нагрузки подпятника в заданном диапазоне изменения относительного зазора между подпятником и пятой и сравнивалась с аналогичной зависимостью подпятника-прототипа (подпятник №2), где: q - удельная нагрузка подпятника, G - расход газа, подаваемый на смазку, h - зазор между подпятником и пятой, d₁ - внешний диаметр кольцевого диска.

В качестве примера, демонстрирующего улучшение экономичности работы, выбран подпятник со следующими отношениями конструктивных элементов:

- радиус внешнего диаметра диска r ₁ - 75 мм;

- радиус внутреннего диаметра диска r _-1=0,37·r₁;

- радиус первого ряда наддува R₀=0,73·r ₁;

- радиус второго ряда наддува r ₀=0,52·r₁;

- диаметр питающих отверстий d=14,6·10^-3·r ₁;

- количество питающих отверстий в каждом ряду N=19;

- количество канавок у внутреннего диаметра подпятника z₁=8;

- количество канавок у внешнего диаметра подпятника z₂=14;

- расстояние между гребнями лабиринтов а=1,12·10^-2 ·r₁;

- шаг лабиринтных уплотнений t=3,48·а;

- высота лабиринтов l=1,2·а.

Как следует из приведенных на фиг.2 зависимостей, во всем диапазоне заявляемого относительного зазора наблюдается повышенная нагрузка и уменьшенный расход смазки по сравнению подпятником-прототипом, что свидетельствует о повышении экономичности работы заявляемого подпятника с оптимизированными параметрами.

Газостатический подпятник работает следующим образом.

Через подводящую магистраль смазочный материал под давлением поступает в камеру. Через питающие отверстия, выполненные в теле диска, смазочный материал поступает в зазор между подпятником и пятой. Подъемная сила подпятника создается за счет наличия избыточного давления в зазоре между пятой и подпятником. Лабиринтные уплотнения увеличивают сопротивление движению смазки к краям диска, что способствует росту избыточного давления в зазоре.

Литература

1. Некоторые результаты экспериментального исследования газостатических двухрядных подпятников с лабиринтными канавками. Н.Х.Сорока, Н.П.Седько. / Труды Николаевского кораблестроительного института. Теплоэнергетика. Выпуск 42. - г.Николаев - 1971 - с.36-40.