Создание безмасляной трансмиссии нового типа
В настоящее время отрасль газотурбостроения стоит на пороге смены технологического уклада. Традиционные методы совершенствования подошли к своему теоретическому пределу, каждый процент увеличения КПД, снижения удельного расхода топлива дается все большей ценой. В то же время, на перспективу до 2030 г., ставится задача увеличения всех основных удельных параметров двигателей и летательных аппаратов на 20-30%, а по отдельным показателям — в разы. Этого можно добиться только применением принципиально новых компоновочных решений. Одним из них могут стать «сухие» безмасляные трансмиссии, основанные на использовании газовых подшипников. Такие подшипники позволяют увеличить частоту вращения вала, что уменьшает массу и габариты силовой установки. Снижается трение в трансмиссии до минимального уровня, что ведет к заметному увеличению КПД всего двигателя. Отказ от масла существенно упрощает конструкцию газовой турбины за счет отказа от масляной системы и ряда сопутствующих систем. Отсутствие маслосистемы существенно снижает пожароопасность конструкции машины в целом, улучшаются эксплуатационные характеристики, т.к. не нужно прогревать масло при запуске двигателя в условиях низких температур. Снижаются эксплуатационные расходы- нет расхода масла и сопутствующих расходных материалов. Отказ от масла важен и в других видах техники, например, в криогенных машинах и газоразделительных установках, где отсутствие загрязнения хладагентов и чистых газов масляными продуктами — один из самых важных факторов.
Специалистами ОКБ «Кулон» разрабатывается технология проектирования и производства «сухих» безмасляных трансмиссий для относительно тяжелых (до 300 кг) быстро вращающихся роторов. Технология основана на применении сегментных газостатодинамических (ГСДП) подшипниках, совмещающих достоинства ГДП (газодинамического) и ГСП (газостатического) подшипника, а также свободных от их недостатков.
Сегментный ГСДП имеет опорную поверхность, состоящую из нескольких сегментов. Сегменты могут свободно поворачиваться вокруг своей оси. При старте или полной остановке двигателя вал удерживается на весу за счет подачи газа в смазочный зазор между подшипником и поверхностью вала. Таким образом, сегментный ГСДП свободен от основного недостатка ГДП, работающего на частотах вращения, меньших номинальных, в режиме сухого трения, что крайне негативно сказывается на его ресурсе.
По мере раскрутки вала сегменты самопроизвольно, под действием аэродинамического момента, разворачиваются на заданный угол атаки (угол между аэродинамической поверхностью и вектором скорости набегающего потока газа). Это приводит к увеличению подъемной силы за счет эффекта Пуазейля (возникновение подъемной силы в результате действия внутренних сил трения в смазочном слое, другое название — эффект клина) . На номинальных режимах работы подачу внешнего воздуха можно отключить. Так преодолевается основной недостаток ГСП — потребность во внешнем источнике сжатого газа.
Разрабатываемая технология нацелена на рынок газотурбинных двигателей, авиационных вспомогательных силовых установок, индустриальных энергетических турбин, энергетических турбин для распределенной энергетики, компрессорного, криогенного и детандерного оборудования.
На данный момент, свою заинтересованность к разрабатываемой технологии выразили АО «Объединённая двигателестроительная корпорация», ПАО «Технодинамика», ООО НТЦ «Турбостроения», ОАО «Звезда Энергетики», ПАО «Концерн ВЕГА».