Радиальные подшипники с самоустанавливаюшимися сегментными вкладышами

По сравнению с простыми радиальными цилиндрическими подшипниками подшипникам с вкладышами уделялось очень мало внимания в литературе Частично это обусловливалось спецификой применения подшипников. Например, в гироскопах, где требуется полное и точное знание свойств подшипника, более удобны цилиндрические подшипники.

Одним из недостатков простых радиальных цилиндрических подшипников, в особенности работающих на газовой смазке, является неустойчивость типа полускоростного вихря, которая послужила причиной для их дальнейшего детального теоретического и экспериментального изучения. И наконец, ввиду простоты конструкции цилиндрический подшипник часто является объектом первоначальных экспериментальных и теоретических исследований, а уравнения этого подшипника использовались для составления программ численных расчетов.

Кроме рассмотрения тех же вопросов, что и при анализе простых подшипников, например выбор диаметра, длины и зазора подшипника, при анализе радиального подшипника с сегментными вкладышами необходимо проводить дополнительное исследование по выбору центров вращения вкладышей и их положения относительно линии действия нагрузки. Обычно для устранения любых возможных вибраций вкладышей один вкладыш делают с регулируемым нагруженным пружиной шарниром.

В настоящее время единственной опубликованной работой, относящейся непосредственно к опорам с газовой смазкой, является доклад Снелла. В этом докладе не содержится исчерпывающих конструктивных данных, однако из него можно почерпнуть некоторые критерии, полученные для подшипников диаметром 50 мм, работающих при атмосферном давлении. Центральное положение точки вращения вкладыша соответствовало наибольшему значению минимальной толщины пленки, и тогда вкладыш воспринимал нагрузку, составляющую 63% теоретической нагрузки плоского ползуна подобных же размеров, работающего при таком же минимальном зазоре, в котором в качестве смазки используется несжимаемая жидкость той же вязкости (ползун вращается относительно оптимального центра вращения, т. е. точки, расположенной от передней кромки на расстоянии, равном 0,58 его длины).

Наибольшая несущая способность подшипника достигается в том случае, когда линия действия нагрузки проходит симметрично между двумя шарнирами. Для выбора величины радиального зазора нужно найти оптимальное значение между большим значением, при котором наиболее вероятны резонансы (начальная скорость, соответствующая их появлению, пропорциональна 1/С³), и малым значением, при котором скорость, соответствующая всплыванию шипа, может быть слишком большой. Что касается числа опор, то использование трех 120-градусных вкладышей обычно бывает наиболее удобным.

Может оказаться, что несущая способность радиального подшипника с вкладышами будет составлять только 50% от несущей способности 360-градусного радиального цилиндрического подшипника, но на практике этому не придают большого значения ввиду малости вторичных нагрузок, обусловленных, например, перекосом шипа и подшипника.

Детальное теоретическое и экспериментальное исследование, выполненное недавно в Институте Франклина (США), показало, что оптимальным считается положение центра вращения на расстоянии от передней кромки вкладыша, равном 62% его длины.

Радиальные подшипники с самоустанавливающимися сегментными вкладышами широко исследовались и применялись для газовых циркуляционных насосов фирмы «Сосьете Рато» (Франция). Первым и очень успешным применением явился проект реактора «Дракон» (Англия). Насос мощностью 88,3 квт, работающий со скоростью 12 000 об/мин, перекачивает по испытательному теплообменному циклу гелий, находящийся под давлением 21 am и при температуре 350° С. Внутреннее устройство этого циркуляционного насоса показано на фиг. 2.35.

Рис. 2.35. Гелиевый циркуляционный насос, имеющий подшипники с самоустанавливающимися вкладышами. Построен фирмой «Сосьете Рато» для реактора «Дракон». Давление на входе 20,3 ата, давление на выходе 20,7 ата; температура 350° С; производительность 1,86 кг/сек) мощность 120 л. с.; диаметр подшипника на конце с крыльчаткой 150 мм; скорость вращения 12 000 об/мин. 1 — вращающаяся упорная пластина; 2 — упорный подшипник с самоустанавливающимися вкладышами; 3 — шарнир упорного подшипника; 4 — шарнир вкладыша радиального подшипника; 5 — радиальный подшипник с самоустанавливающимися вкладышами; б — змеевик для охлаждения газа; 7 — статор; 8 — вал, покрытый стеллитом; 9 дополнительная крыльчатка, создающая циркуляцию охлаждающего газа; 10 — водяная Рубашка; 11 — тепловой барьер; 12 — крыльчатка; 13 — к электрической распределительной коробке

Рис. 2.36. Вал, ротор с беличьей клеткой и вращающаяся упорная пластина, а также вкладыши радиального и упорного подшипников

Рис. 2.38. Часть вращающегося узла насоса после успешного завершения приемо-сдаточных испытаний

Этот насос (фиг. 2.36—2.38) отличается простотой устройства (в нем не используется вспомогательный наддув и отсутствуют системы очистки, предназначенные для отвода жидкости, просачивающейся через уплотнения) и высокой надежностью (он без труда развивает мощность 132,5 квт). Благодаря использованию для изготовления поверхностей подшипников бронзы, пропитанной фторопластом (политетрафторэтилен), он отлично ведет себя при пусках и остановах. Все эти качества делают насос хорошим образцом для демонстрации преимуществ, обеспечиваемых аэродинамическими подшипниками.