Фольгированный подшипник

Фольгированный воздушный подшипник вала основного ротора авиационного газотурбинного двигателя.

Подшипник из фольги , также известный как подшипник из фольги и воздуха , представляет собой тип воздушного подшипника . Вал поддерживается податливой подпружиненной из фольги футеровкой цапфы . Когда вал вращается достаточно быстро, рабочая жидкость (обычно воздух ) отталкивает фольгу от вала, так что контакта не происходит. Вал и фольга разделены высоким давлением воздуха, которое создается за счет вращения, которое втягивает газ в подшипник за счет эффекта вязкости. Для создания воздушного зазора необходима высокая скорость вала относительно фольги, и как только это достигается, износа не происходит. В отличие от аэростатических или гидростатических подшипников , фольгированные подшипники не требуют внешней системы повышения давления рабочей жидкости, поэтому гидродинамический подшипник является самозапускающимся.

Разработка

Схема в разрезе ленточного подшипника, показывающая составные части (внутренние, движущиеся наружу) шейки вала, гладкую верхнюю фольгу, выступающую фольгу (обе пластины соединены) и, наконец, корпус подшипника. — Фольгированный подшипник

Фольгированные подшипники были впервые разработаны в конце 1950-х годов компанией AiResearch Mfg. Co., входящей в состав корпорации Garrett, с использованием независимых фондов исследований и разработок для обслуживания военных и космических приложений. ^[1]^[2] Впервые они были испытаны для коммерческого использования в United Airlines охлаждающих турбинах самолетов Boeing 727 и Boeing 737 в начале и середине 1960-х годов. ^[3] Garrett AiResearch Подшипники из фольги для машин с воздушным циклом впервые были установлены в качестве оригинального оборудования в 1969 году в DC- 10 системах экологического контроля . Фольгированные подшипники Garrett AiResearch были установлены на все военные самолеты США взамен существующих подшипников качения с масляной смазкой. Способность работать при криогенных температурах газа и при очень высоких температурах дала подшипникам из фольги множество других потенциальных применений. ^[4]

Фольгированные подшипники текущего поколения с усовершенствованными покрытиями значительно превзошли ограничения более ранних конструкций. Существуют противоизносные покрытия, которые допускают более 100 000 циклов пуска/останова для типичных применений. ^[5]

Приложения

Турбомашины являются наиболее распространенным применением, поскольку подшипники из фольги работают на высоких скоростях. ^[6] Коммерческое применение в производстве включает микротурбины, ^[7] воздуходувки топливных элементов, ^[8] и машины с воздушным циклом. Основным преимуществом фольгированных подшипников является отсутствие масляных систем, необходимых для традиционных конструкций подшипников. Другие преимущества:

Более высокий КПД за счет меньших потерь тепла на трение; вместо жидкостного трения основным источником тепла является паразитное сопротивление.
Повышенная надежность
Возможность более высокой скорости
Более тихая работа
Более широкий диапазон рабочих температур (40–2500 К )
Высокая вибрационная и ударная нагрузка.
Нет планового обслуживания
Нет внешней системы поддержки
Действительно без масла там, где загрязнение является проблемой.
Способен работать на скорости выше критической.

Области текущих исследований:

Более высокая грузоподъемность
Улучшенное демпфирование
Улучшенные покрытия

Основные недостатки:

Меньшая грузоподъемность, чем у роликовых или масляных подшипников.
Износ при запуске и остановке
Для работы необходима высокая скорость

См. также

Жидкостный подшипник - тип подшипников, в которых между поверхностями подшипника используется жидкость или газ под давлением.
Трибология - наука и техника взаимодействующих поверхностей в относительном движении.

Ссылки

^ Гири Л. Агравал (1997). «Технология фольгированных воздухо-газовых подшипников — обзор» (PDF) . Публикация 97-GT-347 . Американское общество инженеров-механиков .
^ Гири Л. Агравал (июль 1998 г.). «Фольгированные подшипники вывезены на землю» (PDF) . Машиностроение . Том. 120, нет. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 15 апреля 2016 г. – через R&D Dynamics.
^ Шолер Бэнгс (февраль 1973 г.). «Фольгированные подшипники помогают авиапассажирам сохранять хладнокровие». Проектирование силовой передачи .
^ М. А. Барнетт; А. Сильвер (сентябрь 1970 г.). «Применение воздушных подшипников в высокоскоростных турбомашинах» . Технический документ № 700720 . Серия технических документов SAE. 1 . Общество инженеров автомобильной промышленности . дои : 10.4271/700720 . 700720.
^ Хешмат, Хушанг (сентябрь 2005 г.). «Крупный прорыв в области грузоподъемности, скорости и рабочей температуры фольгированных упорных подшипников» . Технический документ № WT2005-63712 . Американское общество инженеров-механиков . WT2005-63712. Архивировано из оригинала 14 февраля 2008 г. Проверено 25 сентября 2006 г.
^ Р.М. «Фред» Клаасс; Кристофер ДеллаКорте (2006). «В поисках безмасляных газотурбинных двигателей» . Технические документы SAE . САЭ . 2006-01-3055. Архивировано из оригинала 30 сентября 2007 г. Проверено 18 августа 2007 г.
^ Любелл, Д.; ДеллаКорте, К.; Стэнфорд, М. (2006). «Эволюция испытаний и опыт работы безмасляных двигателей с использованием высокотемпературного фольгированного воздушного подшипника». Материалы выставки ASME Turbo Expo 2006: Энергия для суши, моря и воздуха . Том. 5: Судоходство, микротурбины и малое турбомашинное оборудование, применение в нефтегазовой отрасли, конструкции и динамика, части A и B. ASME . стр. 1245–1249. дои : 10.1115/GT2006-90572 . ISBN 0-7918-4240-1 . GT2006-90572.
^ «Компрессоры с фольгированными подшипниками, применяемыми в топливных элементах» . 13 апреля 2020 г.
^ Некоторые ранние истории описаны в книге Гири Л. Агравал (1997), « http://www.rddynamics.com/pdfs/foil-97-gt-347.pdf — Обзор» (PDF). Публикация 97-ГТ-347. Американское общество инженеров-механиков.

Внешние ссылки

[1] Гири Л. Агравал (1997). «Технология фольгированных воздухо-газовых подшипников — обзор» (PDF) . Публикация 97-GT-347 . Американское общество инженеров-механиков .

[2] Гири Л. Агравал (июль 1998 г.). «Фольгированные подшипники вывезены на землю» (PDF) . Машиностроение . Том. 120, нет. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 15 апреля 2016 г. – через R&D Dynamics.

[3] Шолер Бэнгс (февраль 1973 г.). «Фольгированные подшипники помогают авиапассажирам сохранять хладнокровие». Проектирование силовой передачи .

[4] М. А. Барнетт; А. Сильвер (сентябрь 1970 г.). «Применение воздушных подшипников в высокоскоростных турбомашинах» . Технический документ № 700720 . Серия технических документов SAE. 1 . Общество инженеров автомобильной промышленности . дои : 10.4271/700720 . 700720.

[5] Хешмат, Хушанг (сентябрь 2005 г.). «Крупный прорыв в области грузоподъемности, скорости и рабочей температуры фольгированных упорных подшипников» . Технический документ № WT2005-63712 . Американское общество инженеров-механиков . WT2005-63712. Архивировано из оригинала 14 февраля 2008 г. Проверено 25 сентября 2006 г.

[6] Р.М. «Фред» Клаасс; Кристофер ДеллаКорте (2006). «В поисках безмасляных газотурбинных двигателей» . Технические документы SAE . САЭ . 2006-01-3055. Архивировано из оригинала 30 сентября 2007 г. Проверено 18 августа 2007 г.

[7] Любелл, Д.; ДеллаКорте, К.; Стэнфорд, М. (2006). «Эволюция испытаний и опыт работы безмасляных двигателей с использованием высокотемпературного фольгированного воздушного подшипника». Материалы выставки ASME Turbo Expo 2006: Энергия для суши, моря и воздуха . Том. 5: Судоходство, микротурбины и малое турбомашинное оборудование, применение в нефтегазовой отрасли, конструкции и динамика, части A и B. ASME . стр. 1245–1249. дои : 10.1115/GT2006-90572 . ISBN 0-7918-4240-1 . GT2006-90572.

[8] «Компрессоры с фольгированными подшипниками, применяемыми в топливных элементах» . 13 апреля 2020 г.

[9] Некоторые ранние истории описаны в книге Гири Л. Агравал (1997), « http://www.rddynamics.com/pdfs/foil-97-gt-347.pdf — Обзор» (PDF). Публикация 97-ГТ-347. Американское общество инженеров-механиков.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]