УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И СМАЗКИ ПОДШИПНИКОВ Российский патент 1996 года по МПК F16C33/66 

Изобретение относится к узлам и деталям машин и может быть использовано в вспомогательных устройствах для центрифуг, предназначенных для охлаждения, нагрева или теплоизоляции.

Известно устройство для охлаждении подшипников качения маслом, содержащее неподвижно закрепленную форсунку, роликовый подшипник качения и установленное между форсункой и подшипником промежуточное кольцо с каналом, направленным на наружную поверхность внутреннего кольца роликового подшипника /1/.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для охлаждения и смазки подшипников, содержащее корпус, внутренний осевой и сообщающиеся с ним радиальные каналы, выполненные в валу с расположенными на нем шарикоподшипниками, а также насос охлаждающей и смазывающей среды, образующий с упомянутыми каналами магистраль для текучей среды /2/.

Недостатком известных устройств является необходимое обеспечение соответствующего входного напора масла к валу. Кроме того, наличие загрязнений и твердых инородных частиц в масле может привести к преждевременному выходу подшипников из строя.

Техническим результатом изобретения является повышение срока службы и надежности шарикоподшипников применительно к высокопроизводительному центробежному сепаратору сливкоотделителю с конической зубчатой передачей в приводном механизме, производительностью, например 20 м³/час.

Это обеспечивается тем, что устройство для охлаждения и смазки подшипников, содержащее корпус, внутренний осевой и сообщающиеся с ним радиальные каналы, выполненные в валу с расположенными на нем шарикоподшипниками, а также насос охлаждающей и смазывающей среды, образующий с упомянутыми каналами магистраль для текучей среды, снабжено гидравлическим фильтром с внутренней полостью, закрепленным на конце вала и установленным в магистрали между насосом и гидравлическим фильтром отбойным кольцом, с обращенной к насосу наружной скошенной поверхностью, а также форсуночными кольцами с форсуночными отверстиями, направленными к прилегающему подшипнику и сообщающимися с каналами вала, при этом конец вала размещен в упомянутой плоскости гидравлического фильтра, насос выполнен винтовым, а площадь проходного сечения форсуночного отверстия меньше площади проходного сечения радиальных и внутреннего осевого каналов вала. Кроме этого, гидравлический фильтр может быть снабжен фильтрующей металлической сеткой и стаканом с окнами и осевым отверстием, а отбойное кольцо может иметь с противоположной относительно наружной скошенной поверхности стороны с цилиндрической поверхностью и торцевым уступом, размещенными в упомянутом стакане фильтра с гарантированными торцевым и радиальными зазорами для исключения соприкасания отбойного кольца и стакана при вращении вала. Далее, расположенные вдоль вала форсуночные отверстия могут быть отклонены под острым углом в сторону осей соответствующих форсуночных колец. Далее, фильтр может быть снабжен крышкой, имеющей внутреннюю полость и тангенциально расположенный сливной канал, сообщающийся с этой полостью.

На фиг. 1 изображено устройство для охлаждения и смазки подшипников ротора центробежного сепаратора; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство для охлаждения и смазки подшипников ротора центробежного сепаратора содержит корпус 1, неподвижно закрепленный на корпусе 1 кронштейн 2 и вал 3 центробежного сепаратора, на котором закреплены все детали ротора. Вал 3 выполнен с глухим осевым каналом 4 и радиальными отверстиями 5, 6, 7 и 8. На валу смонтированы сферический 9, радиально-упорный 10 и радиальные 11, 12, 13 шарикоподшипники. Над указанными шарикоподшипниками на валу 3 установлены форсуночные кольца 14, 15, 16. Шарикоподшипники 10 и 11 установлены на шестеренчатом валике 17, который имеет радиальные отверстия 18. Всего 4 таких отверстия, равнорасположенных по окружности. С помощью этих отверстий канал 4 сообщается с шариковыми полостями шарикоподшипников 10 /для обеспечения смазки и охлаждения подшипника/.

Шестеренчатый валик 17 имеет конические эвольвентные зубья 19 ведомой конической шестерни зубчатой передачи. /Ведущая шестерня этой передачи на чертеже не показана/. Шестеренчатый валик 17 сцеплен с валом 3 с помощью эвольвентных шлицевых соединений 20 и 21 рессоры 22 с этими валами /3 и 17/. На шестеренчатом валике 17 установлено форсуночное кольцо 23, через которое осуществляется подвод охлаждающей и смазывающей жидкостей из осевого канала 4 вала 3 в шариковую полость шарикоподшипника 10. Для этого форсуночное кольцо 23 имеет радиально-осевые отверстия 24 и форсуночные отверстия 25 / фиг. 2/. Всего имеется по 4 равнорасположенных по окружности таких отверстия. Аналогичные отверстия 24 и 25 выполнены и на других форсуночных кольцах; т. е. 14, 15, 16 /фиг. 1/. Для того, чтобы обеспечивать эффективное охлаждение с и смазку подшипников площади проходного сечения отверстий 25 выбираются меньше площадей подводящих к ним радиально-осевых отверстий 24, 5, 6, 7, 8 не менее, чем в 4 раза. Следует отметить, что при необходимости обеспечить разные расходы охлаждающего масла через форсуночные кольца 14, 15, 16, 23 в них соответственно разными выбираются отверстия 25 /пo площади и по углу наклона отверстий к оси детали /.

При уменьшенных значениях площадей проходных сечений отверстий 24, 5, 6, 7, 8 требуется больший напор подаваемой охлаждающей смазки. Это, помимо прочего, может привести к повышению температуры охлаждающей жидкости и ее перегреву.

Как видно из фиг. 2 и фиг. 1, форсуночные отверстия 25 расположены вдоль вала 3 и отклонены под острым углом в сторону оси соответствующего форсуночного кольца 23. Таким же образом направлены оси форсуночных отверстий форсуночных колец 14, 15, 16.

Шарикоподшипник 10 /фиг. 1/ имеет внутреннее кольцо 26 /фиг. 2/ и наружное кольцо 27, шарики 28 и сепаратор 29 шарикоподшипника.

Устройство для охлаждения и смазки подшипников снабжено гидравлическим фильтром в виде стакана 30 с окнами 31 и осевым отверстием и охватывающего его фильтрующей металлической сетки 32, закрепленной с помощью пайки. Стакан 30 фильтра закреплен во внутренней полости крышки 33 с помощью винтов, установленной в корпусе 1 посредством болтов и имеющей тангенциально расположенный сливной канал 3, сообщающийся с полостью крышки. На крышке 33 установлен штуцер для удаления загрязненного осадка. В исходном положении устройства штуцер загружен или перекрыт клапаном /ни заглушки, ни соответствующего клапана на чертеже нет/.

Стакан 30 выполнен с усеченной конической поверхностью 35 и внутренней цилиндрической поверхностью 36, охватывающей цилиндрическую поверхность 37 маслоотбойного кольца 38 с торцевым уступом 39 и наружной скошенной поверхностью 40. Между поверхностями 36 и 37, а также торцевым уступом 39 и кромкой усеченной поверхности 35 малого диаметра имеются гарантированные зазоры, исключающие соприкасание маслоотбойного кольца 38 со стаканом 30 гидравлического фильтра при вращении вала 3. Отбойное кольцо 38 неподвижно закреплено на валу с упором в установленную над ним втулку 41, имеющую винтовые лопасти 42, которая совместно с цилиндрическим каналом 43 гильзы 44 образует винтовой масляной насос. Отбойное кольцо 38 расположено в гидравлическом тракте масла /направление течения масла показано стрелками/ между насосом /детали 42, 44/ и гидравлическим фильтром /детали 30,32, 33/. Гильза 44 имеет окна 45 для забора нacocoм масла из масляной ванны, образованной нижней частью корпуса 1.

В верхней части устройства шарикоподшипники 10, 11 установлены в стакане 46, а шарикоподшипники 12 и 13 соответственно во втулке 47 и гильзе 48, которая установлена в крышке 49. Между деталями 47, 48, 49 имеются радиальные зазоры а местах посадок, обеспечивающие возможность радиальных колебаний вала 1, а значит и ротора в районе подшипников 12 и 13 и корпуса этих подшипников, функции которого выполняет втулка 47 и гильза 48. Гильза 48 зажата между амортизаторами 50, а втулка 47 подпружинена пружинами 51. Пакет из стакана 46, гильзы 48, крышки 49 и амортизаторов 50 зажат с помощью болтов 52.

Работает устройство следующим образом. В начальном положении нижняя часть корпуса с расположенными в ней деталями залита охлаждающей смазкой. При запуске центробежного сепаратора благодаря передаче вращающего момента от привода на ведомую коническую шестерню /с зубьями 19/ шестеренчатого валика 17 и на рессору 22 приводится во вращение вал 3. На представленных чертежах /см. фиг. 2, 1, 3/ отсутствует приводной двигатель и ведущая коническая шестерня конической зубчатой передачи.

Совместно с вращением вала 3 вращается втулка 41 с винтовыми лопастями 42 винтового масляного насоса. Под гидравлическим напором этого насоса охлаждающее масло подается через фильтрующую сетку 32 и окна 31 во внутреннюю полость стакана 30 гидравлического фильтра, а затем по осевому каналу 4 вала 3 и радиальные отверстия в нем 5, 6, 7, 8 в форсуночные кольца 14, 15, 16, 23. Из указанных форсуночных колец масло поступает к шарикоподшипникам 9, 10, 12, 13, обеспечивая их смазку и охлаждение. Жидкое масло стекает вниз и снова поступает на вход в винтовой насос к винтовой лопасти 42, а затем к фильтрующей металлической сетке 32 фильтра. В устройстве важно обеспечить невозможность попадания инородных частиц вместе с охлаждающей смазкой к шарикоподшипникам. Для этого выполнено специальное гидродинамическое уплотнение вала 3 в стакане 30 фильтра. Суть его в том, что на валу 3 установлено отбойное кольцо 38, имеющее с одного края наружную скошенную поверхность 40, а с другого цилиндрическую поверхность 37, ограниченную торцевым уступом 39. Вращаясь вместе с валом 3, закрепленное на нем отбойное кольцо 38 обеспечивает отброс попадающих на нее твердых и тяжелых частиц к периферии, исключая их попадание в зазор между поверхностями 36 и 37, а также между поверхностью 39 и кромкой между поверхностями 35 и 36. Образованное таким образом гидравлическое уплотнение эффективно противодействует проникновению инородных частиц вместе с маслом во внутреннюю полость фильтра /а затем и в канал 4 вала 3 и к подшипникам/ через указанные выше зазоры между вращающимися и неподвижными частями устройства /поверхностями 36, 37, 35, 39/.

Установка винтового насоса /детали 41, 42, 44/ в магистрали маслоподачи перед фильтром /детали 30, 32, 33/ обеспечивается путем наличия фильтра на конце вала 3 и установкой между насосом и фильтром отбойного кольца 38 с соответствующей конструкцией /наружная скошенная поверхностью 40 и соответствующее гидродинамическое уплотнение этого кольца в стакане 30/. При этом угол конуса 35 выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемое уплотнение через зазоры между отбойным кольцом 38 и стаканом 30.

Оси форсуночных отверстий 25 /см. фиг.2/ вдоль вала отклонены под острым утлом к оси соответствующих форсуночных колец 14 15, 16, 23. Этот острый угол подбирается таким образом, чтобы обеспечивалось наиболее эффективное охлаждение шарикоподшипника за счет направления масла /с учетом действия центробежных сил/ в зазор между внутренним кольцом 27 /см. фиг. 2/ и сепаратором 29 шарикоподшипника.

На работающем устройстве амортизаторы 450 обеспечивают возможность радиальных колебаний вала и их гашения. При скоплении осадка в нижней части устройства для его удаления в крышке 33 имеется сливной канал 34 /в том числе и при работе центробежного сепаратора/ и расположенная на оси крышки 33 сливная пробка.

Реализация изобретения позволяет одновременно обеспечить повышение расхода масла через подшипник, очистить масло от инородных частиц, обеспечить качественное разбрызгивание масла перед подшипниками. Кроме этого, расположение конца вала внутри гидравлического фильтра и наличие отбойного кольца позволяет обеспечить малые габариты устройства. ЫЫЫ2

Использование: устройства для охлаждения подшипников, вспомогательных устройств для центрифуг, предназначенных для охлаждения, нагрева или теплоизоляции. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, вал с глухим осевым каналом, установленные на валу шарикоподшипники, форсуночные кольца, масляный насос с винтовыми лопастями, гидравлический фильтр с фильтрующей металлической сеткой. Конец вала вставлен во внутреннюю полость фильтра. Вал имеет жестко скрепленное с ним отбойное кольцо, установленное в магистрали между насосом и фильтром. Отбойное кольцо имеет наружную скошенную поверхность. Форсуночные кольца имеют струйные форсуночные отверстия. Эти отверстия сообщаются с глухим осевым каналом через радиальные форсуночные отверстия, площадь проходного сечения каждого из которых больше площади сечения форсуночного отверстия. Отбойное кольцо установлено с гарантированными торцевыми и радиальными зазорами в стакане фильтра. Струйные форсуночные отверстия отклонены под острым углом в сторону осей соответствующих форсуночных колец. В крышке фильтра имеется тангенциально расположенный сливной канал. Такое выполнение обеспечивает повышение эффективности охлаждения шарикоподшипников, срока службы и надежности в особенности применительно к сепараторам - сливкоотделителям высокой производительности с конической зубчатой передачей в приводном механизме. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для охлаждения и смазки подшипников, содержащее корпус, внутренний осевой и сообщающиеся с ним радиальные каналы, выполненные в валу с расположенными на нем шарикоподшипниками, а также насос охлаждающей и смазывающей сред, образующий с упомянутыми каналами магистраль для текучей среды, отличающееся тем, что оно снабжено гидравлическим фильтром с внутренней полостью, закрепленным на конце вала, и установленным в магистрали между насосом и гидравлическим фильтром отбойным кольцом с обращенной к насосу наружной скошенной поверхностью, а также форсуночными кольцами с форсуночными отверстиями, направленными к прилегающему подшипнику и сообщающимися с каналами вала, при этом конец вала размещен в упомянутой полости гидравлического фильтра, насос выполнен винтовым, а площадь проходного сечения форсуночного отверстия меньше площади проходного сечения радиальных и внутреннего осевого каналов вала. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидравлический фильтр снабжен фильтрующей металлической сеткой и стаканом с окнами и осевым отверстием, а отбойное кольцо выполнено с противоположной относительно наружной скошенной поверхности стороны цилиндрической поверхностью и торцевым уступом, размещенными в стакане фильтра с гарантированными торцевым и радиальным зазорами для исключения соприкасания отбойного кольца и стакана при вращении вала. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форсуночные отверстия отклонены под острым углом в сторону осей соответствующих форсуночных колец. 4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что фильтр снабжен крышкой с внутренней полостью и тангенциально расположенным сливным каналом, сообщающимся с полостью крышки.