Рациональный выбор давления подвода смазки, расположения и диаметра питателя гидростатодинамического подпятника … Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 76 Хлопенко Н.Я., Сорокина Т.Н. Национальный университет кораблестроения имени адм. Макарова, г. Николаев, Украина E-mail: tan-sorokina@yandex.ru РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР ДАВЛЕНИЯ ПОДВОДА СМАЗКИ, РАСПОЛОЖЕНИЯ И ДИАМЕТРА ПИТАТЕЛЯ ГИДРОСТАТОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДПЯТНИКА С КАРМАНАМИ РЭЛЕЯ УДК 621.822 Проведены теоретические исследования рационального выбора давления подвода смазки, диаметра и рас- положения питателя в питающей канавке гидростатодинамического подпятника с карманами Рэлея при турбулент- ном режиме течения смазки. Ключевые слова: подпятник гидростатодинамический с карманами Рэлея, давление подвода смазки, диаметр питателя, канавка питающая, выбор параметров. Введение При конструировании гидростатодинамического подпятника с карманами Рэлея возникает необ- ходимость выбора давления подвода смазки к каждому ступенчатому сегменту, диаметра и расположе- ния питателя в каждой питающей канавке. Эти параметры, как показывают исследования, проведенные нами в работах [1, 2], оказывают существенное влияние на статические характеристики подпятника. По- этому представляется актуальным определение рациональных значений указанных параметров. Целью данной работы является определение рациональных значений давления подвода смазки к каждому сегменту, диаметра и расположения питателя в питающей канавке гидростатодинамического подпятника с карманами Рэлея. Для определения рациональных значений указанных параметров использовался численный алго- ритм решения термогидродинамических уравнений турбулентного режима течения смазки [1]. В этом алгоритме был исключен баланс расходов смазки в каждом узле конечно-разностной сетки, так как учет этого фактора снижает точность расчетов статических характеристик подпятника. На конкретном примере при заданной нагрузке на подпятник и частоте вращения вала рассчиты- вались толщина несущего зазора между зеркальными поверхностями трения [2], максимальный перегрев масляной пленки, объемный расход масла через питатель и потери мощности на трение в зависимости от избыточного давления подвода смазки к каждому сегменту. По этим зависимостям, допускаемой темпе- ратуре и толщине несущего зазора, в несколько раз превышающей критическое значение [3], определя- лось рациональное значение этого давления. Найденное значение давления и допускаемая толщина не- сущего зазора использовались при вычислениях грузоподъемности, объемного расхода масла, потерь мощности на трение и температуры смазочного слоя каждого ступенчатого сегмента при различных зна- чениях отклонения центра отверстия питателя от его среднего положения в питающей канавке. Также проведен численный анализ этих характеристик при двух значениях диаметра питателя и различных зна- чениях толщины несущего зазора. Это позволило определить рациональное значение диаметра питателя и его местоположение в указанной канавке. Результаты расчета и их анализ В качестве примера использовался гидростатодинамический подпятник с карманами Рэлея с ис- ходными данными, приведенными в работе [2]. Cмазкой служило масло марки MIL-L-23699. Его допус- каемая температура составляет по данным работы [4] 180 ºС. Численные расчеты проводились с использованием конечно-разностной сетки секторного в пла- не сегмента размера 80 × 80. При таких размерах сетки относительная погрешность в определении дав- лений в ее узловых точках не превышала 0,01 %, а температур – 0,1 %. Критериями работоспособности подпятника служили допускаемая температура масла при заданной толщине смазочного слоя. При всех вычислениях статических характеристик подпятника (давлений, температур, толщин смазочного слоя, потерь мощности на трение и грузоподъемности) температура масла в питателе принималась равной 120 ºС. На рис. 1 приведены зависимости статических характеристик подпятника от давления подачи смазки вхP в смазочный слой при заданной грузоподъемности 1 кН и частоте вращения 20000 об/мин. Как и следовало ожидать, с увеличением давления подвода смазки толщина несущего зазора 0h ступен- чатого сегмента и объемный расход смазки Q растут, а максимальная температура масляного слоя T и потери мощности на трение трN падают. Так, при давлении подачи смазки 0,35 МПа величина смазоч- Рациональный выбор давления подвода смазки, расположения и диаметра питателя гидростатодинамического подпятника … Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 77 ного слоя равна 56 мкм, а температура смазки составляет 149,5 ºС. Это давление не вызывает проблемы в обеспечении прочности трубок питателя, а масляный слой жидкостного трения имеет достаточно большой запас по толщине несущего зазора. Рис. 1 – Влияние давления подвода смазки РВХ на статические характеристики отдельного сегмента подпятника при нагрузке 1 кН: h0 – толщина несущего зазора; T – максимальная температура масляного слоя; Nтр – потери мощности на трение; Q – объемный расход смазки На рис. 2 представлены зависимости грузоподъемности W , максимальной температуры масля- ного слоя T , объемного расхода смазки Q и потери мощности на трение трN ступенчатого сегмента подпятника от процентного отношения ε отклонения центра питателя от центра питающей канавки к длине этой канавки. Они получены на установившемся режиме работы подпятника при давлении подво- да смазки 0,35 МПа и той же частоте вращения пяты, что и в предыдущем случае. Видно, что отклоне- ние питателя от центра канавки оказывает слабое влияние на статические характеристики подпятника. Этот результат имеет принципиальное значение при определении местоположения питателя в канавке подпятника. Рис. 2 – Влияние отклонения ε центра питателя на статические характеристики отдельного сегмента подпятника при h0 = 56 мкм: W – грузоподъемность; T – максимальная температура масляного слоя; Nтр – потери мощности на трение; Q – объемный расход смазки На рис. 3 приведены графические зависимости, характеризующие изменение грузоподъемности W , максимальной температуры масляного слоя T , расхода смазки Q и потери мощности на трение трN от толщины смазочного слоя 0h при двух различных значениях диаметра проходного сечения пита- теля 3 мм (сплошная линия) и 10,8 мм (штриховая линия) и ширине питающей канавки 10,8мм. Их срав- нение показывает, что при диаметре питателя 10,8 мм наблюдается заметное снижение грузоподъемно- сти W , потерь мощности на трение трN и расхода смазки Q , а также незначительное повышение мак- симальной температуры масляного слоя T в диапазоне изменения 0h от 50 до 100 мкм. Поэтому реко- мендуется использовать диаметр проходного сечения питателя 3 мм. Рациональный выбор давления подвода смазки, расположения и диаметра питателя гидростатодинамического подпятника … Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 78 Рис. 3 – Зависимость статических характеристик отдельного сегмента подпятника от толщины смазочного слоя h0 при диаметрах питателя 3,0 мм (сплошная линия) и 10,8 мм (штриховая линия): W – грузоподъемность; T – максимальная температура масляного слоя; Nтр – потери мощности на трение; Q – объемный расход смазки Таким образом, проведенный анализ результатов расчета статических характеристик гидроста- тодинамического подпятника с карманами Рэлея позволил определить рациональные значения давления подвода смазки и диаметра проходного сечения питателя, а также его расположение в питательной канавке. Выводы 1. При конструировании гидростатодинамических подпятников с карманами Рэлея следует опре- делять рациональные значения давления подвода смазки, диаметра питателя и его расположение в пита- тельной канавке по допускаемым значениям толщины несущего зазора и температуры смазочного слоя. 2. При рационально выбранных значениях давления подвода и температуры смазки грузоподъ- емность подпятника возрастает с уменьшением диаметра питателя, а расход смазки и потери мощности на трение изменяются незначительно. Литература 1. Хлопенко, Н. Я. Разностные схемы и точность решения термогидродинамических уравнений смазки подпятника Рэлея [Текст] / Н. Я. Хлопенко, Т. Н. Сорокина // Проблеми трибології (Problems of Tribology). – 2015. – № 2. – С.101-105. 2. Хлопенко, Н. Я. Турбулентная неизотермическая смазка ступенчатого подпятника Рэлея [Текст] / Н. Я. Хлопенко, Т. Н. Сорокина // Проблеми трибології (Problems of Tribology). – 2013. – № 4. – С.40-45. 3. Stachowiak, G. W. (Gwidon W.) Engineering tribology [Текст] / Gwidon W. Stachowiak, Andrew W. Batchelor. – Elsevier Butterworth – Heinemann, 2013. – 4 rd ed. – 854 p. 4. Tribology Data Handbook : An Excellent Friction, Lubrication, and Wear Resource [Текст] / ed. by E. Richard Booser. – CRC Press LLC, 1997. – 1099 p. Поступила в редакцію 01.03.2016 Рациональный выбор давления подвода смазки, расположения и диаметра питателя гидростатодинамического подпятника … Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 1 79 Khlopenko N.Y., Sorokina T.N. Rational choice of oil supply pressure, feeder diameter and it’s arrangement for hybrid Reyleigh step bearing. The geometrical and operation conditions of the feeder are the main problem of the hydrostatodynamic (hybrid) bearing optimal characteristics selection. Supercharge pressure change at the step bearing lubrication supply is one of the most important operation characteristic. The feeder diameter change and it’s arrangement along the feeder groove mean much to geometrical characteristics. The main aim of the article is to determine the influence of the feeder along the feeder groove, feeder diameter and the supercharge pressure change on the static characteristics by the different rotor rotation of hybrid bearing. Our calculations gives the positive result, notably, the supercharge pressure change considerable improve the hy- brid bearing static characteristics. The feeder diameter change at the different operating clearances and it’s arrangement along feeder groove gives the possibility to determine its optimal characteristics and arrangement. As evident from researches the big feeder diameter brings the static characteristics degradation to the hybrid bearing. The optimization of the geometrical and regimes features was carried out at the turbulent regime including the lubrication temperature and viscosity parameters. As a result of calculations for feeder optimization there were determined the following evidences – lubrication tem- perature, which are not exceed the critical value for the present oil and provided acceptable step- bearing exploitation fea- tures. The results can become the basic part for the further hybrid bearing design. Key words: hybrid Reyleigh step bearing, oil supply pressure, feeder diameter, feeder groove, optimal parameters. References 1. Khlopenko, N. Ya. Raznostnye skhemy i tochnost resheniia termogidrodinamicheskikh uravnenii smazki podpiatnika Releia. N. Ya. Khlopenko, T. N. Sorokina. Problemy trybolohii (Problems of Tribology). 2015. №2. pp.101–106. 2. Khlopenko, N. Ya. Turbulentnaia neizotermicheskaia smazka stupenchatoho podpiatnika Releia. N. Ya. Khlopenko, T. N. Sorokina. Problemi tribologії (Problems of Tribology). 2013. №4. pp. 40–45. 3. Stachowiak G. W. (Gwidon W.) Engineering tribology. Gwidon W. Stachowiak, Andrew W. Batchelor. Elsevier Butterworth – Heinemann, 2013. 4 rd ed. 854 p. 4. Tribology Data Handbook : An Excellent Friction, Lubrication, and Wear Resource. ed. by E. Rich- ard Booser. CRC Press LLC, 1997. 1099 p.