Газодинамические подшипники: назначение и принцип действия

Лепестковые газодинамические подшипники (ЛГП) применяются в высокооборотных турбинных установках для снижения трения между валом и корпусом.

Они заменили масляные устройства, которые были неэффективны, так как жидкость теряла свои свойства при высоких температурах и не выполняла смазывающую функцию.

ЛГП представляют собой конструкцию из нескольких пластин – лепестков. Они устанавливаются между ротором и корпусом турбины. Размер и количество деталей подбирается исходя из необходимой геометрии воздушной подушки и условий эксплуатации.

По мере нарастания скорости вращения агрегата увеличивается давление в системе, лепестки отделяются от вала и создают газовый зазор, который предотвращает контакт деталей при любых скоростях и температурах работы.

Необходимая частота вращения для отделения пластин от вала называется скоростью всплытия.

Защитные покрытия для лепестков

Лепестки подшипника подвергаются усиленному износу во время запуска и остановки турбины. На малых скоростях они не могут принять правильное положение и контактируют с ротором.

Для увеличения ресурса пластин на поверхность, обращенную к валу, наносят антифрикционные твердосмазочные покрытия. Они образуют устойчивый защитный слой, снижающий фрикционный разогрев деталей в моменты пуска-останова и предотвращающий их повреждения.



Одним из наиболее эффективных составов, применяемых при температурах до +500 °С, является покрытие MODENGY 2560. Оно обладает хорошей адгезией с металлом и износостойкостью при высоких и низких скоростях вращения (от 0 до 20 м/с). Инженеры компании «Моденжи» занимаются разработкой более термостойких материалов.


Лепестки подшипников до и после нанесения защитного покрытия


Рис. 1. Лепестки подшипников до и после нанесения защитного покрытия


На подшипники, работающие при меньшем нагреве, наносятся MODENGY 1007 и MODENGY 1014.

Виды ЛГП

Лепестковые газодинамические подшипники бывают радиальными и осевыми.

Первый представляет собой втулку с пазами, в которые вставляются несущие и подкладные лепестки. В процессе работы пластины частично перекрывают друг друга.

Несущая поверхность осевого подшипника образуется кольцом из взаимно пересекающихся плоских лепестков с подкладными сегментами, прикрепляющимися к кольцевой плате.


Лепестки осевого (по центру) и радиального (по краям) подшипников


Рис. 2. Лепестки осевого (по центру) и радиального (по краям) подшипников


Осевые устройства обладают более высокой несущей способностью, жесткостью и демпфированием, по сравнению с радиальными.

Лепестковый подшипник: преимущества и недостатки


Среди основных плюсов применения лепестковых газодинамических подшипников выделяют:

  • Отсутствие возобновляемой смазки
  • Низкие требования к чистоте воздуха и точности балансировки вала
  • Продолжительный срок службы
  • Неограниченная частота вращения ротора
  • Повышенная экологичность
  • Снижение массы установки за счет исключения масляного оборудования: насосов, фильтров, баков
  • Устойчивость к экстремальным температурам
  • Предотвращение вихревой неустойчивости вала
  • Автономность работы


Основные минусы:

  • Низкая грузоподъемность газодинамической опоры
  • Сильное трение в моменты пуска-останова
  • Точные допуски и сложный процесс проектирования

Помимо крупногабаритных энергетических турбин лепестковый подшипник применяется в микротурбинах, кондиционерах самолетов, безмасляных компрессорах водоочистных сооружений и многих других системах с высокими оборотами вращения валов.