Основные виды подшипников с газовой смазкой

Подшипники с газовой смазкой делятся на две основные труппы, фактически соответствующие двум характерным видам подшипников жидкостного трения: аэростатические подшипники, для работы которых требуется источник сжатого газа, и аэродинамические, в которых разность давлений возникает самостоятельно за счет одновременного сдвига и сдавливания газа между находящимися в относительном движении поверхностями, причем одна из них поддерживает другую.

В аэростатических подшипниках повышенное давление создается насосом. В системах с вращающимся ротором оба вида подшипников могут воспринимать либо осевые, либо радиальные нагрузки или выполнять эти функции одновременно.

В своем рабочем интервале скоростей подшипник может работать как чисто аэростатический или чисто аэродинамический, начинать работу в одном режиме и по мере роста скорости переходить к другому или функционировать как гибридный, в котором давление создается одновременно аэростатическими и аэродинамическими эффектами. Более того, при некоторых обстоятельствах в самогенерирующийся подшипник необходимо подавать газ от внешнего источника для подавления возникающих неустойчивостей. В подшипниках обоих видов течение газа обычно ламинарное, но могут появляться условия и для перехода к турбулентности.

Характерным недостатком подшипников с внешним наддувом является необходимость установки насоса и стока для отработанных газов, что, как правило, ограничивает область их применения. Однако такие подшипники не требуют высокой точности изготовления, обеспечивают подвес при малых скоростях и выдерживают как постоянные, так и пульсирующие нагрузки.

Самогенерирующиеся подшипники могут воспринимать лишь очень небольшие нагрузки (в несколько десятых килограмма на квадратный сантиметр), причем несущая способность их зависит от скорости; точность изготовления и сборки должна быть довольно высокой, а использовать их можно лишь для тех опор, поверхности которых под нагрузкой всегда находятся в относительном движении.

Бесспорным преимуществом этих подшипников перед подшипникам» с внешним наддувом является то, что нет необходимости во вспомогательном оборудовании и не возникает проблем с отводом газа или устройством надлежащей регулировки давления в рабочем отсеке. Однако газ, подаваемый в подшипник с внешним наддувом, может обеспечить дополнительные преимущества.

Например, подшипник с наддувом может работать в запыленной атмосфере, поскольку истекающий газ предотвращает попадание в зазор твердых частиц из окружающей среды. Хорошим примером такого применения является разработанный Пауэллом (Саутгемптонский университет) турбинный расходомер для измерения объемного расхода газа со взвешенными в нем твердыми частицами, показанный на фиг. 1.1 и 1.2, в котором использованы подшипники с внешним наддувом. Конечно, подаваемый в подшипник газ должен быть химически совместим с жидкостью, расход которой подлежит измерению, а избыток газа должен отводиться, иначе будет происходить его скопление, если жидкость циркулирует по замкнутому контуру.

Рис. 1.1. Турбинный расходомер, имеющий радиальный и упорный подшипники с внешним наддувом

Рис. 2.2. Турбинный расходомер. Показаны детали конструкции. Воздух подастся в центр шипа, откуда он вытекает через два ряда питающих отверстий в зазор радиального подшипника перед крыльчаткой и за ней. 1 — носовой конус, 2 — крыльчатка; 3 — штуцер для подвода воздуха; 4 — хвостовой конус, 5 — радиальный подшипник

Газовая смазка, вообще говоря, исключает все смазочные системы, методы и практические средства, связанные с химической или граничной смазкой. Так, например, шариковые подшипники или пропитанные смазкой пористые втулки подшипников, а также: процессы, подобные приработке, почти не имеют себе подобных в технологии газовой смазки.

Имеются одно или два исключения: например, пористая бронза, насыщенная графитом или фторопластом (политетрафторэтилен), допускает возможность ограниченной приработки. Как правило, приработка практически не осуществима и операция пуска из состояния покоя обычно требует дополнительного наддува. Исключение составляют весьма слабо' нагруженные подшипники.

Общим недостатком подшипников с газовой смазкой следует считать то, что вследствие малой вязкости газов аэростатические и аэродинамические опоры способны нести значительно меньшие нагрузки, чем соответствующие опоры с жидкой смазкой. В случае аэростатических подшипников указанный недостаток объясняется ограниченными возможностями системы нагнетания газа, а в случае аэродинамических — ограничениями на минимальные допустимые рабочие зазоры или «максимальные допустимые эксцентриситеты». Однако в опорах с малым трением этот очевидный недостаток становится существенным достоинством.

После того как в общих чертах рассмотрены основные недостатки, а также назначение газовой смазки, уместно рассмотреть ее многочисленные достоинства. Одни из них проявляются лишь в определенных обстоятельствах, а другие оказываются исключительными и допускают работу машин в таких условиях, когда другие смазки практически не применимы.