RU | EN
Разработка гибридных газостатических подшипников

Разработка гибридных газостатических подшипников

Руководитель: Булат Павел Викторович, Бесчастных Владимир Николаевич

О направлении

В настоящее время широко используются газодинамические подшипники (ГДП), в которых подъемная сила создается за счет эффекта Бернулли, а также активные электромагнитные подшипники. Первые получили широкое распространение в наземных энергетических микротурбинах, определив финансовый успех фирмы Capstone, владеющей более, чем 90% рынка микротурбин мощностью до 300 кВт. Основное преимущество ГДП - высокая экономичность, т.к. они не требуют принудительной подачи воздуха в подшипник. Однако ГДП конструктивно сложны, требуют применения дорогих материалов, стойких к износу в условиях высоких температур. В бесконтактном режиме ГДП работают только после достижения частоты вращения вала 20-40% от номинальной, а до этого - как обычный подшипник скольжения, причем без смазки. Это приводит к резкому снижению ресурса при частых стартах и торможениях. Другой неустранимый недостаток - слабая устойчивость ГДП к перегрузкам, ударам и низкая несущая способность. Это существенно ограничивает возможность применения ГДП в мощных турбодетандерах, наземных энергетических машинах и делает невозможным их использование в конструкции маршевых силовых установок летательных аппаратов.

Электромагнитные подшипники (ЭМП) широко распространены в обогатительных центрифугах, однако, их применение сильно ограничено низкой жесткостью, высокой энергоемкостью, зависимостью от погодных факторов и крайне высокой стоимостью.

Основной идеей группы разработчиков ЦТТ "Кулон" является разработка конструкции гибридного газового подшипника, который будет сочетать в себе как распространенный в мире подход ГДП, так и не такой экономичный, но при этом надежный принцип газостатического подшипника, предполагающий принудительную подачу газа в зазор между ротором и поверхностью подшипника через специальные отверстия.

Отличительной особенностью разрабатываемой технологии от аналогичных исследований является наличие сегментов опоры, свободно поворачивающихся в пределах 20-30 мкм по выходному сечению. Важным достижением авторов является то, что найдены такая геометрия сегмента и место расположения оси его поворота, что сегмент является устойчивым по углу разворота во всем диапазоне рабочих частот вращения. За счет постепенного увеличения угла атаки сегмента по отношению к набегающему смазочному слою по мере увеличения частоты вращения вала, увеличивается доля подъемной силы, создающейся за счет эффекта Бернулли. Таким образом, гибридный ГСП при малых частотах вращения работает, как классический ГСП, за счет подачи воздуха в смазочный зазор под избыточным давлением, а по мере увеличения частоты вращения подача воздуха в зазор прекращается и вал удерживается в подвешенном состоянии исключительно аэродинамическими силами.

В настоящий момент результаты представлены потенциальным заказчикам в лице ОАО "Туполев" и НПО "Энергомаш".

Ключевые члены команды

  • Бесчастных Владимир Николаевич

    Бесчастных Владимир Николаевич

    Главный конструктор

    Подробнее