Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 55
Текст из файла (страница 55)
В результате кавитации нарушается оплошность гидродинамической пленки и резко снижается работоспособность опоры. Избежать такой режим работы можно увеличением давления жидкости в полости подшипника, а при 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 регулируе~ся и изменяется в пределах от 3 до 10 г/мз. Смазка масляным туманом снижает трение в опорах в 2...3 раза и повышает срок их службы, Долговечность и ресурс работы ТНА можно увеличить, устанавливая два шариковых пошлнпника, объединенных в блок (см. рис. 10.4б). Отдельно подшипник или блок подшипников устанавливают во втулке, имеющей сферическую внешнюю поверхность и соответствуюшую полость в корпусе насоса. Сферическое гнездо позволяет получить правилызую установку подшипников при сборке и возможность некоторого смещения прн прогибах, возникающих на критической угловой скорости ротора.
Для высокоресурсных ТНА с высокоскоростным ротором прн боль шом количестве пусков и остановов целесообразно применять опоры скольжения (гидростатические нлн пщродинамические) . 10.9. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ И ГИДРОДИНАМИЧВСКИВ ПОДШИП101КИ Подшипники скольжения, прнменяемь!е в ТНА,в зависимости от процессов, обеспечивающих несушую способность опоры, подразделяются на гидродинамнческне и гидростатическне (рис.
10.48) . Несущая способность гидростатнческих подшипников определяется в основном значением давления подводимой смазки (компонента) н при изменении угловой скорости ротора практически постоянна. Они используются в широком циапазоне нагрузок, а угловая скорость ротора достигает высокого значения, ограничиваемого только подогревом жидкостного слоя. Гицростатические подшипники ввщту независимости их несущей способности от угловой скорости находят применение в качестве опор роторов ТНА различного назначения (рис. 10.48, а) .
Жидкость илн газ под давлением подаются через ряц отверстий (жиклеры) вкладыша 2 и далее в камеру длиной 1, и вьпекают по зазорам перемычек межцу валом 1 и 'К вкладышем 2 длиной 1.„. Так как зазоры в верхней части подшипника А А-А 2) г 1 г 1 а ж е Рне. !0.48. Подшнпннкн скольжения: а — гндростетнческнй; б — гццродннемнческнй (жндкоетнеге трения); ! — цапфе вала; 2 - вкладыш 253 больше, чем в нижней, то утечка газа или жидкости в верхней части также больше.
Следовательно, создается перепад давлений жидкости или газа, в результате чего опора вала всплывает и вращается без касания с вкладышем. Оптимальное значение зазора между валом и вкл ляет 0,04...0,06 мм. П и вкладышем составмм. ри сборке зазоры выдерживаются с высокой точностью путем по бо а в л д р к адышей. Гидростатическая опора отличается разнообразием конструктивных форм и рабочих параметров. В подшипниках с газовой смазкой избыточное давление подачи достигает 0,5 МПа, с жидкостной — существенно ниже. Для работы опоры необходим источник рабочего тела с высоким давлением и расходом. В ТНА в качестве смазывающей жи ости дк целесообразно применять компоненты топлива„имеющие в ряде случаев незначительную вязкость, что обусловливает необходимость проведения расчета опоры на несущую способность.
Несущая способность гидродинамических подшипников (рис. 10,48, б) повышается по ме е вел р у ичения скорости ротора при достаточном количестве подводимой смазки. При невращающемся роторе несущая способность опо ы явна и л Р Р у ю. При повышенной угловой скорости ротора в результате интенсивного тепловыделения уменьшается вязкость компонента и поэтом н у есушая 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 ж жидкостное зазо 6 см, ис.
р, о разованием толщины смазывающего клина, соответствующе вучошего зазору (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 смазывающей 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 1Р— т1) для наиболее распространенных конструкций составляет 0,04...0,1 мм, для быстроходных опор (и > 10 м/с)— 0,15..0,2 мм. Иног я гда 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. Повьппение твердости опорной поверхности вала достигается термической или химико-термической обработкой 1'цементироваиие, азотирование, цианирование). Существенного увеличения износостойкости можно добиться сульфидированием и силицированием, что одновременно уменьшает склонность к задирам и схватыванию, Один из новь ~х и перспективных методов — плазменное нанесение па поверхность износостойких покрьпий.
Этим методом можно наносить покрытия из самых разнообразных материалов. Анализ прочностных 254 характеристик материалов показал, что с учетом стоимости и особенностей производства предпочтение следует отдавать окисной керамике на основе глинозема и псевдосллавам типа ВСНТИ-35. Весь процесс включает следующие операции;, предварительную обработку поверхности "основы" для обеспечения прочного сцепления напыляемого материала, напыление материала на "осяову" и обработку покрытия после напыления. Наряду с гидростатическими и гицродинамическими подшипниками, работающими при наличии смаэывающего слоя с высоким давлением жидкости или газа, следует отметить подшипники из пористых материалов, обладающих высокими антифрикционными качествами.
Они изготовляются методом спекания порошкового материала и при необходимости пропитываются смазкой. 10.10. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ 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 и резкое снижение при этом 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 захолаживании полости подшипника уменьшается вследствие различных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и подшипника, В кислородном насосе ЖРД РД-119 (см. рис. 10.12) нормальная работа подшипника 7 обеспечивается подачей жидкого 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. Второй подшипник 17 фиксируется на валу в осевом направлении только по внутреннему кольцу, а наружное имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса.
255 р Видя 1 7 4 5 5 7 1 256 Для лучшего охлаждения подшипников широко применяются различные подкачиваюшие насосы, например выполняемые на валу около поцшипника в виде винтовой нарезки. Применяемые в ТНА конструкционные материалы при взаимоцействии с криогенной жидкостью должны сохранять вязкостные свойства. Подшипники криогенных насосов, как правило, изготавливаются из вязких сортов легированной коррозионноютойкой стали, так как снижение вязкости материалов поцшипника и опоры может привести к хрупкому излому деталей даже при малой нагрузке, что нецопустимо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
