Борьба за скорость

Я видел такой опыт.

Ротор и корпус центрифуги — аппарата для очистки жидкостей — включили в электрическую цепь. Жидкость подводится в центрифугу по трубке и впрыскивается в ротор, похожий на шпиндель сверлильного станка. Когда ротор вращается, жидкость центробежной силой расплескивается по стенкам и облегает их тонким слоем. Осадок из примесей отлагается на стенках и удаляется, а очищенная жидкость проходит через ротор и выплескивается наружу. Так все время проходит жидкость через это «чистилище», вращающееся с бешеной скоростью — 20 тысяч оборотов в минуту. Есть центрифуги и на 150 тысяч оборотов.

Ротор в верхней части соединен передачей с электромотором, а нижней, «пятой», упирается в подпятник — чашечку, в которую он входит, как пестик в ступку. Между пятой и подпятником — крошечный зазор.

Нет вращения, и под собственной тяжестью ротор слегка провисает, упирается в подпятник, замыкает электрическую цепь. В цепи появляется ток.

Включили двигатель, ротор начал набирать обороты, и через несколько секунд прибор показал, что цепь разорвана. Тока нет!

Это значит — появился воздушный промежуток, воздушная «подушка» между пятой и подпятником, и ротор «всплыл» в воздухе, как пробка в воде.

Тончайший слой воздуха разделяет теперь трущиеся поверхности. На ярком свету можно даже увидеть эту прослойку из воздуха, но в том, что она существует, нас наглядно убеждает и стрелка гальванометра, упорно стоящая на нуле.

Выключен двигатель, и обороты падают. Тока все еще нет. Постепенно уменьшается толщина воздушного слоя. Все медленнее вращается ротор. 600 оборотов в минуту… 500… 400… И только тогда начинает рваться слой смазки. Пята касается подпятника. Стрелка уходит от нуля. Цепь снова замкнута. И наконец ротор останавливается.

Инженерам пришлось остановиться на числе оборотов 21 тысяча в минуту не потому, что не выдерживал подшипник. Не выдерживала ременная передача от мотора к ротору — перетирался ремень.

А подшипник с газовой смазкой может безотказно работать при сколь угодно большом числе оборотов.

— Валы на опорах с воздушной смазкой могут вращаться с неограниченной скоростью, — говорит советский ученый С. А. Шейнберг, который разработал теорию и конструкцию таких опор — подшипников с газовой смазкой.

Подшипники с воздушной смазкой появились в последние годы и за рубежом. Но конструкторы решали задачу их смазки сложным путем — применяя сжатый воздух. Воздух принуждали идти в подшипник под давлением. Значит, нужен источник питания сжатым воздухом, а это усложняет конструкцию. Значит, работа всей машины зависит от бесперебойной подачи сжатого воздуха.

Суперцентрифуга.

Иной путь, простой и оригинальный, нашел советский ученый. Не нужно подавать воздух в подшипник. Не нужен сжатый воздух, и отпадает все, что с ним связано, — усложнение машины, ненадежность работы.

Подшипник может сам питать себя воздушной смазкой.

Нет вращения, и вал — «шип» — лежит в подшипнике, касаясь его. В зазоре между ними воздух. Но зазор этот не сплошной, не кольцевой — пока шип лежит в подшипнике.

Вал начинает вращаться. Он захватывает воздух, увлекает его за собой, гонит в узкую часть зазора, туда, где вал касается подшипникового кольца.

Растут обороты, и все сильнее вгоняет вал «под себя» воздух. При 400–500 оборотах в минуту воздух уже настолько собрался с силами, настолько сильно давит там, что вал не выдерживает. Он приподнимается и продолжает вращаться, уже не касаясь подшипника. Упругая воздушная подушка не дает ему опуститься. Вал «всплывает» в воздухе.

Теперь вместо трения шипа о подшипник есть только трение воздуха о воздух, одного воздушного слоя по другому. А это трение ничтожно — ведь вязкость воздуха очень мала — в 100 раз меньше, чем, например, у керосина. Поэтому малы и потери на трение. Поэтому и мал нагрев — этот главный бич подшипника на больших скоростях. Всего на 1,5–2 градуса повышается температура при воздушной смазке.

И так как вал сам увлекает воздух в смазочный зазор, не нужно заботиться о питании подшипника смазкой. Появляется воздушная подушка — и дальше все идет само собою, «как по маслу».

Подшипник, который сам себя смазывает, — это самый простой из всех подшипников.

Кстати, есть и подшипники с масляной смазкой, которые сами себя смазывают.

Такие подшипники создала порошковая металлургия.

Спрессованный под давлением подшипник из железа и графита получается не сплошным, а пористым, подобно губке. Как губка впитывает воду, так и пористый подшипник впитывает своими микроскопическими порами масло. При работе оно постепенно выдавливается из этих крохотных «масленок» и смазывает подшипник.

Но долго работать без смазки пористый подшипник не может. Как выжатую губку, его нужно снова наполнить. И остается главное — масло, нагревание и все связанные с ними беды. Для очень больших скоростей пористый подшипник не годится.