Упорный подшипник скольжения Российский патент 2018 года по МПК F16C17/06 F01D25/16 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, преимущественно к насосостроению, и предназначено для использования в качестве самоустанавливающегося упорного подшипника ротора динамических насосов, работающих при высокой частоте вращения (n=1500…3000 об/мин) и высокой удельной нагрузке (q ≥ 20 кгс/см²) переменного направления.

Известны упорные подшипники скольжения с самоустанавливающимися сегментами (аналоги), содержащие выравнивающие устройства опор сегментов, распределяющие равномерно нагрузку в виде цилиндрических и сферических шарниров или с автоматическим выравниванием нагрузки (см. книгу В.А. Вознесенский, В.И. Дьяков «Расчет и проектирование опор скольжения», Москва, «Машиностроение», 1980 г., стр. 153…157).

Основным недостатком этих упорных подшипников является трудность достижения распределения усилия на сегменты и сложность изготовления самих выравнивающих высокоточных устройств, из-за чего большее распространение, например, в насосостроении получили выравнивающие устройства в виде упруго-деформируемых опорных пластин.

Так в упорном подшипнике скольжения (патент RU 2459984 С1 Опуб. 27.08.2012, ЗАО «Уральский турбинный завод, автор Г.М. Марченко) поставленная задача достигается тем, что упорный подшипник скольжения ротора турбины мощностью более 25МВт, работающий с удельной нагрузкой q ≥ 20 кгс/см² и с высокой частотой вращения (n ≥ 3000 об/мин), включает самоустанавливающиеся сегменты, каждый из которых имеет осевой упор, обойму с каналами подвода масла и радиальными упорами для сегментов, основание, пружины и установочную прокладку, причем пружины выполнены в виде плоского многогранника, установлены под каждым сегментом индивидуально, симметрично относительно упора сегмента и с монтажным зазором в обойме. Такая конструкция обеспечивает самоустановку сегмента в направлении вращения упорного диска ротора, но если при вращении ротора имеет место прецессия, то пружина в виде плоского многогранника не будет отслеживать изменение зазора между упорным диском и сегментом.

Задачей заявляемого изобретения является выполнение опоры сегмента таким образом, чтобы несущая способность гидродинамического клина между сегментом и упорным диском обеспечивалась на всех режимах работы насоса, в том числе и при появлении прецессии ротора.

Предлагается упорный подшипник скольжения, который может быть применен как в горизонтальных, так и вертикальных исполнениях насосов, который включает установленные в корпусе с обеих сторон упорного диска ротора насоса опорные обоймы с самоустанавливающимися сегментами, изготовленными с антифрикционным покрытием или изготовленными из антифрикционного материала, каждый из сегментов имеет осевой упор, опирающийся на подвижный вкладыш с сопряженной сферической поверхностью, который в свою очередь опирается на пружину, установленную в основании обоймы. Сегменты установлены в сепаратор с упорами для сегментов в направлении вращения упорного диска ротора. Сепаратор монтируется на основании. Пружины тарельчатые (волновые, плоские ступенчатые), установленные в основании обоймы, передают через подвижные вкладыши усилие от их сжатия по оси центра давления сегмента, изменяющего свое положение при вращении ротора, обеспечивая создание несущего гидродинамического масляного клина между сегментами подшипника и упорным диском ротора. Смазка подшипника циркуляционная, с полным заполнением маслом полости корпуса подшипника, обеспечивается внешним маслонасосом.

Технический результат: создание двухстороннего упорного подшипника, в котором тарельчатые (волновые, плоские ступенчатые) пружины обеспечивают самоустановку сегментов подшипника относительно поверхности упорного диска ротора, обеспечивая при вращении ротора формирование устойчивого масляного гидродинамического клина и выполнение подшипником его функций при работе агрегата на различных режимах вращения ротора с минимальным износом контактных поверхностей сегментов.

При осуществлении предлагаемого изобретения могут быть получены следующие результаты:

- поджатие каждого сегмента к упорному диску всей поверхностью независимо от вида вращения упорного диска ротора, включая прецессию, снижает износ контактных поверхностей;

- в контактной паре «вкладыш - сферический упор» за счет увеличенной площади снижены контактные напряжения, а, следовательно, и износ.

На фиг. 1 изображен общий вид упорного подшипника скольжения; на фиг. 2 - обойма упорного подшипника с установленными в ней сегментами, вид на сегмент и его опорные элементы по сечению А-А и сечению Б-Б.

Упорный подшипник скольжения содержит корпус 1, гребень 2, опорные обоймы 3 и 4, основания 5, сепараторы 6, пружины 8, подвижные вкладыши 9, сегменты 10 с антифрикционным покрытием (или из антифрикционного материала), имеющие сферический упор 12, опорной крышки 13 и регулировочных колец 14 и 15.

Гребень 2 крепится на валу насоса. Основание 5 опорной обоймы 3 установлено и закреплено в корпусе 1, а основание 5 опорной обоймы 4 зафиксировано от вращения в корпусе 1 и поджимается крышкой 13. На основания 5 установлены сепараторы 6. Сепараторы 6 крепятся к основаниям 5 винтами 7 (Фиг. 1). В цилиндрические выточки в основаниях 5 помещаются индивидуальные тарельчатые (волновые, плоские ступенчатые) пружины 8, в отверстия в сепараторах 6, совмещенные с выточками в основании 5, устанавливаются с опорой на пружины 8 подвижные вкладыши 9 со сферическими впадинами, на которые опираются сферическими упорами 12, образуя шарнир, сегменты 10. Через вкладыши 9 усилие пружин передается на сегменты 10 (Фиг. 2).

Осевое усилие, действующее на ротор, через упорный диск 2, сегменты 10, вкладыши 9, пружины 8 в одном направлении передается на корпус 1, а при обратном действии - на крышку 13. Нужное усилие сжатия пружин обеспечивается за счет дообработки регулировочных колец 14 и 15. При сборке обоймы для удержания сегментов от выпадения могут быть использованы резьбовые отверстия 16 в сферических упорах 12 сегментов 10 и технологические винты, которые должны быть удалены при установке в корпус подшипника.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подшипниковых узлах насосов, турбин, компрессоров. Упорный подшипник скольжения ротора насоса включает установленные в корпусе с обеих сторон упорного диска ротора насоса опорные обоймы, состоящие из основания, сепаратора, ограничивающего перемещение сегментов в тангенциальном направлении, установленных в него сегментов, имеющих осевой упор, пружин, индивидуально поджимающих каждый сегмент к упорному диску индивидуальной пружиной через подвижное сферическое шарнирное соединение с возможностью передачи усилия в центр давления гидродинамического клина при любом характере вращения упорного диска ротора, включая прецессию. Технический результат: формирование устойчивого масляного гидродинамического клина и снижении контактных напряжений в паре «вкладыш - сферический упор» за счет увеличенной площади контакта, и следовательно, и повышение ресурса подшипника. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Упорный подшипник скольжения ротора насоса, включающий установленные в корпусе с обеих сторон упорного диска ротора насоса опорные обоймы, состоящие из основания, сепаратора, ограничивающего перемещение сегментов в тангенциальном направлении, установленных в него сегментов, имеющих осевой упор, пружин, индивидуально поджимающих каждый сегмент, отличающийся тем, что каждый сегмент поджимается к упорному диску индивидуальной пружиной через подвижное сферическое шарнирное соединение с возможностью передачи усилия в центр давления гидродинамического клина при любом характере вращения упорного диска ротора, включая прецессию.

2. Упорный подшипник скольжения по п. 1, отличающийся тем, что усилие поджатия сегментов к упорному диску ротора обеспечивается тарельчатыми, волновыми или плоскими ступенчатыми пружинами.

3. Упорный подшипник скольжения по п. 1, отличающийся тем, что сегменты могу быть изготовлены из антифрикционного материала, или с накладками из антифрикционного материала.