Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Наряцу со строгим подбором смазки появляются дополнительные уплотнения, герметизирующие различные полости подшипников, что усложняет конструкцию ТНА. В случае применения комбинированной системы смазки подшипники при сборке покрывают слоем твердой смазки, а во время работы охлаждают прокачиваемым компонентом.
Применение самосмазывающихся подшипников связано с постановкой опор в газовые среды или в насосах, подающих жидкости с особыми свойствами, например суспензия. Твердые смазки (графит, фторопласт, дисульфат молибдена и разные комбинации на основе зтих трех материалов) обеспечивают работоспособность подшипника в широком интервале температур и давлений лри простой конструкции опоры. Однако технологический процесс нанесения твердых смазок сложен, невозможна их добавка во время работы агрегата и ухудшеи отвод тепла трения от опоры. Для подшипников, находящихся в протоке компоненты, при высокой угловой скорости (ш > 5000 1/с) отмечаются повышенные потери мощности иа трение и оголение из-за действия центробежных сил внутреннИх поверхиостей беговой дорожки, что приводит к кавитации.
В результате кавитации нарушается оплошность гидродинамической пленки и резко снижается работоспособность опоры. Избежать такой режим работы можно увеличением давления жидкости в полости подшипника, а лри большей осевой силе — смазкой масляным туманом, представляющим собой смесь, в которой мельчайшие частицы масла размером в несколько микрон находятся во взвешенном состоянии. Концентрация масла в смеси с воздухом легко регулируется и изменяется в пределах от 3 до 10 г/м~. Смазка масляным ,уманом снижает трение в опорах в 2...3 раза и повышает срок их службы.
Долговечность и ресурс работы ТНА можно увеличить, устанавливая , аа шариковых подшипника, объединенных в блок (см. рнс. 10.46). От„дьно подшипник или блок подшипников устанавливают во втулке, ,оиеющей сферическую внешнюю поверхность н соответствующую полость а корпусе насоса. Сферическое гнездо позволяет получить правильную установку подшипников при сборке и возможность некоторого смещения ари прогибах, возникающих на критической угловой скорости ротора. Для высокоресурсных ТНА с высокоскоростньгм ротором при большом количестве пусков и остановов целесообразно применять опоры скольжения (гидростатические илн гндродинамические) .
10.9. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОДШИПНИКИ Подшипники скольжения, применяемые в ТНА,в зависимости от процессов, обеспечивающих несущую способность опоры, подразделяются на гидродинамические и гицростатические (рис. 10.48) . Несущая способность гндростатических подшипников определяется а основном значением давления подводимой смазки (компонента) и прн изменении угловой скорости ротора практически постоянна. Они используются в широком диапазоне нагрузок, а угловая скорость ротора достигает высокого значения, ограничиваемого только подогревом жидкостного слоя. Гидростатические подшипники ввиду независимости их несущей способности от угловой скорости находят применение в качестве опор роторов ТНА различного назначения (рис. 10.48, а).
Жидкость или газ под давлением подаются через ряд отверстий (жиклеры) вкладыша 2 и далее в камеру длиной 2.к и вьпекают по зазорам перемычек между валом 1 и вкладышем 2 длиной 2, . Так как зазоры в верхней части подшипника 4-4 г т 4 о рис. 10А8. Подшипники сконьжнгня: е— — гидростатический; о — пшродинамнческий (жидкостного трения); 1 — напфа вала; 2 — вкладыш 253 больше, чем в нижней, то утечка газа или жидкости в верхней части таквп больше. Следовательно, создается перепад давлений жидкости илн газа в результате чего опора вала всплывает и вращается без касания с вкла. дышем.
Оптимальное значение зазора между валом и вкладышем состав. ляет 0,04...0,0б мм. При сборке зазоры выдерживаются с высокой топ постыл путем подбора вкладышей. Гидростатнческая опора отличаетса разнообразием конструктивных форм и рабочих параметров.
В подшиаць ках с газовой смазкой избыточное давление подачи достигает 0,5 МПа с жидкостной — существенно ниже. Зля работы опоры необходим источнпп рабочего тела с высоким давлением и расходом. В ТНА в качестве смь зывающей жидкости целесообразно применять компоненты топлива, имею. шие в ряде случаев незначительную вязкость, что обусловливает необхо.
димость проведения расчета опоры на несущую способность. Несущая способность гидродинамических подшипников (рис. 10.48,6) повышается по мере увеличения скорости ротора при достаточном коли. честве подводимой смазки. При невращаюшемся роторе несущая способ. ность опоры равна нулю. При повышенной угловой скорости ротора в результате интенсивного тепловыделения уменьшается вязкость компо. пента и позтому несущая способность опоры ограничивается не только минимально допустимой толщиной смазочного слоя, но и его допустимой рабочей температурой.
Таким образом, нормальная работа подшипников скольжения обеспечивается гарантированным зазором между валом и вкладышем с тем, чтобы при вращении ротора было только жидкостное трение. С образованием толщины смазывающего клина, соответствующего зазору 8 (см. рис. 10.48, б) центр вала при работе смещается по отношению к центру отверстия подшипника в сторону вращения. Размер этого зазора зависит от разности диаметров в опоре, угловой скорости ротора, вязкости смазываюшей среды и при минимальном значении всех параметров обеспечивает несущую способность опоры в режиме жидкостного трения без снижения до критических режимов трения без смазочного материала. Диаметральный зазор опоры (Π— Ы) для наиболее распространенных конструкций составляет 0,04...0,1 мм, для быстроходных опор (и > 10 м/с)— 0,15...0,2 мм.
Иногда для компенсации несоосности подшипники выполняют в плавающем варианте, и втулка устанавливается в корпусе с зазором. Это обеспечивает наличие несущего слоя рабочей жидкости во всех элементах опоры. Материал цапфы вала, как правило, выбирается большей твердости, чем для вкладыша. Повышение твердости опорной поверхности вала достигается термической или химико-термической обработкой (цементирование, азотнрование, цианирование). Существенного увеличения износостойкости можно добиться сульфидированием и силицированием, что одновременно уменьшает склонность к задирам и схватыванию.
Один из новых и перспективных методов — плазменное нанесение на поверхность износостойких покрытий. Этим методом можно наносить покрытия из самых разнообразных материалов. Анализ прочностных „,актеристик материалов показал, что с учетом стоимости н особенностей аро оизводства предпочтение следует отдавать окисной керамике на основе глинозема и псевдо авам типа ВСНТИ-35 Весь пр цесс включа следуюие операции:,предварительную обработку поверхности "основы" для б свечения прочного сцепления напыляемого материала, напыление мате„ала на "основу" и обработку покрытия после напыления.
Наряду с гидростатическими и гидродинамическими подшипниками, абогающими пРи наличии смазывающего слоЯ с высоким давлением инакости или газа, следует отметить подшипники из пористых материалов, обладающих высокими антифрикционными качествами. Они пзгоовляются методом спекання порошкового материала и при необходимости пропитываются смазкой. 10.10. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЪ| ОПОР ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И В ВАКУУМЕ Низкие температуры опор ТНА связаны с подачей криогенных жидкостей, применяемых в качестве компонентов топлива ЖРД. В первых образцах ТНА, обеспечивающих подачу жидкого кислорода, в качестве опор использовались подшипники скольжения, надежно работающие в условиях смазки жидким кислородом при окружных скоростях опорной поверхности вала до 30 м/с.
Повышение угловой скорости ротора ТНА, мощности трения в опоре н резкое снижение при зтом ее несущей способности привело к необходимости применения опор качения для ротора криогенного насоса. Подача криогенных компонентов в опору должна быль равномерной, без тупиковых и застойных зон, так как образование паровых пробок приводит к местному нарушению теплоотвода от подшипника, перегреву его отдельных участков и выходу из строя. В подшипник необходимо подводить компонент, который не использовался в качестве охладителя соседних полостей. Шариковый подшипник на валу криогенного насоса устанавливается по плотной посадке, а в корпусе — с зазором, который при захолаживанни полости подшипника уменьшается вследствие различных козффнциентов линейного расширения материалов корпуса и подшипника.
В кислородном насосе ЖРД РД-119 (см. рис. 10.12) нормальная работа подшипника 7 обеспечивается подачей жишсого кислорода из полости высокого давления с расходом регламентируемого жиклером 5 линии пере- пУска. Сам подшипник 7 по наружному и внутреннему кольцам в осевом направлении зафиксирован. Из полости подшипника 7 компонент через отверстия в центробежном колесе 10 поступает на вход в насос.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
