УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК Российский патент 1995 года по МПК F04D29/04 F16C17/06 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к конструкциям упорных подшипников турбомашин и центробежных насосов, и может быть использовано на турбомеханизмах различных типов в качестве упорного подшипника или в качестве защитного упора для ротора, предохраняющего его от недопустимого осевого сдвига как в расчетных, так и в нерасчетных режимах.

Известны упорные подшипники, фиксирующие осевое положение вращающихся частей турбины относительно неподвижных [1].

Известен упорный подшипник турбомашины, содержащий пяту, корпус и установленные в корпусе контактирующие с пятой сегменты [2].

Общим недостатком упорных подшипников является большой износ соприкасающихся в рабочем режиме с валом турбины частей подшипника и, следовательно, их недолговечность.

Известен комбинированный шарико-гидростатический упорный подшипник, принятый за прототип, содержащий верхнюю обойму и нижнюю обойму, опирающуюся на подшипник качения и выполненную с камерой для рабочей жидкости, в котором нижняя обойма имеет камеры с подпружиненными поршнями, тормозящими или отпускающими нижнюю обойму после достижения определенного числа оборотов вала [3].

Недостатком этого подшипника является быстрый износ подпружиненных поршней и нижней обоймы при останове и пуске турбомеханизма во время включения и выключения поршней на вращающемся валу из-за "сухого" трения их о корпус. Кроме того, неравномерные температурные расширения деталей турбомеханизма вызывают задевания вращающейся обоймы за застопоренную поршнями неподвижную нижнюю обойму и, как следствие, вызывает аварию подшипника, снижая его надежность.

Целью изобретения является снижение износа трущихся деталей, повышение ресурса работы подшипника и повышение его надежности за счет исключения контактов трущихся деталей в выключенном состоянии.

Поставленная цель достигается тем, что выключающийся узел содержит невращающийся упор подшипника, выполненный подвижным в осевом направлении за счет размещения в установленном в выключающем узле подвижном стакане с закрепленными на нем корпусом подшипника и сильфоном, внутренняя полость которого соединена с импульсной линией, а с наружной стороны сильфон нагружен пружиной с установленным болтом и гайкой. Для повышения надежности работы подшипника невращающийся упор с нерабочей стороны нагружен пружиной, натяжение которой регулирует величину снимаемого осевого усилия.

В качестве упоров могут быть использованы упорные диски соответствующей конструкции, шариковые упорные подшипники, магнитные подшипники и др. Импульсная линия, управляющая осевым перемещением невращающегося упора, может быть взята по самым различным сигналам, в частности по осевому усилию ротора, по давлению в камере регулирующего колеса, в камере отбора, в камере думисса и т.д.

Заявляемый упорный подшипник отличается от прототипа тем, что его невращающийся упор выполнен подвижным в осевом направлении, для чего он помещен в выключающий узел, обеспечивающий отключение упорного подшипника на требуемом по условиям работы механизма режиме, а также тем, что невращающийся упор подшипника с нерабочей стороны подпружинен для предотвращения поломок.

На чертеже представлен продольный разрез упорного подшипника шарикового типа.

Упорный подшипник содержит корпус 1, свободно вращающийся шарик 2, расположенный между невращающимся упором 3, прижатым к корпусу 1 пружиной 4, и вращающимся упором 5, жестко закрепленным на валу 6 турбомеханизма.

Корпус 1 закреплен на подвижном стакане 7 выключающего узла, содержащего кроме того сильфон 8, установленный в стакане 7, пружину 9, соединенную с резьбовой нажимной втулкой 10, в центральном отверстии которой помещен установочный болт 11 с фиксирующей его положение гайкой 12. Все детали выключающего узла собраны в корпус 13, который вместе с неподвижным днищем сильфона 8 крепится к корпусу 14 турбомеханизма.

Внутренняя полость сильфона 8 соединена с импульсной линией 15 управления подшипником, например с напорной линией навешенного насоса 16. Подшипник обеспечивает пуск и останов ротора турбомеханизма.

Упорный подшипник работает следующим образом.

Перед пуском давление в импульсной линии 15 мало и пружиной 9 выключающего узла через стакан 7, корпус 1 невращающимся упором 3 шарик 2 прижат к вращающемуся упору 5 и воспринимает осевые усилия вала 6 турбомеханизма.

При пуске по мере возрастания частоты вращения вала 6 возрастает напор навешенного насоса 16. Усилие, создаваемое этим напором на подвижном днище сильфона 8, возрастает и, преодолевая натяжение пружины 9, через стакан 7 начинает перемещать корпус 1, отодвигая невращающийся упор 3 и упорный шарик 2 от вращающегося упора 5, выключая шариковый упорный подшипник. Одновременно с повышением напора навешенного насоса 16 включается в работу упорная пята турбомеханизма.

При останове турбомеханизма напор навешенного насоса 16 падает, пружина 9 преодолевает усилие на сильфоне 8 и перемещает стакан 7 вместе с невращающимся упором 3 к валу 6, упорный шарик 2 вступает в контакт с вращающимся упором 5 и упорный подшипник вступает в работу, удерживая необходимое положение ротора турбомеханизма до его полной остановки.

Невращающийся упор 3 прижат к корпусу 1 пружиной 4 и имеет возможность осевого перемещения под действием избыточного осевого усилия вала 6, возникающего в результате неравномерности температурных расширений деталей турбомеханизма при его пуске и останове.

Регулировка момента включения и выключения упорного подшипника производится при помощи резьбовой втулки 10, вращением которой изменяется начальное натяжение пружины 9 выключающего узла.

Установка первоначального зазора между вращающимся упором 5 и упорным шариком 2 производится путем изменения положения установочного болта 11 вращением гайки 12.

Таким образом, применение выключающего узла в предложенном упорном подшипнике позволяет снизить износ упоров за счет исключения их контактов в выключенном состоянии. Кроме того, пружина, установленная с нерабочей стороны невращающегося упора, предохраняет упоры от повреждения в случае появления недопустимой разницы температурных расширений деталей турбомеханизма во время пуска и останова, что повышает надежность работы предложенного упорного подшипника.

Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: упорный подшипник снабжен выключающим устройством, выполненным в виде корпуса, в котором с возможностью осевого перемещения установлены стакан с закрепленным на нем корпусом подшипника и сильфон, соединенный с импульсной линией. Стакан подпружинен пружиной, соединенной с нажимной втулкой, вращением которой изменяется начальное натяжение пружины. Установка первоначального значения зазора между валом турбомеханизма и упорным шариком производится изменением положения установочного болта при помощи гайки. С нерабочей стороны неподвижного упора установлена пружина, прижимающая его к корпусу подшипника. 1 ил.

УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК, содержащий корпус, вал с жестко закрепленным на нем упором и выключающее устройство, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы, выключающее устройство выполнено в виде цилиндрического корпуса с установленным внутри концентрично оси корпуса и подпружиненным относительно него с возможностью осевого перемещения стаканом, нажимной втулки с центральным отверстием, жестко закрепленной в корпусе, установочного болта, помещенного в центральном отверстии втулки, гайки, насаженной на болт и контактирующей с корпусом, сильфона, размещенного внутри стакана, одним концом закрепленного в стакане, а другим - в корпусе, причем внутренняя полость сильфона связана с источником высокого давления, корпус подшипника размещен на торце стакана и снабжен непосредственно контактирующим с упорным шариком упором, неподвижным относительно корпуса подшипника или подпружиненным относительно него с возможностью осевого перемещения.