Zrozumienie łożysk ślizgowych
Definicja: Czym jest łożysko ślizgowe?
A łożysko ślizgowe Łożysko ślizgowe (nazywane również łożyskiem ślizgowym, łożyskiem ślizgowym lub łożyskiem filmu cieczowego) to rodzaj łożyska, w którym obracający się wał jest podtrzymywany przez cienką warstwę smaru pod ciśnieniem, a nie przez elementy toczne. Obracający się wał (czop) jest oddzielony od nieruchomej powierzchni łożyska hydrodynamicznym filmem olejowym, który powstaje w wyniku obrotu wału, wciągając olej do zbieżnej szczeliny w kształcie klina. Ten pod ciśnieniem klin olejowy podtrzymuje obciążenie wału bez kontaktu metal-metal.
Łożyska ślizgowe są podstawą maszyn obrotowych o dużej prędkości i dużym obciążeniu, takich jak turbiny, generatory i duże sprężarki, ponieważ zapewniają doskonałą nośność, niskie tarcie przy dużych prędkościach i znaczną tłumienie co pomaga kontrolować wibracja i ustabilizować wirnik systemy.
Zasada działania: Smarowanie hydrodynamiczne
Jak powstaje film olejowy
Łożysko ślizgowe działa na zasadzie smarowania hydrodynamicznego:
- Pierwszy kontakt: W stanie spoczynku wał spoczywa na powierzchni nośnej pod wpływem grawitacji
- Rozpoczęcie rotacji: Gdy wał zaczyna się obracać, olej jest wciągany do szczeliny poprzez przyleganie
- Formacja klina: Konwergentna geometria między wałem a łożyskiem tworzy przestrzeń w kształcie klina
- Generowanie ciśnienia: Olej wciągany do zbieżnego klina generuje ciśnienie hydrodynamiczne
- Start: Siła nacisku przekracza ciężar wału, podnosząc go do pełnego filmu olejowego
- Stan stacjonarny: Wał pływa na filmie olejowym pod ciśnieniem bez kontaktu z metalem
Grubość filmu olejowego
- Typowa grubość: 10–100 mikrometrów (0,0004–0,004 cala)
- Bardzo cienkie, ale wystarczające, aby zapobiec kontaktowi
- Grubość zmienia się na obwodzie (minimalna w punkcie największego zbliżenia)
- Zależne od prędkości, obciążenia, lepkości oleju i luzu łożyska
Rodzaje łożysk ślizgowych
1. Gładki cylindryczny (pełny czop)
- Najprostsza konstrukcja: otwór cylindryczny z rowkiem doprowadzającym olej
- Kąt opasania 360°
- Dobra ładowność, ale może być podatny na niestabilność przy dużych prędkościach
- Powszechnie stosowane w silnikach, pompach i ogólnym sprzęcie przemysłowym
2. Łożyska częściowo łukowe
- Powierzchnia nośna pokrywa tylko część obwodu (120-180°)
- Mniejsza waga, mniejszy wymagany przepływ oleju
- Niższa sztywność niż w przypadku pełnego czopa
- Stosowany w aplikacjach o niewielkim obciążeniu
3. Łożyska płytkowe wahliwe
- Powierzchnia nośna podzielona na kilka niezależnych, obracających się płytek
- Każda podkładka tworzy własny klin hydrodynamiczny
- Z natury odporny na wirowanie/uderzenia oleju
- Standard branżowy dla turbosprężarek szybkoobrotowych
- Droższe, ale o lepszych parametrach dynamicznych
4. Zapora ciśnieniowa i łożyska offsetowe
- Zmodyfikowane łożyska cylindryczne o cechach geometrycznych zapewniających lepszą stabilność
- Rowki, tamy lub otwory przesunięte zwiększają efektywne tłumienie
- Kompromis pomiędzy prostą podkładką cylindryczną a podkładką pochylną
Charakterystyka dynamiczna
Sztywność
Sztywność łożyska ślizgowego jest złożona i zależna od prędkości:
- Niska prędkość: Niska sztywność, położenie wału zmienia się znacząco pod wpływem obciążenia
- Wysoka prędkość: Większa sztywność dzięki bardziej rozwiniętemu ciśnieniu hydrodynamicznemu
- Zmiana kierunkowa: Sztywność różna w kierunku poziomym i pionowym
- Sztywność sprzężona krzyżowo: Odchylenie w jednym kierunku powoduje siłę działającą prostopadle
Tłumienie
Łożyska ślizgowe zapewniają znaczne tłumienie:
- Energia rozpraszana poprzez lepkie ścinanie filmu olejowego
- Tłumienie zwiększa się wraz z prędkością i lepkością oleju
- Krytyczne dla ograniczenia drgań przy prędkości krytyczne
- Niezbędne do zapobiegania niestabilność wirnika
Zależność od prędkości
Wszystkie właściwości łożysk ślizgowych zmieniają się wraz ze zmianą prędkości obrotowej:
- Sztywność wzrasta wraz z prędkością
- Tłumienie wzrasta wraz z prędkością
- Częstotliwości naturalne wzrastać z prędkością
- Prędkości krytyczne przesuń w górę, gdy prędkość wzrasta
Zalety łożysk ślizgowych
- Wysoka ładowność: Może obsługiwać bardzo ciężkie wirniki
- Możliwość osiągnięcia dużej prędkości: Nadaje się do prędkości powyżej 50 000 obr./min.
- Niskie tarcie przy dużej prędkości: Po utworzeniu filmu hydrodynamicznego współczynnik tarcia jest bardzo niski (0,001-0,003)
- Doskonałe tłumienie: Kontroluje wibracje przy prędkościach krytycznych
- Cicha praca: Brak hałasu elementów tocznych
- Odporność na wstrząsy: Film olejowy pochłania obciążenia przejściowe
- Długie życie: Brak kontaktu z metalem oznacza minimalne zużycie (możliwość eksploatacji przez dziesiątki lat)
- Prosty projekt: Podstawowe typy są proste i ekonomiczne
Wady i wyzwania
- Wysokie tarcie początkowe: Brak filmu olejowego w stanie spoczynku, wymaga momentu oderwania
- Wymagany układ smarowania: Należy zapewnić ciągłe dostarczanie czystego, chłodzonego oleju
- Ryzyko wirowania/uderzenia oleju: Łożyska ślizgowe walcowe podatne na niestabilność
- Wolniejsza reakcja: Film olejowy zwiększa podatność i jest mniej sztywny niż łożyska toczne przy niskich prędkościach
- Czułość temperaturowa: Wydajność zmienia się wraz ze zmianą temperatury oleju (wpływa na lepkość)
- Wrażliwość na zanieczyszczenia: Cząsteczki mogą uszkodzić powierzchnię łożyska lub zablokować kanały olejowe
- Pozycjonowanie osiowe: Nie zapewnia żadnego wewnętrznego ograniczenia osiowego (wymaga osobnego łożyska oporowego)
Aplikacje
Łożyska ślizgowe są standardem w:
- Turbiny parowe i gazowe: Jednostki generujące energię o mocy wielu megawatów
- Duże generatory: Generatory synchroniczne w elektrowniach
- Sprężarki odśrodkowe: Wysokoobrotowe sprężarki przemysłowe o dużym obciążeniu
- Duże silniki elektryczne: Silniki o mocy > 500 KM często wykorzystują łożyska ślizgowe
- Napęd morski: Łożyska wału śruby okrętowej
- Maszyny papiernicze: Duże łożyska toczne
- Silniki spalinowe: Główne łożyska wału korbowego i korbowodowe
Związek z dynamiką wirnika
Łożyska ślizgowe mają decydujący wpływ na zachowanie dynamiczne wirnika:
- Określanie prędkości krytycznej: Sztywność i tłumienie łożysk bezpośrednio wpływają na krytyczne położenia i amplitudy prędkości
- Stabilność: Typ i konstrukcja łożyska decydują o podatności na wir olejowy oraz bicz wałowy
- Diagramy Campbella: Pokaż, jak częstotliwości drgań własnych zmieniają się wraz z prędkością ze względu na zmiany sztywności łożyska
- Równoważenie: Charakterystyka łożyska wpływa współczynniki wpływu i reakcja równowagi
Łożyska ślizgowe reprezentują zaawansowaną, dojrzałą technologię, niezbędną w wysokowydajnych maszynach obrotowych. Ich unikalne połączenie nośności, prędkości obrotowej i tłumienia sprawia, że są niezastąpione w krytycznych zastosowaniach, pomimo złożoności wymagań smarowania i dynamiki.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 