ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F04D29/04 

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано при создании опорных подшипниковых узлов для валов центробежных машин.

Совершенствование конструкций центробежных машин связано с обеспечением несущей способности и долговечности их опорных подшипниковых узлов при высоких окружных скоростях вращения опорных шеек валов.

С увеличением частоты вращения роторов традиционная схема опорных узлов с использованием подшипников качения непосредственно на валу не позволяет обеспечить приемлемую долговечность вращающихся элементов контактных пар и требуемый ресурс. Ухудшаются температурные условия работы, требующие обеспечения активного охлаждения и смазки шарикоподшипников, что не всегда экономично.

Известны опорные системы в виде роликовых блоков, объединенных единой рамной конструкцией стоек (рекламные проспекты балансировочных станков фирмы SCHENCK), на которые опирается вал ротора. Опоры функционируют очень непродолжительное время при стендовых испытаниях по балансировке роторов.

Известна опора (А.С. СССР N 310065, F 16 C 32/00, 1969 г.), содержащая корпус и диски, равномерно расположенные по окружности, взаимодействующие с валом, имеющие оси, параллельные его оси, и вращающиеся на подшипниках качения. Диски выполнены с цапфами, каждая из которых установлена на двух подшипниках качения, взаимодействующих своими наружными поверхностями с поверхностью этой цапфы, при этом опора снабжена плавающими кольцами, каждое из которых охватывает цапфы всех дисков, расположенные от последних по одну сторону.

Недостатком данной конструкции является ограниченный диапазон работоспособности. Это обусловлено тем, что конструкция не обеспечивает регулировки радиального зазора и, следовательно, износы контактных поверхностей трения, возникающие при эксплуатации узла, ничем не компенсируются, появляются люфты, что ведет к снижению несущей способности и жесткости опорного узла, появлению нерасчетных виброколебаний.

В техническом решении по заявке ЕПВ N 0361844, выбранном за прототип, предлагается компрессор в безмасляном (сухом) исполнении. Компрессор содержит корпус, внутри которого расположена газовая камера, изолированная с торцов с помощью сухих воздушных прокладок между статором и ротором от полостей двух опорных и упорного электромагнитных подшипников вала ротора.

При использовании данной конструкции возникает необходимость применения вспомогательных подшипниковых узлов с подшипниками качения, которые поддерживают ротор в случае отказа системы электромагнитного подвеса. Недостатком является невозможность регулировки радиального зазора во вспомогательном опорном узле, что приводит к износам поверхностей трения, возникающим при эксплуатации узла, и соответственно к снижению несущей способности и жесткости. Кроме того, при использовании данной конструкции невозможна автономная настройка и регулировка опорного узла.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение надежности, технологичности и экономичности центробежной машины в целом за счет обеспечения регулировки радиального зазора при обслуживании за период эксплуатации (компенсации износа контактных поверхностей) и обеспечения возможности автономной регулировки и настройки опорного узла на отдельном испытательном стенде, с последующей установкой в центробежную машину.

Технический результат достигается за счет того, что в опорном подшипниковом узле, содержащем цапфу вала, корпус и опорные подшипники, последние выполнены в виде контактирующих с цапфой дисков, установленных посредством подшипников качения на осях, опирающихся на корпус, при этом оси вращения подшипников качения параллельны оси цапфы вала, по меньшей мере ось одного из дисков установлена с возможностью радиального перемещения, например, за счет эксцентричного выполнения посадочных поверхностей под подшипники качения относительно посадочных поверхностей осей непосредственно в корпусе опоры. Цапфа вала снабжена коаксиальной втулкой, взаимодействующей с дисками.

При таком исполнении повышается технологичность изготовления всей центробежной машины, обеспечивается возможность регулировки опорного подшипникового узла, выполненного в виде отдельного модуля, обеспечивающего автономность его при испытаниях на отдельном стенде, при этом оси дисков при их угловом позиционировании обеспечивают регулировку зазора между опорными дисками и аксиальной втулкой. Втулка может быть предварительно отбалансирована как автономно так и, при необходимости, в составе ротора.

На фиг. 1 показан опорный подшипниковый узел центробежной машины (продольный разрез); на фиг.2 - вид по стрелкам А и Б на торцы центробежной машины; на фиг.3 показан подшипниковый узел с уплотнением вала ротора центробежной машины.

Опорный подшипниковый узел центробежной машины (см. фиг. 1) содержит корпус 1, снабженный торцевыми крышками 2 и 3, на каждой из которых установлены корпусы опорных узлов 4 и 5 со смонтированными на них дисками 6 (не менее трех), контактирующими с аксиальной втулкой 8, которая опирается по внутренней поверхности на опорную шейку вала ротора 9. Причем диски 6 снабжены устройством позиционирования, например в виде регулировочных осей 10, выполненных с эксцентриситетом посадочной поверхности под подшипники качения 7 и посадочной цилиндрической поверхностью осей 10 непосредственно в корпусе опорного узла.

На фиг. 1 ось подшипников 7 показана стрелкой "В", а ось поворота самой оси 10 относительно корпусов 4 и 5 обозначена стрелкой "Г". Эксцентриситет между этими осями обозначен буквой "С".

При вращении осей 10 вокруг оси "Г" в корпусах 4 и 5 диски 6 будут приближаться или удаляться от наружной поверхности втулки 8 на величину эксцентриситета "С", чем и достигается регулировка требуемых зазоров и точность центрирования дисков 6 относительно аксиальной втулки 8 и оси вала ротора 9.

Ведомый вал 9 приводится во вращение от ведущего вала посредством соосной муфты 11. При вращении ротора 9 диски 6 взаимодействуют посредством контакта с коаксиальной втулкой 8. Прочность и жесткость конструкции обеспечивают соприкосновение всех взаимосвязанных точек касания и надежное восприятие радиальных нагрузок вала ротора и его устойчивое положение в работе.

Диски 6 вращаются с меньшей скоростью вращения ротора во столько раз, во сколько диаметр диска больше диаметра коаксиальной втулки 8 на валу ротора.

Например, для нагнетателя природного газа мощностью 16 МВт при диаметре опорных шеек вала ротора 160 мм и диаметре центрирующих дисков опорного узла 480 мм при оборотах ротора 6000 об/мин, обороты дисков 6 составляют всего 2000 об/мин, что позволяет установить их, например, на радиально-упорных подшипниках качения с традиционной консистентной смазкой, позволяющей обходиться минимальным техобслуживанием, даже при весе ротора 1000 кг обеспечить требуемую долговечность колес (50000-100000 часов) и всего нагнетателя в целом.

Действие осевых нагрузок на ротор 9 может восприниматься традиционными средствами (на фигурах не показано).

Предлагаемая конструкция позволяет осуществить автономную доводку опорного узла на отдельном стенде, что способствует повышению надежности и экономичности центробежных машин, позволит полностью исключить необходимость доводки турбомашин в промышленных условиях для устранения воздействия сил, обусловленных специфичными условиями и местом эксплуатации.

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано при создании опорных подшипниковых узлов для валов центробежных машин в компрессорах, турбодетандерах, насосах, турбинах. Опорный подшипниковый узел содержит цапфу вала, корпус и установленные в контакте с упомянутой цапфой диски на подшипниках качения с осями вращения, параллельными оси цапфы вала, при этом по меньшей мере ось одного из дисков в корпусе установлена с возможностью радиального перемещения, например, за счет эксцентричного выполнения посадочных поверхностей под подшипники качения относительно посадочных поверхностей осей непосредственно в корпусе опоры. Цапфа вала снабжена коаксиальной втулкой, взаимодействующей с дисками. Использование изобретения позволяет осуществить автономную доводку опорного узла на отдельном стенде, что способствует повышению надежности и экономичности центробежных машин, позволяет полностью исключить необходимость доводки турбомашин в промышленных условиях для устранения воздействия сил, обусловленных специфичными условиями и местом эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Опорный подшипниковый узел, содержащий цапфу вала, корпус и опорные подшипники, отличающийся тем, что опорные подшипники выполнены в виде контактирующих с упомянутой цапфой дисков, установленных посредством подшипников качения на осях, опирающихся на корпус, при этом оси вращения подшипников качения параллельны оси цапфы вала, по меньшей мере ось одного из дисков установлена с возможностью радиального перемещения, например, за счет эксцентричного выполнения посадочных поверхностей под подшипники качения относительно посадочных поверхностей осей непосредственно в корпусе опоры. 2. Опорный подшипниковый узел по п.1, отличающийся тем, что цапфа вала снабжена коаксиальной втулкой, взаимодействующей с дисками.