ЛЕПЕСТКОВЫЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОДШИПНИКИ (FOIL BEARINGS)

Научная группа «Мехтурбо» предлагает помощь и содействие в расчете и проектировании высокооборотных турбомашин на лепестковых газодинамических подшипниках. Также возможно изготовление лепестковых газодинамических подшипников «на заказ» и под конкретные задачи Заказчика для экспериментальных высокооборотных турбомашин.

В высокооборотных турбомашинах с частотами вращения ротора от 20 до 200 тыс.об/мин и с диапазоном мощностей от 0,5 до 300 кВт целесообразно применять газовые подшипники. В лепестковых газодинамических подшипниках (ЛГП) отсутствует принудительный наддув газа в полость подшипников, при этом не тратится дополнительная мощность, как это происходит в газостатических подшипниках.

Повышение давления в газовом слое происходит при увеличении частоты вращения ротора, обусловлено это вязкостью газа и конструкцией ЛГП с перекрывающимися упругими элементами – лепестками. Режим так называемой «газовой смазки», когда отсутствуют механические контакты ротора и корпусных деталей, имеет место при высоких частотах вращения ротора, а износ опор происходит только при запуске и останове изделия. Для предотвращения механических повреждений цапф ротора и для облегчения процесса запуска, на лепестки наносится специальное антифрикционное покрытие (АФП), толщиной около 25 мкм. Эта твердая смазка имеет низкий коэффициент трения, высокую износостойкость и выдерживает не менее 30 тысяч циклов пуск-останов.

Данные типы подшипников стали применять за рубежом и в СССР еще в 70-х годах прошлого века, в научной литературе имеются многочисленные сведения об их конструкции и принципе работы. В настоящее время ЛГП находят все более широкое применение, даже студентов теперь обучают расчету и проектированию лепестковых подшипников. В подтверждение сказанного, ниже представлены схемы радиального и осевого ЛГП, заимствованные из Методических указаний для студентов В.П. Леонова и Т.И. Максимович «Лепестковые газовые подшипники турбомашин», МГТУ им Баумана, каф. «Э-4», изд. 2002 г.

Радиальный лепестковый подшипник: 1 – корпус подшипника, 2 – продольный паз, 3 – лепесток, 4 – вал.
Осевой лепестковый подшипник (подпятник): а – вид подпятника в плане; б – плата без несущих лепестков; в – подкладной пружинный элемент; г – фрагмент профиля подпятника (1 – профилированный лепесток, 2 – консольно-расположенный участок, 3 – подкладной элемент, 4 – кольцевая плата, 5 – подкладная пружинка).

С 2013 года сотрудники «Мехтурбо», кроме других научных направлений, стали заниматься разработкой и изготовлением высокооборотных турбомашин на лепестковых газодинамических подшипниках собственного производства. В период с 2013 г. по 2017 г. нашей группой были спроектированы, изготовлены и испытаны четыре новые турбомашины на ЛГП различного класса. Такие успехи стали возможными с приходом в группу в августе 2012 г. специалиста с 40-летним опытом по проектированию и испытаниям высокооборотных турбомашин на ЛГП.

Наши новые разработки турбомашин на ЛГП

Турбодетандер                     природного газа

ТБ2013

N=22 кВт

n=120-150 тыс.об/мин

2013-2014 г.

Экспериментальный электронагнетатель

ВД100

N=0,6-1,0 кВт

n=60-80 тыс.об/мин

2014-2015 г.

Воздушные электрокомпрессоры на различные производительности

ГАГЛИ-010

N=12 кВт

n=70-80 тыс.об/мин

2016-2017 г.

На следующей фотографии представлен внешний вид роторов этих турбомашин.

Наша научная группа располагает технологическими возможностями для изготовления экспериментальных образцов изделий, в т.ч. рабочих колес турбомашин, роторов на постоянных редкоземельных магнитах, изготовленных по оригинальной технологии, изготовления ЛГП, балансировки роторов, сборки и испытаний турбомашин.

Сборка лепестковых турбомашин

Кроме проектирования и изготовления указанных турбомашин «параллельно» также были осуществлены работы по подготовке и проведению испытаний этих изделий. Далее представлен внешний вид стенда для обкатки и воздушных испытаний турбодетандера природного газа.

При проектировании высокооборотных турбомашин на ЛГП следует принимать во внимание целый ряд специфических особенностей, характерных именно для «лепестковых» машин, и без учета которых невозможно гарантированно получить положительный конечный результат. По нашему убеждению, совершенно недостаточно ‘просто купить комплект лепестковых подшипников’ и поручить конструктору (без соответствующего опыта) спроектировать высокооборотную турбомашину на ЛГП – результат с большой долей вероятности может оказаться неудовлетворительным…

Наши сотрудники обладают необходимыми знаниями для разработки подобных изделий, а также располагают технологиями расчета и изготовления лепестковых газодинамических подшипников. Имеющийся опыт подтверждает надежную работу ЛГП следующих типоразмеров: для радиальных подшипников – от d10мм до d100мм, для осевых подпятников диаметры соответственно в 2-2,5 раза больше.

Научная группа «Мехтурбо» предлагает помощь и содействие в расчете и проектировании высокооборотных турбомашин на ЛГП. Также возможно изготовление лепестковых подшипников «на заказ» и под конкретные задачи Заказчика для экспериментальных высокооборотных турбомашин; на фотографиях далее представлены наши подшипники :

В качестве антифрикционного покрытия для упругих элементов ЛГП мы с успехом применяем отечественное покрытие на основе фторпластосодержащих композиций (аналога тефлона) производства НПО «Наука»: композиты типа «АФП» и «АФП-нано».

Однако, в настоящее время мы также освоили оригинальные технологические процессы по применению для упругих элементов подшипников ряда импортных антифрикционных покрытий с предельными рабочими температурами в диапазоне от 250 до 400 град С (эти экспериментальные работы с АФП продолжаются). На следующей фотографии показаны подпятники с антифрикционным покрытием НПО «Наука» (слева) и двумя импортными покрытиями (в центре и справа) :

Для желающих ознакомиться и посмотреть работающие изделия на ЛГП, рекомендуем связаться с нами в соответствии с разделом «Контакты».

Сотрудники «Мехтурбо»

2017 г.

Ключевые слова: высокооборотные турбомашины на газовых подшипниках, турбодетандеры, турбодетандеры на газовых подшипниках, высокоскоростные синхронные электроприводы, лепестковые газодинамические подшипники, foilbearings.