Смазкой для реактивных двигателей, которые поднимают в воздух самолеты и вертолеты в один прекрасный день может стать сам воздух. Ученые и инженеры кафедры ЭКАО Московского энергетического института разрабатывают безмасляные лепестковые газодинамические подшипники, которые имеют потенциал, чтобы снизить расход топлива двигателя и значительно сократить выбросы парниковых газов.
Турбодвигатели самолетов и вертолетов в настоящее время смазываются маслом. Но масло катастрофически теряет свои свойства при высоких рабочих температурах, при которых турбины работают наиболее эффективно. Кроме этого одно эмпирическое правило предполагает, что до четверти веса турбины составляют смазочные насосы, фильтры, маслопроводы.
Безмасляные подшипники, а точнее лепестковые газодинамические подшипники - ответ на тенденцию авиационной отрасли, чтобы увеличить удельную мощность авиационных турбин, делая их меньше, быстрее, горячее. В результате они используют меньше топлива, чтобы поднять большую нагрузку (пассажиров или более тяжелый груз). Снижение расхода топлива и устранение операции замены масла снижают затраты на обслуживание и приносят экологические выгоды.
"Мы можем избавиться от системы смазки и снизить вес двигателя, и в то же время уменьшить усилия, необходимые для технического обслуживания двигателя ", говорит к.т.н. Наталья Захарова, ведущий специалист по лепестковым подшипникам в России, сотрудник кафедры ЭКАО Московского Энергетического Института.
Лепестковые газодинамические подшипники были впервые предположены около 50 лет назад . Сейчас они находятся в регулярной и надежной эксплуатации в турбохолодильниках системы кондиционирования воздуха самолетов, в микротурбогенераторах, в центробежных высокоскоростных безмасляных компрессорах систем водоочистки. Но их конструкция, основанная на методе проб и ошибок, не достаточно надежна для полноразмерного двигателя. Новые материалы и конструкции подшипников должны обеспечить применение безмасляных лепестковых газодинамических подшипниках в авиационных турбинах уже через десятилетие.
"В принципе , вал плавает на пленке воздуха , аналогично шайбе в аэрохоккее", говорит к.т.н. Сергей Сигачев, руководитель работ по лепестковым газодинамическим подшипникам на кафедре ЭКАО Московского Энергетического Института. "Единственное отличие состоит в том, что нет никакой необходимости, чтобы накачивать воздух к самой опоре. Вращение вала обеспечивает свой собственный сжатый воздух".
Компании, которые изготавливают лепестковые газодинамические подшипники охраняют их конструкцию как коммерческую тайну, но их устройство относительно простое. Несущую поверхность подшипника образуют тонкие упругие металлические пластины. На поверхность пластин наносится антифрикционное покрытие с низким коэффициентом трения, которое "смазывает" подшипник при пуске, пока вал не может вращаться достаточно быстро, чтобы между ним и подшипником образовался воздушный клин. По мере увеличения частоты вращения ротора газовый слой полностью разделяет рабочие поверхности ротора и подшипника. Рост скорости сопровождается увеличением несущей способности подшипника.
Лепестковые газодинамические подшипники меняют форму в зависимости от условий, в которых они работают, чтобы создать оптимальную геометрию зазора.
Лепестковые газодинамические подшипники обладают уникальными стабилизирующими свойствами. Они не допускают возникновения вихревой неустойчивости ротора, работают при ограниченной разбалансировке. Применение этого вида опор позволяет существенно снизить число отказов высокоскоростных турбомашин. Прогнозируемые сроки службы турбомашин с лепестковыми газодинамическими подшипниками приближаются к 300 тысячам часам.
Создание надежных и долговечных лепестковых газодинамических подшипников на кафедре ЭКАО Московского Энергетического Института стало возможным в результате проведения комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по исследованию рабочих процессов в элементах лепестковых газодинамических подшипниках, совершенствованию технологии их изготовления, подбору износостойких материалов и покрытий.
По словам к.т.н. Михаила Румянцева, заведующего кафедрой ЭКАО Московского Энергетического Института тесты на работоспособность лепестковых подшипников способствуют лучшему научному пониманию, которое будет способствовать совершенствованию конструкции подшипников. "У нас есть уникальный опыт мирового уровня по разработке лепестковых газодинамических подшипников", говорит он.
Retro designs of foil bearings
Ретро конструкции лепестковых подшипников
В СССР разработка лепестковых газодинамических подшипников началась в 70-х годах в МВТУ им.Н.Э.Баумана (Пешти Ю.В.) и на заводе "Наука", г.Москва (Брагин А.Н., Захарова Н.Е.).
Турбореактивный двигатель будет вращаться на наших лепестковых газодинамических подшипниках!
Высокоскоростной паровой турбогенератор на лепестковых газодинамических подшипниках, разработанный на кафедре ЭКАО и ЭТ Московского Энергетического Института. Эфир ПЕРВОГО канала ТВ от 22 декабря 2015 года.
