автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение несущей способности осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой судовых турбомашин

На правах рукописи

У

Куренский Алексей Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСЕВЫХ ГИБРИДНЫХ ЛЕПЕСТКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ С ГАЗОВОЙ СМАЗКОЙ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 2012

2 О ДЕК 2012

005047508

Работа выполнена в Дальневосточном федеральном университете

Научный руководитель: Фершалов Юрий Яковлевич

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

Космынин Александр Витальевич - доктор технических наук, профессор, Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, декан факультета энергетики, транспорта и морских технологий

Симашов Рафаиль Равильевич - кандидат технических наук, доцент, Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, заведующий кафедрой «Судовые энергетические установки»

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ), г. Красноярск

Защита состоится "21" декабря 2012 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 223.005.01 при Морском государственном университете им. адм. Г.И. Невельского по адресу: 690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50А, ауд. 241, e-mail: office@msun.ru, факс (423) 251-76-39.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Морского государственного университета им. адм. Г.И. Невельского.

Автореферат разослан "У9" KOJPL

«£2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Резник Александр Григорьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Турбомашины различного назначения в настоящее время широко распространены в судовой энергетике в качестве устройств, обеспечивающих работу главных и вспомогательных судовых энергетических установок (СЭУ). Компактные, обладающие более высокой удельной мощностью, по сравнению с поршневыми установками, они получили применение в качестве турбинных двигателей, турбокомпрессоров наддува судовых ДВС и турбодетандеров холодильных машин.

Постоянный рост требований к производительности турбомашин при сохранении их массогабаритных характеристик обеспечивается повышением скорости вращения роторов. При этом возникает ряд вопросов, в частности обусловленных необходимостью надежной работы опор валов (подшипников) и снижением потерь на трение.

Подшипники турбомашин являются одними из наименее надежных узлов элементов СЭУ, выход которых из строя приводит, как правило, к отказам всей энергоустановки.

Подшипники качения или масляные скольжения при всех своих положительных качествах не обеспечивают надежность работы механизмов при высоких частотах вращения их роторов, а использование в них смазочных материалов усложняет конструкцию и загрязняет рабочее тело турбомашины (в некоторых случаях, например в холодильных машинах, это недопустимо), повышает пожа-роопасность установки и загрязняет окружающую среду.

Перечисленные недостатки можно исключить применяя опоры с газовой смазкой. Такие подшипники позволяют значительно повысить частоту вращения ротора турбомашины и снизить до минимума потери на трение, практически устранив износ рабочих поверхностей.

Применение подшипников с газовой смазкой перспективно в воздушных холодильных машинах, к которым в последние годы выросло внимание из-за ограничения применения фреонов. В турбодетандерах с подшипниками на газовой смазке исключается загрязнение холодного воздуха маслом, который можно направлять на охлаждение хранимых продуктов.

Недостатком газовых подшипников является низкая несущая способность смазочного слоя (по сравнению с жидкостными подшипниками) из-за невысокой вязкости газов, в связи с чем повышение значения этой характеристики и тем самым расширение области использования газовой смазки является одной из актуальных задач в судовой энергетике.

Проблемам повышения эффективности опор с газовой смазкой посвящены труды отечественных ученых А.И. Белоусова, А.Н. Брагина, B.C. Виноградова, Б.С. Григорьева, A.B. Емельянова, В.П.Жедь, Н.Д. Заблоцкого, Г.А.Завьялова, С.Г. Кан, М.В.Коровчинского, A.B. Космынина, Ü.M. Котляра, Л.Г.Лойцянского, A.A. Лохматова, В.А. Максимова, В.А. Мордвинкина, Ю.В. Пешти, C.B. Пинеги-на, Ю.А. Равиковича, А.И. Самсонова, Л.Г. Степанянца, И.Е. Сипенкова, А.И. Снопова, Ю.Б. Табачникова, С.Н.Шатохина, С.А. Шейнберга.

з

Результаты их исследований показали, что при проектировании подшипника определяющим является подбор режимных и конструктивных параметров, обеспечивающих максимальную несущую способность слоя при заданных условиях работы (оптимальных параметров).

Выполненные ранее исследования в этой области показывают, что даже сравнительно малые отклонения значений параметров от оптимальных величин значительно снижают несущую способность подшипника или делают его неработоспособным. В результате ограничивается область применения таких подшипников и исключается возможность их использования в современных турбомашинах.

Одно из возможных направлений повышения несущей способности газовых подшипников - применение гибридных опор, позволяющих совместить свойства газодинамических и газостатических подшипников. Полученные ранее в ДВГТУ (ДВПИ им. В. В. Куйбышева) результаты исследований таких подшипников показали эффективность их применения. При этом сохраняются недостаток информации по проектированию таких подшипников и их конструктивные недостатки, не позволяющие перейти к их промышленному использованию.

Совершенствование существующих, создание новых конструкций гибридных подшипников, разработка методик расчета и оптимизации конструктивных и режимных параметров опор такого типа позволят повысить эффективность работы газовых опор и увеличить область распространения газовой смазки в технике.

Цель и задачи работы

Целью работы является повышение несущей способности осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой судовых турбомашин.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. На основании проведенного обзора существующих разработок в области подшипников с газовой смазкой определена конструкция объекта исследования;

2. Предложена математическая модель осевого гибридного лепесткового подшипника с газовой смазкой;

3. Составлена программа расчета и оптимизации объекта исследования;

4. Выполнен численный эксперимент и проанализированы его результаты;

5. Разработана и реализована конструкция экспериментального стенда, предназначенного для проведения исследований характеристик осевых подшипников с газовой смазкой;

6. Проведён физический эксперимент по исследованию характеристик осевого гибридного лепесткового подшипника (ОГЛП) и проверена адекватность результатов, получаемых с помощью предложенной математической модели, результатам физического эксперимента;

7. Предложена инженерная методика расчета и оптимизации характеристик подшипников исследованного типа.

Научную новизну работы составляют:

1. Полученные зависимости эксплуатационных характеристик смазочного слоя (поле распределения давления, жесткость и несущая способность) от параметров и режимов работы подшипника предложенной конструкции;

2. Результаты оптимизационных вычислений максимального значения несущей способности смазочного слоя исследованного подшипника в зависимости от его конструктивных и режимных параметров;

3. Закономерности совместного влияния газостатического и газодинамического эффектов на распределение давления в смазочном слое и интегральные характеристики исследованного подшипника;

4. Инженерная методика расчета и оптимизации осевых гибридных лепестковых подшипников для турбомашин судовой энергетики.

Теоретическая значимость:

1. Результаты численного и физического эксперимента расширяют представления о процессах, протекающих в смазочном слое осевых подшипников с газовой смазкой;

2. Предложен инженерный метод расчета и оптимизации ОГЛП, который может быть использован при разработке турбомашин соответствующего класса судовой энергетики.

Практическая значимость:

1. Разработан конструктивный тип ОГЛП, защищенный патентом, имеющий преимущества эксплуатационного и технологического характера по сравнению с существующими подшипниками на газовой смазке;

2. Результаты работы были положены в основу методики проектирования подшипников с газовой смазкой для ротационных горелок судовых котлов.

Методология и методы исследования

Работа основана на теоретическом научном подходе математического моделирования с прямой экспериментальной проверкой. Применялся численный метод решения нелинейного дифференциального уравнения в частных производных, а также численный и физический эксперименты.

Положения, выносимые на защиту

1. Конструкция осевого гибридного лепесткового подшипника.

2. Результаты сопоставления характеристик исследуемого подшипника, полученные при проведении численного и физического экспериментов.

3. Закономерности и результаты анализа совместного влияния газодинамического и газостатического эффектов в гибридном лепестковом подшипнике.

4. Результаты оптимизационных вычислений зависимости максимальной несущей способности от значений конструктивных параметров подшипника.

5. Инженерная методика расчета и оптимизации ОГЛП.

Объект исследований: осевые гибридные лепестковые подшипники с газовой смазкой.

Предмет исследований: характеристики смазочного слоя осевого гибридного лепесткового подшипника с газовой смазкой.

Степень достоверности

Достоверность результатов подтверждена: использованием основных уравнений движения вязких сжимаемых жидкостей и апробированных классических методов теории газовой смазки, математической обработкой с проверкой адекватности результатов численного и физического эксперимента.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования; проведении анализа современного состояния разработок в области газовой смазки; разработке конструктивного типа объекта исследования; составлении математической модели течения газа в смазочном слое осевого гибридного лепесткового подшипника и программы оптимизационного расчета исследуемого подшипника; проведении модернизации экспериментального стенда; разработке экспериментальных образцов подшипников; выполнении физического и численного экспериментов; обработке и анализе полученных результатов; разработке методики расчета осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой для судовых турбомашин.

Апробация работы. Материалы исследований представлялись на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (Владивосток, ДВГТРУ, 2010 г.), международной конференции «Вологдинские чтения» (Владивосток, ДВГТУ, 2010 г.), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития судоходства в Дальневосточном регионе» (Владивосток, ДВГТРУ, 2011 г.), международной научной конференции «Механика и трибология транспортных систем» (Ростов-на-Дону, РГУПС, 2011 г.), научных семинарах кафедр «Конструкция и проектирование двигателей» (Москва, МАИ, 2011 г.), «Судовые энергетические установки» (г. Владивосток, ДВГТРУ, 2012 г.), судовой энергетики и автоматики (г. Владивосток, ДВФУ, 2012 г.).

Результаты исследования использовались при выполнении научно-исследовательской работы в рамках федеральной целевой программы: «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Государственный контракт № П 2590 от 26.11.2009 г.), в проектно-конструкторской деятельности государственного малого научно-производственного предприятия «Экосистема», внедрены в учебный процесс по направлению подготовки 180100.62 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», профиль «Судовые энергетические установки».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, включая 6 статей в рецензируемых российских научных журналах, входящих в список ВАК, 7 статей в сборниках трудов российских и международных конференций и научных трудов высших учебных заведений, получены патент РФ на полезную модель и изобретение, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений, списка литературы из 152 наименований. Общий объем диссертации составляет 174 стр., включая 57 рисунков, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Структурная схема работы представлена на рис. 1.

ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСЕВЫХ ГИБРИДНЫХ ЛЕПЕСТКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ С ГАЗОВОЙ СМАЗКОЙ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

Состояние Вопроса и постановка задач исследования

I

Выбор метода исследования подшипников на газовой смазке

I

Факторы, Влияющие на несущую способность газовых подшипников

X

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разработка конструктивного типа объекта исследования

X

I

2.Математическая модель

Обзор конструкций \-

Газодинамические _подшипники

Газостатические подшипники

Гибридные подшипники

Сравнительный анализ различных конструкций подшипников

Выбор объекта исследования—»

3. Проведение численного эксперимента

План математической модели\

2 і | Расчетная схема\-

Газодинамический режим

Газостатический режим

Уравнение формы смазочном зазора и деформации _лепесткоб_

X

Интегральные характеристики подшипника

Безразмерные комплексы и _параметры_

X

Программа расчета и оптимизации осеВого гибридного лепесткового подшипника

Влияние выбранных факторов на характеристики подшипника

Податливость рабочей поверхности подшипника

Проявление газодинамического и газостатического эффектов в гибридных лепестковых подшипниках

X

Оптимальная форма смазочного зазора

Основы методики проектирования осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой

Определение зависимостей несущей способности осевых гибридных лепестковых подшипников" с газовой смазкой

и. Проведение физического эксперимента

Описание методики проведения _эксперимента_

Описание конструкции экспериментальной установки

Измерительные приборы и оценка погрешности измерений

Режим работы подшипника

Оценка адекватности результатов численного и физического экспериментов

Выводы и рекомендации по проектированию и расчету осевых гибридных лепестковых газовых подшипников для повышения их несущей способности

Рис. 1. Структурная схема диссертации

Во введении обоснована актуальность темы, показаны основные преимущества применения опор с газовой смазкой в судовых турбомашинах соответствующего класса, приведены результаты обзора и систематизации публикаций о современном состоянии исследований в области газовой смазки. Показано, что одним из основных недостатков газовых подшипников является малая несущая способность смазочного слоя.

В направлении устранения этого недостатка работают различные организации, среди которых МАИ (г. Москва), КнАГТУ (г. Комсомольск-на-Амуре), СПбГПУ (г. Санкт-Петербург), СФУ (г. Красноярск), ЮУрГУ, НПО «Турбина» (г. Челябинск), ДВФУ (г. Владивосток) и другие.

На основании критического анализа состояния рассматриваемого вопроса поставлены цель и задачи работы.

В первой главе по материалам обзора и оценки перспективных конструкций осевых подшипников с газовой смазкой разработана конструкция осевого гибридного лепесткового подшипника (ОГЛП), который и явился объектом исследования.

Исследования, проведенные ранее в ДВГТУ (ДВПИ им. В.В. Куйбышева), показали, что перспективным направлением повышения несущей способности опор с газовой смазкой является применение гибридных подшипников, у которых несущая способность смазочного слоя обеспечивается одновременным проявлением газодинамического и газостатического эффектов. В то же время оставался не решенным вопрос обеспечения устойчивого газодинамического эффекта в осевых подшипниках с повышенными нагрузками, свойственными турбомашинам судовой энергетики.

Разработанный и исследованный в работе подшипник (рис. 2 и рис. 3) выполнен с лепестками, которые устанавливались на упругую подложку, показанную на рис. 2 в виде гофрированной ленты.

гофрнронаишія подложки основание

Рис. 2. Общий вид ОГЛП Рис. 3. Схема подачи сжатого газа в

смазочный зазор ОГЛП В турбомашинах могут применяться и другие конструкции упругого элемента. Лепестки располагались таким образом, чтобы подшипник имел профили-

рованную рабочую поверхность в виде клиновидных участков, обеспечивающую газодинамический эффект.

Для получения газостатического эффекта сжатый воздух подавался в смазочный зазор через питатели, расположенные в один или несколько рядов по окружности. Питатели могут располагаться на поверхности пяты или подпятника. Автор придерживался точки зрения, что конструкция подшипника должна обеспечивать подвод газа через вращающуюся пяту (рис. 3).

Во второй главе предложена и рассмотрена математическая модель течения газа в смазочном слое осевого гибридного лепесткового подшипника. Расчетная схема подшипника показана на рис. 4.

Подшипник Пята

пит* нала питатели лепесток лепесток в деформированном

Рис. 4. Схема ОГЛП

R.2 - наружный радиус подшипника; R] - внутренний радиус подшипника; Rpl - радиус 1-го ряда питателей; Rpn — радиус n-го ряда питателей; dpi — диаметр питателей 1-го ряда; dpn - диаметр питателей n-го ряда; Li - протяженность I участка; Ьц - протяженность II участка; Ьх - общая протяженность участка (сектора); L - некоторая промежуточная длина сектора (лепестка); ho - минимальное значение величины смазочного зазора; h - текущее значение смазочного зазора; 5[ - максимальная глубина I участка (без прогиба лепестка); 5г ~ максимальная глубина И-го участка (без прогиба лепестка); \|/ - количество секторов (лепестков)

Математическая модель была представлена в виде системы дифференциальных уравнений, обеспечивавших получение поля распределения давлений в смазочном слое, расчет соответствующих деформаций упругой подложки, учет проявления газодинамического и газостатического эффектов и деформацию упругой рабочей поверхности под давлением смазочного слоя (рис. 4 и рис. 5).

Опора имела несколько секторов (лепестков), каждый из которых включал участки I и II (рис. 4). Рассматривался один сектор, но при этом считалось, что на других секторах наблюдалась аналогичная картина.

Рабочая поверхность подшипника условно разбивалась сеткой, образованной двумя группами линий: первая группа включала прямые линии, проходящие по радиусам, вторая - линии, проходящие по окружностям (рис. 5).

Расчет выполнялся в точках (узлах), образованных пересечением этих линий. В каждом узле сетки действует определенное давление Р1к (нижние индексы указывают координаты точки) и существует определенное значение смазочного зазора к.

граница участков

Рис. 5. Схема сеточной области клиновидно-равномерного сектора 1 - номера линий сетки, проходящих по окружностям; к - номера линий сетки, проходящих по радиусам; ¡„ - наибольший номер линий сетки, проходящих по окружностям (количество интервалов, образованных линиями сетки, проходящих по окружностям); к I — номер линии сетки, на которой заканчивается участок I и начинается участок II; к^ - наибольший номер линий сетки, проходящих по радиусу (количество интервалов, образованных линиями сетки, проходящими по радиусу; Дг - шаг линий сетки, проходящих по радиусу; Д9 - угол между двумя соседними линиями сетки, проходящими по радиусу)

Уравнение, учитывающее газодинамический эффект (1), получено на основании общего уравнения движения вязких сжимаемых жидкостей в тонком слое переменной величины (уравнение Рейнольдса для газовой смазки):

-2 . „2 "2

Р;,к = (-2Г''к^-Гп(Р1+1,к +Р|-1,к)+ /2 АТ2-г^(Р!,к+1 +Р1,к-1) +

-гг2-5-гг^1 м.к + -5-гт-а

2(г|,кАе + Аг ) 2\г1,кА0 +Дг )

_ 2 -2 2

п,кЛгЛв /- — ч 3 Г|,кА8 /- - \

+ -р2-2-- ■) + -¿Г— ~р2-1-1Р-и - Р.-1,к ) X

4(п,кД9 + Аг ) 8Ы,к (г;,кД9 +Дг )

3 Аг2

х(Ь;+1,к -Ы-1,к) + -=— т^---гп(Р1.к+1 -Р|,к-|)(Ь|,к+1 — Ь; к-1) —

811 ^-¡ кде +Дг

2 -2-2 Зцсо112 Аг п,кА0 111,к 1 (р|,к+1—Р|.к~о 1+2Р1,к1 (1и,к+1 — 111,к_1 )

2 1-2 2 -2 | Ь0Р5 (п,кД9 + Дг ] 1 2111

(1)

где г - радиальная координата; 9 - угловая координата; ц - динамическая вязкость газа; сд — угловая скорость; Г; текущий радиус в точке к; г;к = г1Ь/112- относительный текущий радиус; Ь,к = Ь; к / Ь0 - относительный зазор; Аг = Дг/И^- относительный шаг линий сетки, проходящих по окружностям; Р8 - давление наддува (давление воздуха, сжатого внешним источником и подаваемого на смазку подшипника через питатели).

Для решения уравнения (1) введены граничные условия - давления на границах рассматриваемого сектора рабочей поверхности подшипника:

Р = Ра = Ра2/Р32 приЙ, =1^/1^=1 ий;2 =1^/1^ =1; (2)

Р = Ра при Е = 0 и Е = Ее, (3)

где Ра - давление окружающей среды.

Давление на кромках питателей, являющееся граничным условием и учитывающее газостатический эффект, определяется уравнением

Ри = - (Ры,к + Р;+1,к)-- (Рь2,к + Р!+2.к)+ 8Л1Т3^ М,

— и 1-1,к -г I ]+1,к /--\г ¡-2,к -г- г 1+2,к М--г-IV!. /и \

3 6 ' Р5Р5ЬиЬ3„ (4)

Уравнения деформации упругой рабочей поверхности должны определять

форму смазочного зазора (111,к), сформировавшуюся после появления прогиба рабочей поверхности под действием давления смазочного газа. Расчетная схема упругой подложки приведена на (рис. 6). Давление Ри в каждом узле сетки действует на некоторую четырехугольную пластину площадью к (например пластину АБВГ, см. рис. 6), вершины которой лежат в центрах прилегающих ячеек расчетной сетки. Каждая такая пластина опирается на упругую конструкцию, имеющую податливость С[ к .

Величина смазочного зазора Ь^ в рассматриваемой точке с координатами 1 и к при деформации лепестка у^к определяется выражением

Чк=^к + Уи. (5)

Уравнение 5 в безразмерном виде выглядит как = Ь;,к + у[ к, (6)

где величина смазочного зазора в заданной точке при отсутствии деформа-

~т т ~

ции; Ьи =Ь1к/Ь0иу;к = уи/И0-безразмерные величины.

Деформация подложки в точке с координатами 1 и к определяется Уи=Си(Рис-раК*> В безразмерном виде:у.к =С1,к(\/Р|л-Л/^)^.к,где Раира-абсолютное и безразмерное давление окружающей среды (давление под упругой подложкой);С;ки С;.к = С1 кР8К.2абсолютная и безразмерная податливости упругой подложки в точке с координатами к.

Полученные значения Ы,к использованы при расчете поля распределения давлений по уравнениям (1 - 4), которые позволили определить интегральные характеристики подшипника (несущая способность смазочного слоя, расход газа, подаваемого на смазку, и жесткость смазочного слоя).

Несущая способность определялась интегрированием элементарных сил,

¡„ к!

действующих на рабочую поверхность подшипника: Ж = ]Г РДБ.

¡=0 к=0

Коэффициент несущей способности определялся выражением Ш = \У/71(11:;-1фр8.

По математической модели была составлена программа «Оптимизационный расчет основных характеристик осевых лепестковых гибридных и газодинамических подшипников с газовой смазкой».

Программа разделена на два основных функциональных блока. Первый -позволяет рассчитывать поле распределения давлений, деформации подложки и

интегральные характеристики подшипника при определенных входных (исходных) параметрах. В основу блока положена представленная выше математическая модель (см. уравнения 1-6). Второй блок служит для оптимизационных вычислений параметров подшипника.

С помощью предложенной программы выполнен численный эксперимент.

Третья глава посвящена выполнению численного эксперимента, послужившего основой для разработки рекомендаций по проектированию ОГЛП турбомашин судовой энергетики.

Численный эксперимент выполнялся для определения зависимостей интегральных характеристик подшипника от конструктивных характеристик и режимных параметров. Для определения показателей, общих для подшипников этого типа, интегральные характеристики и давление в смазочном слое чаще представлены в безразмерном виде, характеристики и параметры подшипника - безразмерными комплексами (таблица 1), совокупность которых достаточна для моделирования.

Таблица 1 - Безразмерные комплексы и характеристики подшипника

№ Название Уравнение или обозначение

1 Конструктивный параметр 1 7 К+1 рп Р5Р3Ь0

2 Параметр сжимаемости ЭцСОИ^

3 Относительное давление на краях подшипника Р»=Ра7Рз

4 Относительный внутренний радиус Яі =к,/я2

5 Относительный радиус «линии наддува» Крп = Крп/К2

6 Относительный диаметр питателя 5рп = СІрп/Ьо

7 Количество лепестков (секторов) V

8 Относительная протяженность I участка и =

9 Относительная максимальная глубина I участка §1 =5,/Ь0

10 Относительная максимальная глубина II участка 52=52/Ь0

11 Относительная податливость упругой подложки С = Уі,к/АСіік

При проектировании лепестковых подшипников необходимо определение упругих свойств подложки с учетом ее взаимодействия со смазочным слоем. Изучение этих свойств во многом сводится к исследованию поля распределения давлений в слое.

Примеры распределений давления в смазочном слое, полученные при выполнении численного эксперимента, приведены на рис. 7.

а б

Рис. 7. Распределение давления в смазочном слое ОГЛП а - при 11о = 15мкм, б - при Ъо = 8 мкм; Я] = 0,022 м; Я2 = 0,0545 м; = 0,03 8 м; ё = 8 х 10"4м;

51 = 3 х 10'5 м; 52=0м

Поле распределения давлений, изображенное на рис. 7, а (Ь0= 15мкм), характерно для газостатического режима работы, так как газодинамический эффект значительно проявляется при толщине смазочного зазора менее 10 мкм. Пик давления наблюдался на средней линии, между внутренним и внешним радиусами, и обусловлен наличием наддува.

При Ь0= 8 мкм характерна закономерность с резким ростом давления на клиновидном участке и с максимумом на границе 1-го и П-го участков (рис. 7, б, зона А, к = 80). Здесь проявляется действие газодинамического эффекта. Максимумы давлений остаются на линии наддува, что свидетельствует о дополнительном влиянии газостатического эффекта в гибридном подшипнике.

Смазочный слой, действующий на упругую подложку, представляет упругую среду, давление и жесткость которой меняется по всей рабочей поверхности подшипника. Из этого следует, что упругая подложка должна иметь переменную по рабочей поверхности, податливость, соответствующую значениям податливости смазочного слоя.

Для подтверждения этого утверждения на рисунке 8 представлены расчетные формы рабочей поверхности одного лепестка подшипника в недеформиро-

ванном и деформированном состояниях. При использовании упругой подложки с одинаковой податливостью в каждой точке расчетной сетки рабочая поверхность принимает вогнутую форму (рис. 8, б). Такое решение приводит к образованию зоны увеличенной толщины смазочного зазора в средней части лепестка по сравнению с периферией, что снижает несущую способность подшипника.

Использование подложки с переменной податливостью по рабочей поверхности подшипника более эффективно. Форма рабочей поверхности подшипника в этом случае может не иметь вогнутой формы и быть подобна поверхности в не-деформированном состоянии (рис. 8, а).

Пучасток

к шШШЯШШШ

1,2 ■■■'■-:

N20

1=10

и»

к=|)

к—140

I участок

Ь

0,4 '"'С

0,8 V,-1,2-4

N20"'

=10 "

к=А

Рис. 8. Рабочая поверхность осевого подшипника с газовой смазкой а — плоская (недеформированная); б - вогнутая (деформированная)

Далее рассматривался вопрос влияния газодинамического и газостатического эффектов на характеристики ОГЛП.

Степень влияния газодинамического эффекта оценивалась величиной параметра X, газостатического - параметрами Арп и <1р„ (рис. 10).

Распределение давления в смазочном слое при различных значениях параметра сжимаемости показало (рис. 9), что закономерности, свойственные газодинамическим подшипникам, качественно сохраняются для ОГЛП и с увеличением значения х рост давления в начале смазочного слоя (участок I) замедляется. Кроме того, при начальном повышении параметра % происходило резкое повышение давления в смазочном слое и несущей способности. При дальнейшем увеличении % интенсивность возрастания давления и несущей способности монотонно снижалась. Такое положение сохранялось во всем диапазоне работы подшипника.

При совместном действии газодинамического и газостатического эффектов характеристики подшипника подчинялись следующей закономерности: при высоких значениях Арп увеличение параметра сжимаемости % сказывается на несущей способности подшипника более эффективно (рис. 10).

На основании выполненных исследований решались вопросы определения оптимальной формы смазочного зазора. В результате получены зависимости коэффициента несущей способности от количества лепестков у, относительной длины I участка Ьі и относительной глубины I участка 5ь

Рис. 10. Зависимость коэффициента несущей способности от % при различных А 1 - А = 0,413; 2 - А = 0,177; 3 - А = 0,118; 4 - А = 0,059^

Безразмерные параметры: Ri = 0,4;

RPi = 0,7; dpi «* 100; у = 2; 8i = 3,75;

5г =0; Li = 0,786; С = 100

Рис. 9. Влияние на распределение относительного давления в смазочном слое на средней линии различных значений параметра х 1 - х= 272;2 - х= 233; 3 - Х= 155; 4 - х= 78; 5-х = 39;6-х= 13.

Безразмерные параметры: Ра = 0,25; А=36,8 х 10"3; Ri = 0,4; Rpi = 0,7; dpi = 100; Si = 3,75; S2 = 0; Li = 0,786; y = 2; С = 100

В четвертой главе представлены результаты проверки адекватности результатов, получаемых по предложенной математической модели результатам физического эксперимента.

Приведено описание экспериментальной установки, предназначенной для исследования характеристик осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой (рис. 11). Установка состояла из металлического корпуса 27, внутри которого располагался ротор 3, опирающийся на два радиальных подшипника 26, к которым через шланги 5 и 10 подавался воздух. Привод ротора осуществлялся колесом турбины 24.

Осевое усилие создавалось нагрузочным устройством, состоящим из втулки 1, закрепленной в хвостовой части установки. Во втулке 1 располагался вал ротора. Воздух, подведенный через шланг 2 в камеру нагрузочного устройства, давил на торец вала, игравший роль поршня. Давление в камере измеряли образцовым манометром 4. Изменение нагрузки осуществляли игольчатым клапаном, регулировавшим расход воздуха в камере нагрузочного устройства.

5 6 7 8 9 10 11

Рис. 11. Схема экспериментальной установки 1 - втулка нагрузочного устройства; 2 - шланг подачи сжатого воздуха в нагрузочное устройство; 3 - ротор; 4 - манометр измерения давления в камере нагрузочного устройства; 5, 10 - шланги подачи сжатого воздуха к радиальным подшипникам; 6, 9 - манометры для измерения давления воздуха, подаваемого в радиальные подшипники; 7 — шланг подачи сжатого воздуха к осевому подшипнику; 8 - манометр для измерения давления воздуха, подаваемого в осевой подшипник; 11 - манометр для измерения давления воздуха, подаваемого на турбину; 12 - штуцер подачи воздуха на турбину; 13 - корпус осевого подшипника; 14 - ступенчатый диск (опора) осевого подшипника; 15 — болт для измерения частоты вращения ротора; 16 — индикатор перемещений вала; 17 - датчик частотомера; 18 - планка для закрепления измерительных приборов; 19 - фундамент; 20 - резиновые опоры; 21 - прижимной диск; 22 - пакет лепестков и упругой подложки осевого подшипника; 23 - упорный диск (пята); 24 - колесо турбины; 25 - опора; 26 - радиальные подшипники ротора; 27 - корпус установки

Подвод сжатого воздуха в смазочный зазор осуществляли со стороны пяты. Через шланг 7 воздух подавался в камеру, расположенную в корпусе установки между двумя радиальными подшипниками 26. Из камеры воздух по отверстиям поступал внутрь ротора и по каналам направлялся к питателям на рабочей поверхности пяты. Конструкция ротора изображена на рис. 12.

Рис. 13. Конструкция ОГЛП 1 — ступенчатый диск (опора); 2 - регулировочный лепесток; 3 - упругая подложка; 4 — лепесток 2-го слоя; 5 — лепесток 1 -го слоя; 6 - корпус подшипника; 7 - прижимное кольцо

альные каналы

На валу выполнены радиальные отверстия 7 (рис. 12), в теле вала просверлено глухое осевое отверстие 8, закрываемое в хвостовой части заглушкой 9, по которому воздух поступает к пяте. Через радиальные отверстия 10 воздух перетекает в каналы внутри пяты. Диск последней выполнен сборным, внутри него образуются каналы 11, по которым воздух проходит и равномерно распределяется по питателям 3, имеющим выход в смазочный зазор осевого подшипника.

Конструкция ОГЛП (рис. 13) включала металлический ступенчатый диск 1, запрессованный в корпус подшипника 6, и уложенную на его поверхности упругую подложку 3 с лепестками 4 и 5. Пакет лепестков с подложкой закрепляется кольцом 7.

Для регулирования максимальной глубины I участка использовались лепестки 2, укладывавшиеся на поверхность диска 1 в вырезы упругой подложки. Упругим элементом (подложкой) служила листовая резина толщиной 1 мм.

Экспериментальные исследования позволили получить зависимость несущей способности подшипника от давления наддува (Р3), частоты вращения ротора (п) и толщины смазочного зазора (Ь0). За целевую функцию была принята несущая способность подшипника (\¥). Проверка на коррелированность показала, что переменные Ь0, Р5 и п слабо коррелированы между собой.

Адекватность проверялась сопоставлением значений расчетного критерия Фишера (Р = 1,406) с табличным при 5% - ном уровне значимости (Рт= 1,903). Так как Б < Рт, то результаты, получаемые с помощью предложенной математической модели, можно считать адекватными физическому эксперименту.

Некоторые результаты физического и соответствующие им результаты численного эксперимента представлены на рис. 14 и 15.

Рис. 12. Конструкция ротора

1 - болт для измерения частоты вращения;

2 - пята; 3 - питатели; 4 - крышка пяты;

5 — колесо турбины; 6 — вал; 7 — отверстия для подачи воздуха в вал; 8 - центральное осевое отверстие; 9 — заглушка; 10 — отверстия для подачи воздуха в пяту; 11 - ради-

3(10 200 100

г

I

2 4

/1

!

т-

5

10

15

20

|1(|, мкм

Рис. 14. Зависимость несущей способности

от величины смазочного зазора 1 - численный эксперимент; Г - физический эксперимент (при Р8 = 200 кПа, п = 4хЮ4 мин"1); 2 - численный эксперимент, 2' — физический эксперимент (при Рэ = 200 кПа, 11 = 0 мин"1)

\У,Н 300

200

» '

100 I

о

... *

1 , 8'

X * 1

X

У 5 ■у

- - 8 ----

1

4 -1

п х 10, мин

Рис. 15. Зависимость несущей способности подшипника от частоты вращения ротора 1 — численный эксперимент; 1' - физический эксперимент (при Р8 = 150 кПа, Ьо = 5х10"6 м); 2 - численный эксперимент, 2' - физический эксперимент (при Р3 = 150 кПа, Ь0 = 20х 10"6 м)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Разработана и защищена патентом конструкция осевого гибридного лепесткового подшипника, особенности устройства которой обеспечивают повышение несущей способности смазочного слоя.

2. Разработаны математическая модель и программа расчета характеристик ОГЛП, которые позволили провести численный эксперимент и легли в основу предложенной инженерной методики. Программа позволяет проводить сравнение характеристик различных типов осевых газовых подшипников (гибридных лепестковых и с жесткими рабочими поверхностями, газодинамических и газостатических) и осуществлять оптимизацию по максимуму несущей способности опоры.

3. Получены зависимости распределения давления в смазочном слое от параметров и режимов работы ОГЛП и определен характер распределения податли-востей смазочного слоя исследуемого подшипника.

4. Определены основные требования, которые должны предъявляться к упругой рабочей поверхности исследуемого подшипника. Установлено, что для увеличения несущей способности осевого лепесткового подшипника с газовой смазкой целесообразно применять конструкцию упругой подложки с переменной податливостью по радиусу.

5. Получены закономерности и произведена оценка совместного влияния газодинамического и газостатического эффектов в гибридном лепестковом подшипнике. Влияние газостатического эффекта на повышение несущей способности в смазочном слое зависит от степени проявления газодинамического эффекта.

6. При проведении оптимизационных вычислений определены зависимости максимальной несущей способности от значений конструктивных параметров подшипника. Выявлен ряд закономерностей, свойственных опорам исследуемого типа:

- параметры Rp„, V, Li, 81 имеют оптимальное значение;

- функция отклика (коэффициент несущей способности смазочного слоя) имеет только один экстремум, т.е. параметры Rp„, V, Li, 5г имеют только одно оптимальное значение;

- параметр 82 должен быть равен 0, т.е. форма смазочного зазора должна быть клиновидно-равномерной;

- оптимальные значения бьпт находятся в диапазоне 2 + 14;

- в отличие от гибридного подшипника с жесткой рабочей поверхностью (имеющего при п = 0,2 = 2, при ri = 0,6 \|/ = 5), оптимальное количество секторов (лепестков) исследуемого подшипника выше (при п =0,2 Н/= 3, при п = 0,6 V=6).

7. Разработан и изготовлен опытный образец осевого гибридного лепесткового подшипника, проведена модернизация экспериментальной установки, осуществлен физический эксперимент. Сопоставление результатов, получаемых с помощью разработанной математической модели, с результатами физического эксперимента доказало их адекватность.

8. Разработаны рекомендации по проектированию ОГЛП, которые в совокупности с математической моделью и программой составляют инженерную методику расчета и оптимизации опор данного типа.

Автор выражает благодарность заслуженному работнику высшей школы РФ, доктору технических наук, профессору В. Т. Луценко за ценные советы, замечания и помощь в редактировании диссертации и автореферата и работникам ЗАО ДВЗ «Звезда» за помощь в изготовлении оригинальных элементов экспериментальной установки.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Рецензируемые научные журналы и издания перечня ВАК

1. Грибиниченко, М.В. К вопросу расчета смазочного слоя осевых лепестковых газодинамических подшипников / М.В. Грибиниченко, A.B. Куренский, A.A. Самсонов // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2010. - № 4. - С. 45-47.

2. Грибиниченко, М.В. Обобщенная математическая модель осевых подшипников с газовой смазкой элементов судовых энергетических установок / М.В. Грибиниченко, A.B. Куренский, Ю.Я. Фершалов // Морские интеллектуальные технологии.-201 !.-№ 1 (спецвыпуск). - С. 21-23.

3. Куренский, A.B. Осевые гибридные лепестковые подшипники с газовой смазкой для судовых турбомашин /A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко // Судостроение. - 2011. - № 5. - С. 27-29.

4. Грибиниченко, М.В. Численный эксперимент при исследовании свойств смазочного слоя осевых подшипников с газовой смазкой / М.В. Грибиниченко, A.B. Куренский, A.A. Самсонов, ЮЛ. Фершалов // Трение и смазка в машинах и механизмах,-2011.-№ 12.-С. 18-20.

5. Грибиниченко, М.В. Методика расчета осевых гибридных подшипников с газовой смазкой для турбокомпрессоров наддува двигателей внутреннего сгорания / М.В. Грибиниченко, А.И. Самсонов, A.B. Куренский // Проблемы энергетики. - 2011.-№ 9 - 10. - С. 129-136.

6. Куренский, A.B. Результаты численного эксперимента осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко, Ю.Я. Фершалов//Научное обозрение.-2011,-№ 5. - С. 303-311.

Авторские свидетельства и патенты

7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617354. Куренский A.B., Грибиниченко М.В. Оптимизационный расчет основных характеристик осевых лепестковых гибридных и газодинамических подшипников с газовой смазкой. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 08.11.2010.

8. Патент РФ на полезную модель № 101512. Куренский A.B., Грибиниченко М.В., Самсонов А.И., Самсонов A.A. Упорный подшипниковый узел. Зарегистрировано в гос. реестре полезных моделей РФ 20.01.2011.

9. Патент РФ на изобретение № 2449184. Куренский A.B., Грибиниченко М.В., Самсонов А.И., Самсонов A.A. Упорный подшипниковый узел. Зарегистрировано в гос. реестре изобретений 27.04.2012, Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Сборники научных трудов высших учебных заведений, материалы международных и российских конференций

10. Грибиниченко, М.В. Некоторые вопросы проектирования подшипников с газовой смазкой для турбокомпрессоров наддува судовых ДВС / М.В. Грибиниченко, A.B. Куренский // Сб. материалов междунар. науч.- техн. конф. «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана». Ч. 2. - Владивосток: ДВГТРУ, 2010. - С. 312-314.

11. Грибиниченко, М.В. Основы проектирования осевых лепестковых газодинамических подшипников / М.В. Грибиниченко, A.B. Куренский // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта Вып. 48. - Владивосток: ДВГТУ, 2010. - С. 115-123.

12. Куренский, A.B. Определение деформации податливой поверхности осевых гибридных подшипников с газовой смазкой / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко, Я.О. Бойко // Сб. материалов науч. конф. «Вологдинские чтения». -Владивосток: ДВГТУ, 2010. - С. 150-152.

13. Куренский, A.B. Применение опор с газовой смазкой в судовой энергетике / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко, Ю.Я. Фершалов // Сб. материалов

междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы развития судоходства». -Владивосток: ДВГТРУ, 2011. - С. 101-104.

14. Куренский, A.B. Современные тенденции применения газовой смазки в технике / A.B. Куренский, Ю.Я. Фершалов, М.В. Грибиниченко // Сб. докл. междунар. науч. конф.«Механика и трибология транспортных систем». - Ростов н / Д: РГУПС, 2011.-С. 283-286.

15. Куренский, A.B. Расчет характеристик смазочного слоя осевых подшипников с газовой смазкой / A.B. Куренский, Я.О. Бойко // Сб. материалов науч. конф. «Вологдинские чтения». - Владивосток: ДВФУ, 2012. - С. 134-136.

16. Куренский, A.B. Перспективы использования подшипников с газовой смазкой в двигателях внутреннего сгорания / A.B. Куренский, Ю.Я. Фершалов, Я.О. Бойко // Актуальные проблемы создания, проектирования и эксплуатации современных двигателей внутреннего сгорания. Вып. 5. - Хабаровск: ТОГУ, 2012. -С. 133-137.

Куренский Алексей Владимирович

Повышение несущей способности осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой судовых турбомашин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 16.11.2012 г. Формат 60x84 1/16. Усл. П.л. 1. Уч.-изд. Л. 1,27. Тираж 100 экз. Заказ № 702 Отпечатано в типографии ИД ДВФУ 690990, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10

Введение.

Глава ¡.Разработка конструктивного типа объекта исследования.

1.1 Определение основных составляющих разрабатываемой конструкции.

1.2 Газодинамические подшипники.

1.3 Газостатические подшипники.

1.4 Гибридные подшипники.

1.5 Описание объекта исследования.

Глава 2. Математическая модель осевого гибридного лепесткового подшипника.

2.1 План разработки математической модели.

2.2 Расчетная схема подшипника.

2.3 Газодинамический эффект.

2.4 Газостатический эффект.

2.5 Уравнения формы смазочного зазора и деформации лепестка.

2.6 Интегральные характеристики подшипника.

2.6.1 Несущая способность в абсолютном и относительном видах.

2.6.2 Податливость смазочного слоя.

2.6.3 Расход газа, подаваемого на смазку.

2.7 Безразмерные комплексы и параметры.

2.8 Программа расчета и оптимизации осевого гибридного лепесткового подшипника.

2.8.1 Первый блок программы — расчет давлений, деформаций и интегральных характеристик.

2.8.2 Второй блок программы - оптимизация.

2.9 Выводы

ГЛАВА 3. Результаты численного эксперимента.

3.1 Поэтапное изучение влияния отдельных факторов на характеристики подшипника

3.2 Податливость рабочей поверхности подшипника

3.3 Проявление газодинамического и газостатического эффектов в гибридном лепестковом подшипнике.

3.4 Оптимальная форма смазочного зазора.

3.4.1 Геометрические параметры формы смазочного зазора

3.4.2 Количество лепестков.

3.4.3 Относительная длина I участка.

3.4.4 Применение вогнутой поверхности для снижения утечек смазочного газа.

3.4.5 Параметры 8i и

3.5 Выводы

Глава 4. Анализ результатов физического эксперимента.

4.1 Описание методики проведения эксперимента.

4.2 Описание конструкции экспериментальной установки.

4.2.1 Общее описание установки.

4.2.2 Ротор

4.2.3 Радиальные подшипники с наддувом воздуха и нагрузочное устройство

4.2.4 Объект исследования (осевой гибридный лепестковый подшипник).

4.3 Измерительные приборы и оценка погрешности измерений

4.4 Режимы работы подшипника

4.5 Оценка адекватности результатов, получаемых с помощью разработанной математической модели, результатам физического эксперимента

4.5.1 Выбор факторов для экспериментальных исследований.

4.5.2 Построение регрессионной модели по экспериментальным результатам.

4.5.3 Проверка на непротиворечивость теоретической модели и регрессионной модели.

4.5.4 Сравнение коэффициентов уравнения регрессии и полиномиальной аппроксимации несущей способности подшипника.

4.5.5 Графическое изображение результатов эксперимента.

4.6 Особенности работы осевого гибридного лепесткового подшипника при малых значениях смазочного зазора.

4.7 Описание методики расчета осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой.

4.8 Выводы

Актуальность темы исследования. В настоящее время турбомашины различного назначения широко распространены в судовой энергетике в качестве устройств, обеспечивающих работу как главной СЭУ, так и вспомогательных установок.

Компактные, обладающие более высокой удельной мощностью по сравнению с поршневыми установками турбомашины применяются в качестве турбинных двигателей, турбокомпрессоров наддува судовых ДВС [42,43], турбодетан-деров холодильных машин.

Постоянно растущие требования к производительности турбомашин, при сохранении их массогабаритных показателей, обеспечиваются повышением скорости вращения роторов. При этом возникает ряд проблем, в том числе связанных с обеспечением надежной работы опор валов (подшипников) и снижением потерь на трение.

Подшипники высокоскоростных установок, таких как турбомашины, в настоящее время являются одними из наименее надежных узлов, выход из строя которых приводит, во многих случаях, к отказам энергоустановок.

Причиной этого является то, что распространенные в настоящее время подшипники качения и жидкостные подшипники скольжения не обеспечивают надежной работы механизмов при высоких скоростях вращения роторов.

Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является применение подшипников с газовой смазкой.

Настоящая работа посвящена решению задач, связанных с использованием газовой смазки в судовой энергетике.

Сравнивая технические характеристики классических (жидкостных) подшипников скольжения и подшипников с газовой смазкой, можно привести следующие примеры.

Срок службы классических подшипников значительно меньше срока службы газовых опор: для масляных подшипников, используемых в турбокомпрессоpax судовых малооборотных и среднеоборотных дизелей, ресурс составляет 20-35 тыс. часов [42], в то время как воздушные подшипники ротора турбокомпрессора, используемого в авиастроении, показали среднее время между отказами более 100 тыс. часов [114].

Классические подшипники подразумевают использование смазочных материалов, что усложняет конструкцию, загрязняет рабочее тело турбомашин (это в некоторых случаях, например в холодильных машинах, недопустимо), повышает пожароопасность установки и загрязняет окружающую среду. Очевидно, что сложности, связанные с использованием смазочных материалов, практически устраняются при переходе к смазке газом.

Обладая целым рядом преимуществ, газовые подшипники обеспечивают значительное повышение скорости вращения ротора турбомашины при минимальных потерях на трение и практически полном отсутствии износа рабочих поверхностей (исключение составляют режимы запуска и остановки машины).

Газовая смазка, сравнительно молодое направление науки и техники. Предложенная ещё в середине XIX века, получила развитие только во второй половине XX столетия [91]. Это было связано, во-первых, с существенным повышением требований, предъявляемым к характеристикам узлов трения различных машин и турбоагрегатов, а во-вторых - с расширением технологических возможностей, позволяющих изготавливать детали с повышенной точностью и чистотой поверхностей, необходимых в узлах трения с газовой смазкой.

Проблемам повышения эффективности опор с газовой смазкой посвящены труды отечественных ученых: А.И. Белоусова [2], А.Н. Брагина [8], B.C. Виноградова [47], Б.С. Григорьева [14], A.B. Емельянова[23], В.П.Жедь [24], Н.Д. За-блоцкого [26,27], Г.А.Завьялова [6], С.Г. Кан [36], М.В.Коровчинского [44], A.B. Космынина [46], Я.М. Котляра [52], Л.Г.Лойцянского[26,63], A.A. Лохматова [64],

B.А. Максимова [66], В.А. Мордвинкина [67], Ю.В. Пешти [73,74], C.B. Пинегина [75,76], Ю.А. Равиковича [4], А.И. Самсонова [81.83], Л.Г. Степанянца [92,97], И.Е. Сипенкова [72, 85-88], А.И. Снопова [89, 90], Ю.Б. Табачникова [76],

C.Н.Шатохина [62, 100-103 ], С.А. Шейнберга [105, 106].

Немалый вклад внесли и зарубежные исследователи: Грэссем и Пауэлл [21], В.Н. Константинеску [45], Фречетте [113], Якобсон [115], Кастелли и Стивенсон [38-41], Мори [68,69] и др.

Первым примером промышленного применения газовой смазки являются конструкции шпиндельных узлов и направляющих в станкостроении [11, 24, 55, 104]. Газовая смазка позволила устранить проблемы, связанные с применением шарикоподшипников (ограничение окружной скорости режущего инструмента, загрязнение окружающей среды смазочными материалами). Значительный вклад в развитие этого направления внес коллектив под руководством С.А. Шейнберга.

Развитие авиа- и кораблестроения поставило вопрос о необходимости создания прецизионных опор на газовой смазке для навигационных приборов и другой измерительной аппаратуры. Исследованиями в этом направлении занимались ученые Ленинградской школы газовой смазки под руководством Л.Г.Лойцянского [ 7, 14, 25-31, 72, 85-88, 92-97].

Подшипники с газовой смазкой применяются в различных областях науки и техники: в электронно-вычислительной, авиационной, космической ядерной и т.д. Перспективность данного направления подтверждается сообщениями о проведении исследовательских работ в этой области [108, 112, 114, 123, 124], а также увеличением типов различного оборудования, в котором используются опоры на газовой смазке www.tribology-abc.com,www.airbearings.co.uk,www.capstone.ru.

Занимаются разработкой машин и агрегатов с опорами на газовой смазке многие известные фирмы: General Electric Corp., Mechanical Technology Inc., The Garret Corporation, General Motors Corp., Societe Rateau, Softair, Rolls-Royce, Motoren und Turbinen Union, Ciysler, Westwind, Mitsubishi, Nissan Motor Co. Ltd и т.д.

Недостатком подшипников с газовой смазкой является низкая несущая способность смазочного слоя (по сравнению с жидкостными подшипниками) из-за невысокой вязкости газов, в связи с этим повышение значения этой характеристики и тем самым расширение области использования газовой смазки является одной из актуальных задач в судовой энергетике.

Постановка цели исследования. С точки зрения использования газовой смазки в турбомашинах судовой энергетики можно отметить следующие направления.

Перспективно применение подшипников с газовой смазкой в воздушных холодильных машинах, к которым в последние годы возрастает интерес в связи с ограничением использования фреонов. Турбодетандеры на газовой смазке позволяют исключить загрязнение холодного воздуха маслом, таким образом, появляется возможность направлять воздух непосредственно на охлаждаемые продукты питания.

Другим направлением стало применение газовых подшипников в качестве опор роторов турбокомпрессоров наддува судовых двигателей внутреннего сгорания, а также турбогенераторов судовых электростанций.

Несмотря на значительные преимущества, использование подшипников с газовой смазкой ограничено. Во многом это связано с существенным недостатком опор с газовой смазкой - низкой несущей способностью смазочного слоя (по сравнению с жидкостными подшипниками), являющейся следствием малой вязкости газов [81].

Исследования, направленные на устранение этого недостатка, особенно актуальны для турбомашин СЭУ, имеющих сравнительно массивные детали и оказывающие существенные нагрузки на подшипники.

Предлагаемые исследователями разнообразные технические решения (применение подшипников с пористыми вкладками [46, 47], сегментных [4,5] и лепестковых опор [81]) свидетельствуют, что в настоящее время задача повышения несущей способности остается актуальной.

Повышением несущей способности газовых опор занимаются коллективы различных организаций, в том числе МАИ (г.Москва) [4], СПбГПУ (г.Санкт-Петербург) [25,26-31], СФУ (г. Красноярск) [62, 100-103], КнАГТУ (г. Комсомольск-на-Амуре) [46-48], ДВФУ (г. Владивосток) [12, 81, 125].

Другим существенным недостатком газовых опор является повышенная склонность к возникновению неустойчивой работы. Большое количество работ посвящено проблемам динамики роторов на опорах с газовой смазкой [22, 100, 105, 106, 110, 117, 118, 120, 121].

Рассмотрим направления исследований в области газовой смазки.

Работы, проведенные коллективом под руководством С. А. Шейнберга [105, 106], ориентированы, в первую очередь, на станкостроение и приборостроение, например на разработку конструкций высокоскоростных шпиндельных узлов или гироскопов. Повышенные требования к характеристикам шпиндельных узлов высокоточных станков определяли приоритетные направления этих исследований. Указывая, что проблема малой несущей способности газовых подшипников имеет место, и приводя анализ факторов, влияющих на повышение несущей способности газовых опор [106], Шейнберг С. А. тем не менее обращает большое внимание на ряд других вопросов, связанных с использованием газовой смазки (таких, как неустойчивость скоростного вихря или автоколебаний типа «пневмомолотка»).

Вопросам разработки опор с газовой смазкой шпиндельных узлов и направляющих посвящены работы коллективов Красноярского политехнического института (Сибирский федеральный университет) [62, 71, 101-103] и Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета [46-51, 55]. Здесь проводятся исследования как статических, так и динамических характеристик газовых опор. В работе [46] рассматривается способ повышения несущей способности газостатических подшипников металлообрабатывающего оборудования с помощью специального конструктивного решения - вкладышей с пористой структурой. В таком подшипнике давление наддува эффективно распределяется по рабочему зазору. Авторы отмечают, что подшипники с пористыми вкладышами имеют ограниченное применение из-за отсутствия пригодного пористого материала.

Разрабатывая опоры с газовой смазкой для приборостроения, исследователи школы газовой смазки J1. Г. Лойцянского решали вопросы, связанные с точностью работы измерительных приборов, изучали, например, проявление моментов увода, создаваемых аэрогидродинамическими силами [25, 26-31].

В работе [22] приводятся основы расчета газодинамических подшипников приборов и быстроходных машин малой мощности. Значительное внимание уделяется вопросам динамики роторов на газовых опорах, а также приводится анализ уравнений статической задачи газовой смазки и определяются факторы, влияющие на несущую способность смазочного слоя подшипников со спиральными канавками. Отметим, что автор рассматривает такой метод повышения несущей способности подшипника, при котором определяется профиль рабочей поверхности, обеспечивающий максимальное значение этой величины.

Обширный анализ уравнений газовой смазки приводится в монографии [45]. Рассматриваются различные типы газовых подшипников, определяются факторы, влияющие на характеристики опоры. Значительное влияние уделяется влиянию конструктивных параметров рабочей поверхности подшипника на его несущую способность.

Перспективно применение гибридных опор, совмещающих положительные свойства нескольких типов подшипников. Например, газодинамических и газостатических опор [4, 12, 105], магнитных и газовых подшипников [55].

В работе [4] приводятся результаты исследований подшипников с газовой смазкой ротора турбогенератора. Повышение несущей способности достигается применением гибридных подшипников с самоустанавливающимися вкладышами, которые обеспечивают возможность устойчивой работы подшипника при малых значениях смазочного слоя и более эффективном проявлении газодинамического эффекта.

Анализ результатов исследований газовых подшипников показывает, что, несмотря на значительные успехи в этой области, вопросы, связанные с основными недостатками газовых подшипников (малой несущей и демпфирующей способностями смазочного газового слоя, неустойчивостью работы), остаются актуальными. При этом в зависимости от области применения подшипников наиболее актуальным становится устранение того или иного недостатка. Например, вопрос малой несущей способности подшипников с газовой смазкой в станкостроительной области может стоять не так остро и решен несколько иначе, чем в судовой энергетике. При использовании газовой смазки в металлообрабатывающем оборудовании часто существует возможность установки подшипников с наддувом, имеющих практически неограниченную несущую способность, но требующих внешнего источника сжатого газа (компрессора), применение которого в лимитированных условиях энергоустановок судов и кораблей может явиться нецелесообразным. С другой стороны, вопросы, связанные с динамикой роторов, стоят более остро в станкостроении, пневмошлифовальной технике и гироскопических устройствах, чем в судовой энергетике.

Можно сделать вывод, что именно малая несущая способность газовых опор является основным фактором, ограничивающим широкое распространение газовой смазки в судовых установках.

Настоящая работа является продолжением исследований в области газовой смазки, проводимых в течение сорока лет в Дальневосточном федеральном университете (ДВПИ им. В. В. Куйбышева, ДВГТУ). В последние годы здесь было уделено значительное внимание проблеме повышения эффективности осевых газовых опор [12, 81], так как анализ научно-технической литературы показывает, что по сравнению с радиальными опорами осевые подшипники менее изучены. Поэтому в данной работе рассматриваются осевые опоры.

Целью настоящей работы является повышение несущей способности осевых подшипников с газовой смазкой.

Постановка задач исследования. Факторы, влияющие на несущую способность, можно разделить на две основные группы. К первой группе можно отнести изменение конструктивных параметров, определяющих форму и величину смазочного слоя, а ко второй - изменение режимных параметров: относительной скорости движения рабочих поверхностей, давления газа подаваемого на смазку, давления на краях подшипника.

Рассмотрим более подробно методы, с помощью которых можно повысить несущую способность подшипников с газовой смазкой.

Эффективным методом повышения несущей способности, который рассматривается в настоящей работе, является внедрение относительно новых типов газовых опор, конструктивные особенности которых предполагают повышение несущей способности по сравнению с существующими подшипниками. Например, доказана эффективность использования подшипников с пористыми вкладками [46], самоустанавливающимися сегментами [4] и консольно-закрепленными подушками [111].

Разнообразны предложения по организации способов подачи сжатого газа в смазочный зазор в подшипниках с наддувом (газостатических) [12, 45, 67, 81, 82, 91, 105, 147, 148].

Другим не менее эффективным методом повышения несущей способности является оптимизация формы смазочного слоя.

В настоящей работе критерием оптимальности определён максимум несущей способности смазочного слоя подшипника. Соответственно под оптимальными значениями параметров будем понимать такие значения, которые обеспечивают при заданных ограничениях максимальную несущую способность.

Следует отметить, что при использовании газовой смазки форма смазочного зазора во многом определяет величину несущей способности подшипника, при этом параметры, определяющие эту форму, имеют, в большинстве своём, оптимальные значения.

Проведенные исследования [12, 45, 81, 85] показывают, что даже сравнительно небольшие отклонения значений параметров от оптимальных величин приводят к значительному снижению несущей способности подшипника или к его полной неработоспособности. Значения интегральных характеристик (в том числе и несущей способности), получаемые расчетным путем, часто отличаются от реальных характеристик созданной опоры. В итоге подшипники во многих случаях имеют недостаточную несущую способность для поддержания роторов турбома-шин. Вследствие этого особенно важно при проектировании уметь подбирать режимные и конструктивные параметры подшипника, обеспечивающие максимально высокую несущую способность слоя, т.е. проводить оптимизацию проектируемой опоры.

Данное обстоятельство значительно ограничивает область распространения рассматриваемых подшипников и не позволяет использовать в современных тур-бомашинах преимущества смазки газом.

Приведем следующий пример. При проектировании осевого газодинамического подшипника турбокомпрессора наддува судового двигателя внутреннего сгорания очевидно, что проектировщик будет иметь некоторые входные данные, определяющие параметры проектируемой опоры.

Например, частота вращения вала ротора будет определять относительную скорость рабочих поверхностей опоры и тем самым влиять на несущую способность газодинамического подшипника.

Внутренний и наружный радиусы подшипника будут ограничиваться размерами самой турбомашины, соображениями технологичности при изготовлении и ремонте, а также прочности деталей. При этом определение параметров профиля рабочих поверхностей и тем самым формы смазочного зазора остается задачей проектировщика.

Таким образом, проектирование опоры при заданных ограничениях будет сводиться к выбору конструктивного типа подшипника и оптимизации тех конструктивных параметров, значения которых могут изменяться в определенном диапазоне.

В настоящей работе для достижения поставленной цели (повышения несущей способности подшипников с газовой смазкой) применяются оба вышеперечисленных метода, т.е. осуществляется разработка новой конструкции подшипника с газовой смазкой и проводится оптимизация разработанной конструкции.

Осуществление второго метода повышения несущей способности (оптимизации конструкции подшипника) достигается путем разработки инженерных методик расчета, позволяющих на этапе проектирования адекватно оценить характеристики подшипника и рассчитать оптимальные параметры.

Совершенствование существующих, создание новых конструкций гибридных подшипников при одновременной разработке методик расчета и оптимизации конструктивных и режимных параметров опор такого типа повысит эффективность работы газовых опор и увеличит область распространения газовой смазки в технике.

Учитывая вышеизложенное, сформулируем первую задачу.

1-я задача. На основании проведенного обзора существующих разработок в области подшипников с газовой смазкой определить конструкцию объекта исследования.

Определяя конструктивный тип объекта исследования, следует учитывать, что рассматриваемые подшипники предполагается использовать в элементах судовых энергетических установок (СЭУ). Это турбомашины различного назначения, такие как турбокомпрессоры наддува судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) или турбодетандеры холодильных машин промысловых судов. В этом случае нагрузка на опоры относительно высокая (по сравнению с нагрузками на газовые опоры из других отраслей промышленности, например приборостроения).

Очевидно, что с увеличением нагрузки возрастают и геометрические характеристики подшипника, а технологические задачи изготовления и монтажа деталей усложняются. Поэтому применение подшипников, широко распространенных в приборостроении [25, 128, 129] или измерительной технике, в судовой энергетике может оказаться затруднительным.

Следует учитывать, что СЭУ работает в более тяжелых условиях по сравнению со стационарными объектами. Например, качка судна приводит к дополнительным нагрузкам на подшипники турбомашин (в основном вследствие гироскопического эффекта, когда при изменении положения судна в пространстве ротор турбины стремится сохранить свое положение).

Получение новых зависимостей характеристик разработанной конструкции подшипника с газовой смазкой от его режимных и конструктивных параметров, проведение оптимизационных исследований и создание инженерной методики расчета такого подшипника подразумевают проведение эксперимента (вычислительного и/или физического).

Инструментом таких исследований могут являться математические модели (для проведения вычислительного эксперимента), а также экспериментальные установки (для проведения физического эксперимента).

Учитывая значительную трудоемкость изменения геометрии рабочей поверхности подшипника в широком диапазоне для получения зависимостей характеристик объекта исследования от его конструктивных параметров при проведении физического эксперимента, в настоящей работе основным методом проведения исследования определен вычислительный эксперимент, позволяющий расширить область исследуемых величин.

Поскольку в настоящей работе разрабатывалась новая конструкция подшипника, то существующие методики расчета опор с газовой смазкой, а также опубликованные результаты теоретических и экспериментальных исследований не могли быть использованы при определении характеристик разработанной конструкции подшипника. В то же время предлагаемый в научно-технической литературе математический аппарат расчета различных опор с газовой смазкой хорошо развит и позволяет на его основе разрабатывать математические модели новых конструкций газовых опор.

Сформулируем вторую задачу, решаемую в настоящей работе.

2-я задача. Разработать математическую модель осевого гибридного лепесткового подшипника с газовой смазкой.

Остановимся более подробно на существующих математических методах расчета газовых опор. Решение задач газовой смазки во многом сводится к расчету течения вязких сжимаемых жидкостей в тонком слое переменной величины [22, 45, 81, 82, 98, 105, 123]. Результатом такого расчета становятся характеристики смазочного слоя, анализ которых позволяет сделать выводы о соответствии проектируемой опоры предъявляемым к ней требованиям. Такими характеристиками могут являться распределение давления в смазочном слое, несущая способность слоя, его жесткость, мощность трения, расход газа подаваемого, на смазку [81], эгаоры деформации податливых рабочих поверхностей (в случае применения лепестковых опор).

Во многих случаях разработчики стремились решить задачу аналитически [3, 9, 46-48, 52, 53, 78, 106]. Для этого принимались различные допущения, например, рассматривалась плоская задача [45, 105], или предельный случай, при котором относительная скорость рабочих поверхностей стремится к бесконечности [52, 106].

Существует метод, предложенный Я. М. Котляром [78], при котором проводится аналогия между течением газа в смазочном слое подшипника и плоским потенциальным течением несжимаемой жидкости. При этом используется математический аппарат теории функций комплексного переменного.

Множество упрощений аналитических решений приводят к значительным расхождениям теоретических и практических результатов, поэтому аналитические методы рассматриваются как приближенные, используемые для качественной оценки характеристик исследуемых подшипников.

Численные методы решения с использованием ЭВМ позволяют получить с более высокой точностью (по сравнению с аналитическими методами) технические характеристики рассчитываемой опоры [10, 38-41, 54, 109]. Поэтому в настоящей работе определено, что разрабатываемая математическая модель будет основана на численном решении задачи течения газа в смазочном слое.

Формируется третья задача настоящей работы.

3-я задача. Составить программу расчета и оптимизации объекта исследования.

На основе математической модели необходимо составить программу расчета на ЭВМ. Данную программу следует понимать как основной инструмент при проведении исследований характеристик подшипника, разработке инженерной методики расчета и оптимизации его параметров.

Математическая модель и составленная на её основе программа позволят перейти к решению следующей задачи.

4-я задача. Выполнить численный эксперимент и проанализировать его результаты.

В настоящей работе планируется получить зависимости характеристик подшипника от его режимных и конструктивных параметров. Анализ данных зависимостей позволит определить основные направления повышения несущей способности и эффективности работы исследуемых опор в целом.

При проведении численного эксперимента появляется необходимость установления адекватности результатов, получаемых с помощью математической модели, сравнением с результатами других исследователей или проведением физического эксперимента.

Сравнение полученных результатов с результатами других авторов затруднительно, поскольку разрабатывается новый конструктивный тип подшипника. Поэтому для подтверждения адекватности результатов численного эксперимента необходимо провести физический эксперимент и сравнительный анализ полученных результатов.

5-я задача. Разработать и реализовать конструкцию экспериментального стенда, предназначенного для проведения исследований характеристик осевых подшипников с газовой смазкой.

6-я задача. Провести физический эксперимент по исследованию характеристик осевого гибридного лепесткового подшипника (ОГЛП) и проверить адекватность результатов, получаемых с помощью предложенной математической модели результатам физического эксперимента.

Сравнение результатов численного и физического экспериментов часто применяется при проведении исследований в области газовой смазки [4, 12, 67, 81].

Разработанная на основе математической модели программа расчета может быть использована не только при проведении научных исследований, но и при промышленном проектировании опор с газовой смазкой для турбомашин судовой энергетики.

Одним из основных аспектов практической значимости настоящей работы является инженерная методика расчета и оптимизации характеристик подшипника, в основу которой положены полученные математическая модель и программа.

Другой составляющей методики стали рекомендации по проектированию, сделанные на основе анализа результатов экспериментов (численного и физического).

Методика позволяет адекватно оценить характеристики подшипника и рассчитать оптимальные параметры.

Итак, сформулируем еще одну задачу, решаемую в настоящей работе.

7-я задача. Разработка инженерной методика расчета и оптимизации характеристик подшипников исследуемого типа.

Подводя итог приведенным в настоящем разделе доводам, сделаем вывод, что для достижения поставленной цели необходимо было решить несколько задач, результатами чего стали новая конструкция подшипника с газовой смазкой с повышенной несущей способностью, зависимости характеристик этого подшипника от режимных и конструктивных параметров, инженерная методика расчета и оптимизации характеристик подшипников исследуемого типа.

Научную новизну работы составляют:

1. Полученные зависимости эксплуатационных характеристик смазочного слоя (поле распределения давления, жесткость и несущая способность) от параметров и режимов работы подшипника предложенной конструкции;

2. Результаты оптимизационных вычислений максимального значения несущей способности смазочного слоя исследованного подшипника, в зависимости от его конструктивных и режимных параметров;

3. Закономерности совместного влияния газостатического и газодинамического эффектов на распределение давления в смазочном слое и интегральные характеристики исследованного подшипника;

4. Инженерная методика расчета и оптимизации осевых гибридных лепестковых подшипников для турбомашин судовой энергетики.

Теоретическая и практическая значимость:

- результаты численного и физического экспериментов расширяют представления о процессах, протекающих в смазочном слое осевых подшипников с газовой смазкой;

- предложен инженерный метод расчета и оптимизации ОГЛП, который может быть использован при разработке турбомашин судовой энергетики;

- разработан конструктивный тип ОГЛП, защищенный патентом, имеющий преимущества эксплуатационного и технологического характера по сравнению с существующими подшипниками на газовой смазке;

- использование ОГЛП позволит повысить производительность и мощность турбомашин, работающих в элементах судовой энергетической установки;

- результаты работы были положены в основу методики проектирования подшипников с газовой смазкой для ротационных горелок судовых котлов.

Методология и методы исследования. Работа основана на теоретическом научном подходе математического моделирования с прямой экспериментальной проверкой. Применялся численный метод решения нелинейного дифференциального уравнения в частных производных, а также численный и физический эксперименты.

Положения, выносимые на защиту:

- конструкция осевого гибридного лепесткового подшипника;

- результаты сопоставления характеристик исследуемого подшипника, полученные при проведении численного и физического экспериментов;

- закономерности и результаты анализа совместного влияния газодинамического и газостатического эффектов в гибридном лепестковом подшипнике;

- результаты оптимизационных вычислений зависимости максимальной несущей способности от значений конструктивных параметров подшипника;

- инженерная методика расчета и оптимизации ОГЛП.

Объект исследований: осевые гибридные лепестковые подшипники с газовой смазкой.

Предмет исследований: характеристики смазочного слоя осевого гибридного лепесткового подшипника с газовой смазкой.

Степень достоверности. Достоверность результатов подтверждена: использованием основных уравнений движения вязких сжимаемых жидкостей и апробированных классических методов теории газовой смазки, математической обработкой с проверкой адекватности результатов численного и физического экспериментов.

Апробация работы. Материалы исследований представлялись на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (г. Владивосток, ДВГТРУ, 2010 г.), международной конференции «Вологдинские чтения» (г. Владивосток, ДВГТУ, 2010 г.), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития судоходства в Дальневосточном регионе» (г. Владивосток, ДВГТРУ, 2011г.), международной научной конференции «Механика и трибология транспортных систем» (г. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2011г.), научных семинарах кафедр «Конструкция и проектирование двигателей» (г. Москва, МАИ, 2011г.), «Судовые энергетические установки» (г. Владивосток, ДВГТРУ, 2012 г.), судовой энергетики и автоматики (г.Владивосток, ДВФУ, 2012г.).

Результаты исследования использовались при выполнении научно-исследовательской работы в рамках федеральной целевой программы: «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Государственный контракт № П2590 от 26.11.2009 г.), в проектно-конструкторской деятельности государственного малого научно-производственного предприятия «Экосистема», внедрены в учебный процесс по направлению подготовки 180100.62 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», профиль «Судовые энергетические установки».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, включая 6 статей в рецензируемых российских научных журналах, входящих в список ВАК, 7 статей в сборниках трудов российских и международных конференций и научных трудов высших учебных заведений, получены патент РФ на полезную модель и изобретение, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Объем и структура работы. Структурная схема диссертации представлена ниже.

ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСЕВЫХ ГИБРИДНЫХ ЛЕПЕСТКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ С ГАЗОВОЙ СМАЗКОЙ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

Состояние вопроса и постановка задач исследования

1 м

Выбор метода исследования подшипников на газовой смазке Факторы, влияющие на несущую способность газовых подшипников X

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разработка конструктивного типа объекта исследования

2.Математическая модель

Обзор конструкций

I азодинамическш подшипники

Газостатические подшипники Г

Гибридные подшипники раВнительныи анализ различных конструкций подшипников

Выбор объекта исследовани План математической модёлЦ Ш?

I Расчетная схенщ

Газодинамический режим Т

Газостатический режим

Уравнение формы смазочного зазора и деформации лепесткоВ 1

Интегральные характеристики подшипника

Безразмерные комплексы и параметры

Программа расчета и оптимизации осевого гибридного лепесткового подшипника

3. Проведение численного эксперимента 3 1

4. Проведение физического эксперимента

Влияние выбранных факторов на характеристики подшипника 1

Описание методики проведения эксперимента иоаатливость раоочеи поверхности подшипника

Описание конструкции экспериментальной установки

Проявление газодинамического и газостатического эффектов в гибридных лепестковых подшипниках

Измерительные приборы и оценка погрешности измерений

Оптимальная форма смазочного зазора

Основы методики проектирования осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой

-Определение зависимостей— несущей способности осевых гибридных лепестковых подшипников' с газовой смазкой

Режим работы подшипника иценка адекватности результатов численного и физического экспериментов

-

Выводы и рекомендации по проектированию и расчету осевых гибридных лепестковых газовых подшипников для повышения их несущей способности

Структурная схема диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений, списка литературы из 152 наименований, приложения. Общий объем диссертации составляет 168 стр., включая 57 рисунков, 6 таблиц, 1 приложение.

4.8 Выводы

1. В разделе 4.5.1 установлена неколлинеарность факторов, выбранных для экспериментальных исследований.

2. В разделе 4.5.2 показано, что регрессионная модель второго порядка дает результаты, адекватные экспериментальным результатам.

3. Сопоставление результатов в разделе 4.5.3, получаемых с помощью разработанной математической модели, доказало их адекватность результатам физического эксперимента.

4. На основании анализа результатов численного эксперимента с учетом особенностей работы, выявленных при проведении физического эксперимента, составлена методика проектирования ОГЛП, основными инструментами которой являются программа расчета и предложенная математическая модель.

Заключение

Выполненные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработана и защищена патентом конструкция осевого гибридного лепесткового подшипника, особенности устройства которого обеспечивают повышение несущей способности смазочного слоя. Подшипник данной конструкции стал объектом исследования при проведении физического и численного эксперимента.

2. Разработаны математическая модель и программа расчета характеристик ОГЛП, которые позволили провести численный эксперимент и легли в основу предложенной инженерной методики. Программа позволяет проводить сравнение характеристик различных типов осевых газовых подшипников (гибридных лепестковых и с жесткими рабочими поверхностями, газодинамических и газостатических) и осуществлять оптимизацию по максимуму несущей способности опоры.

3. Получены зависимости распределения давления в смазочном слое от параметров и режимов работы ОГЛП и определен характер распределения податливостей смазочного слоя исследуемого подшипника;

4. Определены основные требования, которые должны предъявляться к упругой рабочей поверхности исследуемого подшипника. Установлено, что для увеличения несущей способности осевого лепесткового подшипника с газовой смазкой целесообразно применять конструкцию упругой подложки с переменной податливостью по радиусу.

5. Получены закономерности и произведена оценка совместного влияния газодинамического и газостатического эффектов в гибридном лепестковом подшипнике. Влияние газостатического эффекта на повышение несущей способности в смазочном слое зависит от степени проявления газодинамического эффекта.

6. При проведении оптимизационных вычислений определены зависимости максимальной несущей способности от значений конструктивных параметров подшипника. Выявлен ряд закономерностей свойственных опорам исследуемого типа:

-параметры Крп, У, 1л, 81 имеют оптимальное значение;

- функция отклика (коэффициент несущей способности смазочного слоя) имеет только один экстремум, т.е. параметры Ярп, V]/ , 1л, 81 имеют только одно оптимальное значение;

- параметр 82 должен быть равен 0, т.е. форма смазочного зазора должна быть клиновидно-равномерной;

- оптимальные значения 810т находятся в диапазоне 2 14;

- в отличие от гибридного подшипника с жесткой рабочей поверхностью имеющего при п =0,2 = 2, при п = 0,6 = 5), оптимальное количество секторов (лепестков) исследуемого подшипника выше (при п =0,2; У = 3, при п = 0,6; 1|/=6).

7. Разработан и изготовлен опытный образец осевого гибридного лепесткового подшипника, проведена модернизация экспериментальной установки, осуществлен физический эксперимент. Сопоставление результатов, получаемых с помощью разработанной математической модели, с результатами физического эксперимента доказало их адекватность.

8. Разработаны рекомендации по проектированию ОГЛП, которые в совокупности с математической моделью и программой составляют инженерную методику расчета и оптимизации опор данного типа.

Автор выражает благодарность заслуженному работнику высшей школы РФ, доктору технических наук, профессору В.Т. Луценко за ценные советы, замечания и помощь в редактировании диссертации и автореферата, и работникам ЗАО ДВЗ «Звезда» за помощь в изготовлении оригинальных элементов экспериментальной установки.

Список условных обозначений

Я2 - наружный радиус подшипника

- внутренний радиус подшипника Яр1 - радиус 1-го ряда питателей Яр2 - радиус 2-го ряда питателей Ырп - радиус п-го ряда питателей с1р1 - диаметр питателей 1-го ряда с1р2 - диаметр питателей 2-го ряда ё - диаметр питателей п-го ряда Ь1 - протяженность I участка Ь„ - протяженность II участка

- общая протяженность участка (сектора)

Ь - некоторая промежуточная длина сектора (лепестка) Ц - минимальное значение величины смазочного зазора Ь - текущее значение смазочного зазора; 5, - максимальная глубина I участка (без прогиба лепестка) 8 2 - максимальная глубина П-го участка (без прогиба лепестка) \|/ - количество секторов (лепестков) г - радиальная координата; 0 - угловая координата Ь — толщина смазочного зазора Р - давление газа в смазочном слое ц — динамическая вязкость газа со — угловая скорость

Ра - давление окружающей среды (давление на краях подшипника) Р — относительное давление

- давление наддува (давление воздуха перед питателем) Ь- относительная величина смазочного зазора Ь = Ь/Ь0; г - относительный радиус г = г/К2;

Ярп - относительный радиус п-го ряда питателей (радиус п-й линии наддува)

1рп - относительный диаметр питателя п-го ряда

Относительная протяженность I участка

Относительная протяженность II участка Ьп =ЬП/ЬХ;

Относительная промежуточная длина сектора ь = ь/ь,

Относительная максимальная глубина I участка 61 = б^Ьо

Относительная максимальная глубина II участка 62 = 62/Ь0

Ил - относительный внутренний радиус 1 - номера линий сетки, проходящих по окружностям к - номера линий сетки, проходящих по радиусам п - наибольший номер линий сетки проходящих по окружностям (количество интервалов образованных линиями сетки проходящих по окружностям) к1- номер линии сетки на которой заканчивается участок I и начинается участок II - наибольший номер линии сетки проходящей по радиусу (количество интервалов образованных линиями сетки проходящими по радиусу) Дг - шаг линий сетки проходящих по окружностям

АЭ - угол между двумя соседними линиями сетки, проходящими по радиусу Аг = (я 2 - Я, )/1п - шаг линий сетки

Аг = Аг / Я2 - относительный шаг линий проходящих по окружностям Ав = 2п/\\1 кх-угол между двумя соседними линиями, проходящими по радиусу

Р, к - давление, действующее в точке 1,к

Ь1к.- зазор в точке 1,к

Ь1,к = Ь1к /И0- относительный зазор в точке 1,к

Ор - эмпирический коэффициент расхода N - количество питателей к - показатель адиабаты газа

8Г - площадь горла питателя (наиболее узкое сечение потока газа) Ырп - количество питателей п - го ряда

- значение смазочного зазора без учета деформации гт ш,к - значение смазочного зазора без учета деформации (в безразмерном виде) у, к - величина прогиба в данной точке

Ь, к - значение смазочного зазора с учетом деформации

Ы,к - значение смазочного зазора с учетом деформации (в безразмерном виде)

У, к - величина прогиба в безразмерном виде

АР, к - давление, вызывающее деформацию упругой подложки

АО, к - изменение действующей силы, вызывающее деформацию (прогиб) упругой подложки Ау,,к - изменение прогиба упругой подложки

С, к - податливость упругой подложки в точке с координатами 0,к)

С,,к - относительная податливость упругой подложки в точке с координатами ¡,к XV1 -абсолютная несущая способность подшипника W2 - сила соответствующая давлению окружающей среды W - действительная несущая способность подшипника

С слоя х - общая податливость смазочного слоя

С слоя . , к — податливость смазочного слоя в точке с координатами 1,к слоя

С,,к - податливость смазочного слоя в точке с координатами ¿,к в безразмерном виде) М - критический расход газа, подаваемого на смазку Мц, - критический расход газа, подаваемого на смазку

М - безразмерный расхода газа, подаваемого на смазку А - газостатический параметр X - параметр сжимаемости

Ра - относительное давление на краях подшипника (при равенстве давлений на внутреннем и наружном радиусах подшипника)

Ра1 - относительное давление на внутреннем радиусе подшипника

Ра2 - относительное давление на наружном радиусе подшипника

150

1. Антонов, А. М. Метод определения характеристик однорядных газостатических подшипников / А. М. Антонов, Г. А. Турыгин // Машиноведение. 1969.- №6. С. 98-102.

2. Безродный, В. Г. Гидродинамический расчет газовых подвесов с постоянным зазором / В.Г. Безродный // Труды НКИ. 1972. - №.42. - С. 116-122.

3. Бесчастных, В.Н. Газовый подшипник тяжелого ротора газотурбинных двигателей. Опыт разработки и перспективы внедрения / В.Н.Бесчастных, Ю.А.Равикович //Вестник МАИ. 2010. - Т.17.-№3. - С. 91-98.

4. Бесчастных, В.Н. Определение статической грузоподъемности сегментного газостатического подшипника / В.Н.Бесчастных, Ю.А.Равикович, А.Н.Соколов // Вестник МАИ. 2009. - Т. 16. - №1. - С. 84-94.

5. Биушкин, В.А. Исследование подвеса в опорах с колеблющимися стенками на подвижном основании / В.А. Биушкин, С.Г. Дадаев, Г.А. Завьялов // Проблемы развития газовой смазки. М.: Наука, 1972. - 4.1. - стр. 18-25.

6. Болдырев, Ю.Я. О расчете сухих газовых торцевых уплотнений со спиральными канавками валов турбокомпрессорных машин / Ю.Я. Болдырев, Б.С. Григорьев, Г.А. Лучин // Компрессорная техника и пневматика. 1994. - вып.4-5.- С.59-62.

7. Брагин, А.Н. Демпфирование в лепестковом газовом подшипнике / А.Н. Брагин, С.И.Сигачев // Трение и смазка в машинах. Часть 1. 1983. - стр. 143-144.

8. Букус, И. А. Определение оптимальных размеров газостатических подшипников судовых газотурбинных двигателей / И. А. Букус, А. М.Антонов // Труды ЛКИ. 1968. - С. 15-22.

9. Буй, Нестационарное численное решение уравнений Пуассона и Лапласа в применении к медленному вязкому течению / Буй // Труды ASME ТОИР. 1966. -№4. -С.41.

10. Галанов, Н. С. Технологические особенности шпинделей с аэростатическими опорами / Н.С. Галанов, Е.Л. Казанцев, Ю.Б. Табачников // Станки и инструмент. 1979. - №7. - С.19-20.

11. Грибиниченко, М.В. Осевые гибридные подшипники с газовой смазкой для турбокомпрессоров наддува судовых ДВС.: Дис. канд.техн.наук. Владивосток., ДВГТУ, 2006,- 146 с.

12. Грибиниченко, М.В. К вопросу расчета смазочного слоя осевых лепестковых газодинамических подшипников / М.В. Грибиниченко, A.B. Куренский, A.A. Самсонов // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2010. - № 4. -С. 45-47.

13. Грибиниченко, М.В. Методика расчета осевых гибридных подшипников с газовой смазкой для турбокомпрессоров наддува двигателей внутреннего сгорания / М.В. Грибиниченко, А.И. Самсонов, A.B. Куренский // Проблемы энергетики. 2011. -№ 9 - 10. - С. 129-136.

14. Грибиниченко, M.B. Основы проектирования осевых лепестковых газодинамических подшипников / М.В. Грибиниченко, A.B. Куренский // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта Вып. 48. Владивосток: ДВГТУ, 2010.-С. 115-123.

15. Григорьев, Б.С. Расчет газостатических подшипников методом конечных разностей / Б.С. Григорьев, Д.Б. Смирнов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002. - №4. - С.35-42.

16. Грудская, Е. Г. Характеристики гибридного радиального подшипника на газовой смазке / Е.Г. Грудская, Н.Д. Заблоцкий // Машиноведение. 1976. - №5. -С. 93-98.

17. Грэссем, Н. С. Подшипники с газовой смазкой / Н. С. Грэссем, Дж. Пау-элл. М.: Мир, 1966. - 424 с.

18. Дроздович, В. Н. Газодинамические подшипники / В.Н. Дроздович. Л.: Машиностроение, 1976. -208с.

19. Емельянов, A.B. Теория газодинамических подшипников со спиральными канавками на обеих рабочих поверхностях Электронный ресурс. / A.B. Емельянов, И.А. Емельянов // Изв. РАН. МЖГ. 2000. - № 3. - С. 46-56.

20. Жедь, В. П. Состояние и перспективы промышленного использования подшипниковых узлов с воздушной смазкой/ В.П. Жедь, С.А. Шейнберг // Станки и инструмент. 1975. - № 11. - С. 18-21.

21. Заблоцкий, Н.Д. "К 50-летию школы газовой смазки Л.Г Лойцянско-го"Электронный ресурс. / Н.Д. Заблоцкий, И.Е. Сипенков, А.Ю. Филиппов. // Научно технические ведомости 2. 2004. - Режим доступа:http ://аего .spbstu.ru/public.html.

22. Заблоцкий, Н.Д. Линеаризация граничных условий в теории воздушных подвесов / Н.Д. Заблоцкий // Труды ЛПИ. 1961. - № 217. - С. 133-139.

23. Заблоцкий, Н.Д. Исследование схемы непрерывного наддува к расчету газовых подшипников с дискретным наддувом / Н.Д. Заблоцкий // Труды ЛПИ. № 248. - С.35-44.

24. Заблоцкий, Н. Д. Газовая смазка параллельных перемещающихся плоскостей при наличии наддува / Н.Д. Заблоцкий // Труды JI11M. 1966. - № 265. -С. 91-94.

25. Заблоцкий, Н. Д. Один способ постановки задачи о принудительной газовой смазке подшипников скольжения / Н.Д. Заблоцкий, И.Е. Сипенков // Труды ЛПИ. 1966. - С. 85-90.

26. Заблоцкий, Н. Д. Радиальный газовый подшипник с кольцевой линией наддува / Н.Д. Заблоцкий // Труды ЛПИ. 1970. - № 313. - С. 101-105.

27. Заблоцкий, Н. Д. Один метод построения асимптотического решения задач газовой смазки с наддувом / Н.Д. Заблоцкий // Труды ЛПИ. 1970. - № 313.-С. 106-109.

28. Зайдель, А. Н. Ошибки измерений физических величин : учебное пособие / А. Н. Зайдель . 2-е изд., стер . - СПб. : Лань, 2005 .-112с.

29. Захаров, К.А. Применение технологии ионного травления при создании сухих газовых уплотнений Электронный ресурс. // К.А. Захаров, H.A. Воронин / ИМАШ РАН Режим доступа:http://science-bsea.narod.ru/2005/mashin2005/zaharov voronin.htm

30. Зорин, В. А. Устойчивость равномерного положения цилиндрического ротора, поддерживаемого тонким слоем жидкости / В.А. Зорин, К.А. Рязанов, А.Г. Хомутецкий // Вестник Челябинского университета. 1991. - № 1. -С. 71-82.

31. Кан, С.Г. Некоторые вопросы проектирования приборных аэродинамических подшипников / С.Г. Кан // Трение и смазка в машинах. Челябинск, 1983. -4.1.

32. Касаткин, А. И. Профессиональное программирование на языке Си. Управление ресурсами. Минск: Высшая школа. - 1993. -301 с.

33. Кастелли, Улучшенный метод численных решений общей гидродинамической теории несжимаемой смазки / Кастелли, Шапиро // Труды ASME ТОИР. -1967.-№4.-С. 263.

34. Кастелли, Обзор численных методов решения задач газового подшипника / Кастелли, Пирвикс // Проблемы трения и смазки. 1968. - № 4. - С. 129-198.

35. Кастелли, Статические характеристики газовых подшипников с осевыми канавками / Кастелли, Пирвикс // Труды ASME ТОИР.1967.-№4.-С. 262.

36. Кастелли, Полунеявные численные методы решения нестационарного уравнения газовой смазки / Кастелли ,Стивенсон // Проблемы трения и смазки.1968.-№3,-С. 186-192.

37. Конке, Г.А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта: учебное пособие / Г.А.Конкс, В.А.Лашко. -М.: Машиностроение, 2005. 512 с.

38. Корнилов, Э.В. Технические характеристики современных дизелей: справочник/ Э.В.Корнилов, П.В. Бойко, Э.И. Голофастов. Одесса, 2008. - 272 с.

39. Коровчинский, М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения / М.В. Коровчинский. М.: Машгиз, 1959. - 403 с.

40. Константинеску, В. Н. Газовая смазка / В.Н. Константинеску. М.: Машиностроение, 1968-708с.

41. Космынин, А. В. Газовые подшипники высокоскоростных турбоприводов металлообрабатывающего оборудования / A.B. Космынин, B.C. Виноградов. -Владивосток: Дальнаука, 2002. 326 с.

42. Космынин, А. В. Аналитический метод расчета основных характеристик радиальных газовых подшипников с пористыми вставками / A.B. Космынин, B.C. Виноградов, Е.М. Лямкина // Вестник машиностроения. 2001. - № 5. - С. 15-18.

43. Космынин, А. В. Совершенствование характеристик газовых опор быстроходных шпиндельных узлов металлообрабатывающего оборудования: автореф. дис. докт. тех. наук: /Космынин A.B. Комсомольск-на-Амуре, 2002. 38с.

44. Космынин, A.B. Упорные газостатические подшипники. Оптимизация конструкции / A.B. Космынин, O.A. Красильникова, B.C. Виноградов. Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2011. - 109 с.

45. Космынин, A.B. Частично пористые газостатические опоры шпиндельных узлов. Теория и эксперимент / A.B. Космынин, C.B. Виноградов, В.С.Виноградов, В.С.Щетинин, A.B. Смирнов. М.: Издательский Дом «Академия Естествознания», 2011,- 126 с.

46. Космынин, A.B. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов / A.B. Космынин, Ю.Г. Кабалдин, B.C. Виноградов, С.П. Чернобай. М.: «Академия Естествознания», 2006. - 219 с.

47. Котляр, Я. М. Асимптотические решения уравнения Рейнольдса/ Я.М. Котляр // Механика жидкости и газа. 1967. - №1. - С. 161-165.

48. Котляр, Я. М. Некоторые примеры движения вязкого газа в узком зазоре переменной толщины / Я.М. Котляр // Известия Академии Наук СССР. 1958. -№5.-С. 34-39.

49. Коулмен, Линеаризация уравнения Рейнольдса для последующего численного решения / Коулмен, Снайдер // Проблемы трения и смазки. -1969,-№4.-С. 147.

50. Красильникова, О. А. Совершенствование характеристик упорных газостатических подшипников высокоскоростных шпинделей металлообрабатывающих станков: автореф. дис. .канд. тех. наук: / O.A. Красильникова. Комсомольск-на-Амуре, 2000. - 24с.

51. Куренский, A.B. Осевые гибридные лепестковые подшипники с газовой смазкой для судовых турбомашин / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко // Судостроение. 2011. - № 5. - С. 27-29.

52. Куренский, A.B. Результаты численного эксперимента осевых гибридных лепестковых подшипников с газовой смазкой / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко, Ю.Я. Фершалов // Научное обозрение. 2011. - № 5. - С. 303-311.

53. Куренский, A.B. Определение деформации податливой поверхности осевых гибридных подшипников с газовой смазкой / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко, Я.О. Бойко // Сб. материалов науч. конф. «Вологдинские чтения». Владивосток: ДВГТУ, 2010. - С. 150-152.

54. Куренский, A.B. Применение опор с газовой смазкой в судовой энергетике / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко, Ю.Я. Фершалов // Сб. материалов меж-дунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы развития судоходства». Владивосток: ДВГТРУ, 2011.-С. 101-104.

55. Куренский, A.B. Современные тенденции применения газовой смазки в технике / A.B. Куренский, Ю.Я. Фершалов, М.В. Грибиниченко // Сб. докл. меж-дунар. науч. конф.«Механика и трибология транспортных систем». Ростов н/Д: РГУПС, 2011.-С. 283-286.

56. Куренский, A.B. Расчет характеристик смазочного слоя осевых подшипников с газовой смазкой / A.B. Куренский, Я.О. Бойко // Сб. материалов науч. конф. «Вологдинские чтения». Владивосток: ДВФУ, 2012. - С. 134-136.

57. Курзаков, А. С. Анализ методов теоретического исследования и расчета адаптивных аэростатических шпиндельных опор / А. С. Курзаков, С. Н. Шатохин // Станки и инструмент. 2003 - № 5. - С. 7-11.

58. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. М.: Наука, 1987.- 840 с.

59. Лохматов, А. А. Работа упорных подшипников со спиральными канавками, выполненными на роторе нагнетателя / A.A. Лохматов // гос. науч. исслед. ин-т машиноведения, 1968. № 4 - С.205-208.

60. Лучин, Г. А. Газовые опоры турбомашин / Г.А. Лучин, Ю.В. Пешти, А.И. Снопов. М.: Машиностроение, 1989. - 240с.

61. Максимов, В. А. Перспективы применения подшипников с газовой смазкой / В.А. Максимов // Газотурбинные технологии, КГТУ. 2004. - №7. -С. 10.

62. Мори, X. Теоретические модели течения смазки в газовых подшипниках с наддувом / X. Мори, Я. Миямацу // Проблемы трения и смазки. 1969. - №1. -С. 204

63. Мори, X. Теоретическое исследование падения давления в упорных подшипниках с внешним нагнетанием газовой смазки / X. Мори // Труды ASME; Теоретическая механика. 1961. - № 2. - С.80

64. Некрасов, С. Г. Повышение точности поршневых дифманометров и эталонов давления / С.Г. Некрасов // Известия Челябинского научного центра. -2000. № 2. - С.72 -78.

65. Опоры скольжения с внешним источником давления (гидростатические, газостатические, реостатические) / под ред. С.Н. Шатохина. Красноярск, 1974.

66. Осепьян, JI. С. Определение угловой жесткости цилиндрического газового подвеса / JI.C. Осепьян, И.Е. Сипенков // Труды ЛПИ. 1970. - № 313. -С.110-117.

67. Пешти, Ю. В. Проектирование подшипников скольжения с газовой смазкой / Ю.В. Пешти. М.: МГТУ, 1973.

68. Пешти, Ю. В. Газовая смазка / Ю.В. Пешти. М.: МГТУ, 1993. - 382с.

69. Пинегин, С. В. Опоры с газовой смазкой в турбомашинах ограниченной мощности / C.B. Пинегин, Г.А. Поспелов, Ю.В. Пешти. М.: Наука, 1977. - 149 с.

70. Пинегин, С. В. Статические и динамические характеристики газостатических опор / C.B. Пинегин, Ю.Б. Табачников, И.Е. Сипенков. М.: Наука, 1982. -265с.

71. Пинегин, С. В., Газодинамические подпятниками со спиральными канавками / C.B. Пинегин, A.B. Емельянов, Ю.Б. Табачников. М.: Наука, 1977. -107с.

72. Поздеев, В. А. К расчету статических характеристик газостатических подшипников и уплотнений с профилированными зазорами / В.А. Поздеев, А.И. Тарабин // Труды НКИ. 1974. - № 86. - С. 80-82.

73. Пономарев, Б.А. Проблемы создания ВГТД с ротором на газовых подшипниках / Б.А.Пономарев, В.В.Гаврилов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2009. - №1. - С. 41-55.

74. Райе. Замечания по численному решению для подшипников скольжения с газовой смазкой / Райе // Труды ASME, Теплопередача. 1963. - № 2. - С. 133.

75. Самсонов, А. И. Подшипники с газовой смазкой для турбомашин: монография / А. И. Самсонов. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009. - 292с.

76. Самсонов, А. И. Подшипники с газовой смазкой для турбомашин: учебное пособие / А.И. Самсонов. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1996. - 112с.

77. Самсонов, А. И. Исследование подшипников с наддувом пара для судовых турбомашин: дис. .канд. тех. наук / Самсонов Анатолий Иванович. Владивосток, 1978. - 125с.

78. Сигачев, С. И. Проектирование и изготовление высокоскоростных лепестковых газодинамических подшипников (foil bearings) Электронный ресурс. / С. И. Сигачев Режим доступа: http://turbokom.narod2.ru/

79. Сипенков, И. Е. Об авторизации воздушных подвесов / И.Е. Сипенков // Труды ЛПИ. 1961. - № 217. - С.140-155.

80. Сипенков, И. Е. Некоторые предельные решения задачи газовой смазки с наддувом / И. Е. Сипенков // Труды ЛПИ. 1966. - № 265. - С. 95-104.

81. Сипенков, И. Е. Построение сингулярных решений для газового подвеса с помощью схемы непрерывного наддува / И.Е. Сипенков // сб. Газовая смазка подшипников, М.: ИМАШ АН СССР. 1968. - С.41-48.

82. Сипенков, И. Е. Асимптотическое решение задач газовой смазки высокоскоростных подшипников с наддувом / И.Е. Сипенков, // сб. Газовая смазка подшипников, М.: ИМАШ АН СССР. 1968. - С.49-62.

83. Снопов, А. И., Радиальный газовый подвес с компенсирующей кольцевой щелью / А.И. Снопов, Л.М. Юдина // сб. Проблемы развития газовой смазки. -М.: Наука, 1972. С.128-136.

84. Снопов, А. И. Влияние центробежных сил инерции смазочного слоя на работу упорного газостатического подшипника с клиновым зазором / А.И. Снопов, Г.А. Власков // Механика деформируемых тел: Межвуз.сб./РГУ. Ростов н/Д. 1987. - С.16-21.

85. Современная трибология. Итоги и перспективы; отв. ред. К.В. Фролов. -М.: Издательство ЖИ, 2008. 480 с.

86. Степанянц, Л. Г. О некоторых возможных упрощениях уравнения Рей-нольдса газовой смазки / Л.Г.Степанянц, Н.Д. Заблоцкий // Труды ЛИИ, Машиностроение. 1965. - № 248 - с.27-34.

87. Степанянц, Л. Г. Метод теоретического исследования газовых подшипников с внешним наддувом / Л.Г. Степанянц, Н.Д. Заблоцкий, И.Е. Сипенков // Проблемы трения и смазки. 1969. - № 1. - С.186 - 198.

88. Степанянц, Л. Г. Некоторые методы газодинамической теории смазки / Л.Г. Степанянц // Труды ЛПИ, Машиностроение. 1967. - № 280 - С. 27-43.

89. Степанянц, Л. Г. Методы решения задач газовой смазки с наддувом / Л.Г. Степанянц, Н.Д. Заблоцкий, И.Е. Сипенков // Газовая смазка подшипников. М.: ИМАШ АН СССР, 1968.-С.4-16.

90. Степанянц, Л. Г. Медленное движение жидкости вблизи деформированной поверхности / Л.Г. Степанянц // Труды ЛПИ. 1961. - № 217. - С.117-126.

91. Степанянц, Л. Г. Некоторые методы газодинамической теории смазки / Л.Г. Степанянц // Труды ЛПИ. 1967. - № 280. - С. 27-43.

92. Турчак, Л. И.Задача об импульсивном запуске газового подшипника в обобщенной формулировке / Л. Турчак, В.П. Шидловский // Изв. РАН. МЖГ. 2004.-№4,- С. 29-35.

93. Турчанинова, Т.П. ГОСНИИ хлебопекарной промышленности / Т.П. Турчанинова // Пищевая промышленность. 2006. - вып.8. - С.48-50.

94. Шатохин, С.Н. Оптимальные размеры шпиндельных узлов с аэростатическими подшипниками / С.Н. Шатохин, В.И. Шахворостов // Газовая смазка в машинах и приборах. М.: 1989-С.92-93.

95. Шатохин, С. Н. Проектирование адаптивных гидростатических подшипников / С. Н. Шатохин, В. П. Зайцев, С. А. Ярошенко // Вестник машиностроения. 1992-№ 6-7.-С.25-28.

96. Шатохин, С. Н. Нагрузочные и расходные характеристики осевой газостатической опоры с активной компенсацией расхода газа / С. Н. Шатохин, В. А. Коднянко // Машиноведение. 1980. - № 6. - С. 32 - 36.

97. Шапиро, И. М. Пневмошпиндели для координатно-шлифовальных станков / И.М. Шапиро //Станки и инструмент. 1979. - № 12. - С.13-14.

98. Шейнберг, С. А. Опоры скольжения с газовой смазкой / С.А. Шейн-берг, В.П. Жедь, М.Д. Шишеев, B.C. Баласаньян, Н.Д.Заблоцкий. М.: Машиностроение, 1979.-336с.

99. Шейнберг, С. А. Газовая смазка подшипников скольжения (теория и расчет) / С.А. Шейнберг // Трение и износ в машинах. 1953. - № 8. - С.107-204.

100. Collins, The interaction of radial and axial loads on a slot bed Journal bearing with bleed thrust face / Collins, Shires, Mech, // 6th international Gas learning symposium, University of Southampton. 1974.

101. Daejong, Kim, Hydrodynamic Performance of Gas Microbearings / Kim Dae-jong, Lee Sanghoon, D. Bryant Michael, F. Ling. Frederick //

102. Copyright © 2004 by ASME OCTOBER. 2004. - Vol.126. - P. 711-718.

103. Etsion, I. A cantilever mounted resilient pad gas thrust bearing /1. Etsion // Journal of lubrication technology. 1977. - Vol 1. - P. 95 - 100.

104. Frederick E, Pinkerton Bottling the hydrogen genie Электронный ресурс./ Frederick E. Pinkerton, Brian G. Wicke // The industrial physicist 2004. - No. 10 -Режим доступа: http://www.aip.org/tip/INPHFA/vol-10/iss-l/p20.html

105. Frechette, L. G. Preliminary design of a mems steam turbine power planton-a-chip / L. G. Frechette, C. Lee , S. Arslan , Y. C. Liu // 3rd Int'l Workshop on Micro & Nano Tech. For power generation & energy conv. Japan, 2003.

106. Giri L, Agrawal Foil air/gas bearing technology an overview Электронный ресурс. / Giri L, Agrawal // International Gas Turbine - 1997. - No. 5. - Режим доступа: http://www.rddynamics.com/foil-97-gt-347.pdf

107. Jacobson, S. A. High speed microfabricated silicon turbomachinery and fluid film bearings / S. A. Jacobson, S. B. Kenneth, F. E. Frederic // Journal of microelec-tromechanical systems. - 2005. - Vol. 14. - P. 141-152.

108. Kim, D. Micro gas bearing fabricated by deep X-ray lithography / D. Kim, S. Lee, Y. Jin, Y. Desta, M. D. Bryant, J. Goettert // Microsystem technologies. 2004. - No. 10. - P. 456-461.

109. Piekos, E.S. Numerical Simulation of Gas-Lubricated Bearings for Microfabricated Machines / E.S. Piekos. Massachusetts Institute of Technology, 2000 - 208p.

110. Smith, P. W. Considerations for the design of gas-lubricated slider bearings / P. W. Smith. Pasadena, California, 1988. - 134 p.

111. Truong, T Magnetic, hybrid & back-up bearing Электронный ресурс./ T.Truong, A.Heshmat // Mohawk Innovative Technology 2004. - Режим доступа: http://www.miti.ee/magnetic-backup-hvbrid-bearings.html

112. Wang, Y. Mixed lubrication of coupled journal-thrust-bearing systems including mass conserving cavitation / Y.Wang, Q. J Wang, C. Lin // Journal of tribology. -2003. Vol.125. - P. 747-755.

113. Wong, C. W. A Self-acting gas thrust bearing for high-speed microrotors / C. W. Wong, X. Zhang, S. A. Jacobson, A. H. Epstein // Journal of microelectrome-chanical systems. 2004. - Vol.13. - P.158-164.

114. Патент РФ на изобретение №2204064 Самсонов А.И. Газодинамический упорный подшипник. Зарегистрировано в гос. реестре изобретений 13.12.2000, Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

115. Пат. 2248524 Российская Федерация, МПК G01C19/02. Динамически настраиваемый гироскоп Текст. / А.Д. Богатов, A.A. Игнатьев, В.П. Кирюхин,

116. A.A. Коновченко, А.П.Мезенцев, Л.З.Новиков, В.С.Славин, Б.В. Хромов; заявитель и патентообладатель ФГУП НИИ Прикладной механики им. академика В.И. Кузнецова .- № 2004113269/28, заявл 29.04.2004, опубл. 20.03.2005,- 5 с. ( http://www.fips.ru).

117. Пат. 2107840 Российская Федерация, МПК F04D19/04. Двухпоточный молекулярный вакуумный насос Текст. / О.Д.Богомолов, Н.Н.Малышкин,

118. B.Д.Силин, В.А.Черепанов; заявитель и патентообладатель Центральный научно-исследовательский институт "Дельфин").- № 3 95111540/06, заявл 05.07.1995, опубл. 27.03.1998.- 1 ил.

119. Пат. 2364772 Российская Федерация, МПК МПК F16F1/18. Листовая пружина Текст. / Е.И. Ермилов; заявитель и патентообладатель Е.И. Ермилов .-№ 3 2007123351/11,, заявл 22.06.2007, опубл. 27.12.2008.-2 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

120. Пат. 2350795 Российская Федерация, МПК F16C32/06. Многолепестковый газодинамический подшипник Текст. / Е.Ю.Ермилов; заявитель и патентообладатель Е.Ю.Ермилов.- № 3-2007130762/11, заявл 13.08.2007, опубл. 27.03.2009.-4 з.п. ф-лы, 1 ил.

121. Пат. 2350794 Российская Федерация, МПК F16C32/06. Лепестковый газодинамический подшипник Текст. / Е.Ю.Ермилов; заявитель и патентообладатель Е.Ю.Ермилов.- № 3 2007130761/11, заявл 13.08.2007, опубл. 27.03.2009.- 5 з.п. ф-лы, 1.

122. Пат. 2346193 Российская Федерация, МПК F16C27/02. Лепестковый газодинамический подшипниковый узел (варианты) Текст. / М.Р.Аляутдинов,

123. Р.Р.Аляутдинова; заявитель и патентообладатель М.Р.Аляутдинов, Р.Р.Аляутдинова .- № 3 2007119832/11, заявл 29.05.2007, опубл. 10.02.2009.- 5 н. и 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

124. Пат. 1688643 Российская Федерация, МПК Б16С27/02

125. Р25В11. Турбохолодильник Текст. / В.Г.Иванников; заявитель и патентообладатель Научно-производственное объединение "Наука".- № 3 4725990/27, заявл 07.08.1989, опубл. 20.11.2006.

126. Пат. 1625123 Российская Федерация, МПК Р16С27/02. Газодинамическая опора Текст. / А.Н.Брагин, С.И.Сигачев, Е.П.Маханьков; заявитель и патентообладатель А.Н.Брагин, С.И.Сигачев, Е.П.Маханьков .- № 3 4697229/27, заявл 13.03.1989, опубл. 27.09.2006.

127. Пат. 1561605 Российская Федерация, МПК Р16С27/02. Газодинамическая лепестковая опора Текст. / Б.Б. Пушкин, В.Г.Иванников; заявитель и патентообладатель Б.Б. Пушкин, В.Г.Иванников № 3 4478509/274476178/27, заявл 25.08.1988, опубл. 20.07.2006.

128. Пат. 811937 Российская Федерация, МПК Г25В11/00. Турбохолодиль-ник Текст. / А.М.Горбунов; заявитель и патентообладатель А.М.Горбунов.- № 3 2659788/06, заявл 24.08.1978, опубл. 20.03.2007.

129. Пат. 772333 Российская Федерация, МПК Р25В11/00. Турбохолодиль-ник Текст. / А.М.Горбунов; заявитель и патентообладатель А.М.Горбунов.- № 3 2706080/06, заявл 02.01.1979, опубл. 10.03.2006.

130. Пат. 719218 Российская Федерация, МПК Г25В11/00. Турбохолодиль-ник Текст. / А.М.Горбунов, А.Н.Брагин; заявитель и патентообладатель А.М.Горбунов, А.Н.Брагин,- № 3 2659787/06, заявл 23.08.1978, опубл. 27.03.2006.

131. Пат. 101512 Российская Федерация, МПК F16C 17/04. Упорный подшипниковый узел Текст. / A.B. Куренский, М.В. Грибиниченко, А.И. Самсонов, A.A. Самсонов, заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ДВГТУ-№ 3 2010137662/11, заявл 09.09.2010, опубл. 20.01.2011.

132. Внутреннее отверстие (030) детали "3" окончательно обработать после сборки с деталью"4":

133. Кромку 090 поз. "4" после сборки с деталью "3" кернить по окружности в 12 точках (смотри вид А);

134. Ротор статически отбалансировать, металл снимать с левой торцевой поверхности пяты "4" шлифованием;

135. Отбалансировать динамически: металл снимать с левой торцевой поверхности пяты "4" шлифованием;5. ^Размеры для справок1. ШШ1. Роторж1. Лег"i леш/1. Ро6.3(У)1. Твяинвскт требожжис1. Ш4, Ы4,±ГП4/2.2.Гр1\\ КП 45 ОСТ5 9034-Я.

136. Покрыт» гокрхности Е3»35я ОСТ5Р 9048-96,

137. Покршосп Е шлифовать посявхромфокжия10.Н)45*1. Л) И /—г АЛц 3 В1.Т1 шшш1 их гапаи^'хз: .и 1. КСИ02Р -Вл1. Г гТГ.^11.., Г.'.'Г>|1. Вал1. Сталь 40Х ГОСТ 1050-881 ^^ /