Приводная коническая втулка для упорного подшипника Российский патент 2019 года по МПК F04D29/04 F04D29/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Данное изобретение относится, в целом, к области техники, связанной с насосными установками и, более конкретно, к устройству и способу для присоединения упорного диска к валу.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Горизонтальные насосные установки используются в различных отраслях промышленности с различными целями. Например, в нефтегазовой промышленности горизонтальные насосные установки используют для перекачивания текучих сред, таких как вода, отделенная от нефти, к удаленному на расстояние месту назначения, такому как резервуар или скважина для сброса промысловых сточных вод. Обычно горизонтальные насосные установки содержат насос, двигатель и всасывающий корпус, расположенный между насосом и двигателем. Между двигателем и всасывающим корпусом также расположена подшипниковая камера.

[003] Во время эксплуатации насос создает осевое усилие, передаваемое вдоль вала к подшипниковой камере. Подшипниковая камера противодействует осевому усилию, создаваемому насосом, и ограничивает осевое смещение вала. Подшипниковая камера содержит упорный диск, присоединенный к вращающемуся валу, и закрепленный осевой подшипник. Вращающийся упорный диск прижимается к осевому подшипнику, снимая нагрузку, обусловленную осевым усилием, создаваемым насосом.

[004] В известных конструкциях упорный диск присоединяют к валу для создания вращательного соединения, используя конструкцию шпонка и паз в сочетании со своего рода кольцом на валу, в виде осевого соединения. Несмотря на то, что конструкция шпонка-паз-кольцо получила широкое применение, использование этой конструкции может быть нежелательным вследствие того, что она допускает некоторую степень радиального перемещения между валом и упорным диском, а также возникновение дисбаланса. При повышенных скоростях вращения упорный диск может смещаться в радиальном направлении, что дополнительно ухудшает состояние дисбаланса. Это обстоятельство может привести к повышенному износу упорного диска и к возникновению избыточной вибрации вала, что в свою очередь может вызывать изнашивание соединительных компонентов, приводящее в результате к повреждению соединения. Следовательно, существует потребность в усовершенствованном устройстве для прикрепления упорного диска к валу.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[005] В предпочтительном варианте выполнения данное изобретение содержит упорный подшипник, выполненный с возможностью уменьшения осевого смещения вала. Упорный подшипник содержит закрепленный осевой подшипник, упорный диск, расположенный смежно с осевым подшипником, и приводную коническую втулку. Упорный диск содержит центральный проход. Приводная коническая втулка имеет внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом, и наружную поверхность, находящуюся в контакте с центральным проходом упорного диска. Приводная коническая втулка имеет сужающуюся наружную поверхность, воздействующую с зажимным усилием в радиальном направлении на упорный диск, когда приводная коническая втулка находится во взаимодействии с центральным проходом.

[006] В другом аспекте предпочтительные варианты выполнения содержат горизонтальную насосную установку, содержащую двигатель, насос, приводимый в действие двигателем, и подшипниковую камеру, присоединенную между двигателем и насосом. Подшипниковая камера предпочтительно содержит корпус, вал, проходящий через корпус, и упорный подшипник. Упорный подшипник содержит упорный диск, имеющий центральный проход, и приводную коническую втулку, имеющую внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом подшипниковой камеры, и наружную поверхность, находящуюся в контакте с центральным проходом.

[007] В еще одном аспекте предпочтительные варианты выполнения содержат подшипниковую камеру, используемую в горизонтальной насосной установке. Подшипниковая камера содержит корпус, вал, проходящий через корпус, и упорный подшипник, который содержит приводную коническую втулку, имеющую внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом подшипниковой камеры, и наружную поверхность. Упорный подшипник дополнительно содержит упорный диск, имеющий центральный проход, находящийся в контакте с наружной поверхностью указанной втулки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[008] Фиг. 1 изображает вид сбоку горизонтальной насосной установки, выполненной в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом выполнения.

[009] Фиг. 2 изображает вид в аксонометрии сбоку подшипниковой камеры горизонтальной насосной установки, показанной на фиг. 1.

[010] Фиг. 3 изображает продольный разрез подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.

[011] Фиг. 4 изображает частичный разрез упорного подшипника и вала подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.

[012] Фиг. 5 изображает покомпонентный вид упорного подшипника, вала и шариковых подшипников.

[013] Фиг. 6 изображает вид в аксонометрии приводной конической втулки упорного подшипника, показанного на фиг. 5.

[014] Фиг. 7 изображает разрез упорного диска упорного подшипника, показанного на фиг. 5.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[015] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения фиг. 1 изображает вид сбоку горизонтальной насосной установки 100. Установка 100 содержит двигатель 102, всасывающий корпус 104, насос 106 и подшипниковую камеру 108. Всасывающий корпус 104 присоединен между насосом 106 и подшипниковой камерой 108. Подшипниковая камера 108 присоединена между всасывающим корпусом 104 и двигателем 102. Как правило, двигатель 102 приводит в действие насос 106 с помощью последовательности валов (на фиг. 1 не показанных), проходящих через подшипниковую камеру 108 и всасывающий корпус 104. Перекачиваемые текучие среды направляются к всасывающему корпусу 104 и подвергаются сжатию с помощью насоса 106. В предпочтительном варианте выполнения насос 106 является центробежным. В особо предпочтительном варианте выполнения насос 106 является многоступенчатым центробежным насосом.

[016] Обратимся к фиг. 2, на котором показан вид в аксонометрии подшипниковой камеры 108. Камера 108 содержит первый корпус 110, второй корпус 112 и вал 114. Вал 114 подшипниковой камеры выполнен с возможностью передачи вращающего момента от двигателя 102 к короткому валу (не показанному), проходящему во всасывающий корпус 104. Первый и второй корпусы 110, 112 выполнены с возможностью совместного закрепления посредством крепежных элементов 116. Первый и второй корпусы 110, 112 вместе содержат внутренние компоненты подшипниковой камеры 108.

[017] Обратимся к фиг. 3, на котором показан разрез подшипниковой камеры 108. Камера 108 содержит упорный подшипник 118 и пару радиальных подшипников 120а, 120b. Радиальные подшипники 124а, 124b предпочтительно расположены на противоположных сторонах от упорного подшипника 118 и поддерживают в радиальном направлении вал 114 подшипниковой камеры. В особо предпочтительном варианте выполнения радиальные подшипники 120а, 120b являются шариковыми подшипниками, содержащими наружное кольцо с канавкой качения, закрепленное внутри либо первого корпуса 110, либо второго корпуса 112, и внутреннее кольцо с канавкой качения, прикрепленное к валу 114. Как отмечено на фиг. 3, вал 114 содержит заплечик 115, прилегающий к подшипнику 118.

[018] Как более отчетливо показано на фиг. 4 и 5, подшипник 118 содержит упорный диск 122, приводную коническую втулку 124, стопорную шайбу 126, стопорное кольцо 128 с внутренней резьбой и осевой подшипник 130. Осевой подшипник 130 предпочтительно содержит упорные колодки 132 и неподвижно закреплен во внутренней части первого корпуса 110. В полностью собранном состоянии упорный диск 122 размещен в непосредственной близости от упорных колодок 132, расположенных на осевом подшипнике 130. В предпочтительных в настоящее время вариантах выполнения подшипник 118 действует как гидродинамический подшипник, который в оптимальном случае содержит некоторое количество текучей среды, находящейся между осевым подшипником 130 и упорным диском 122. Гидродинамический подшипник обеспечивает устойчивую антифрикционную контактную поверхность между упорным диском 122 и осевым подшипником 130.

[019] В отличие от известных упорных подшипников упорный диск 122 в предпочтительных вариантах выполнения прикреплен к валу 114 подшипниковой камеры посредством приводной конической втулки 124. Как лучше всего изображено на фиг. 6, приводная втулка 124 имеет конусообразную основную часть 134, имеющую первый конец 136 и второй конец 138. Конусообразная основная часть 134 имеет внутреннюю поверхность 140 с по существу постоянным диаметром и наружную поверхность 142, сужающуюся по толщине от первого конца 136 ко второму концу 138. Приводная втулка 124 предпочтительно имеет выступ 144, проходящий в радиальном наружном направлении от наружной поверхности 142 смежно с первым концом 136. Втулка 124, как вариант, имеет канал 146, проходящий продольно через выступ и конусообразную основную часть 134 и обеспечивающий втулке 124 свободу для сжатия в диаметре по мере ее продвижения в упорный диск 122.

[020] Обратимся к фиг. 7, на котором показан вид в разрезе упорного диска 122. Упорный диск 122, в целом, является тороидальным и имеет центральный проход 150, выполненный с возможностью плотного прилегания к приводной втулке 124. В предпочтительных вариантах выполнения центральный проход 150 имеет ступенчатый профиль, образованный двумя или более различными внутренними диаметрами. В особенно предпочтительном варианте выполнения, изображенном на фиг. 7, проход в упорном диске 122 имеет первый участок 150а с первым диаметром 152а, второй участок 150b со вторым диаметром 152b и третий участок 150с с третьим диаметром 152с.

[021] Третий диаметр 152с меньше первого диаметра 152а, а первый диаметр 152а меньше второго диаметра 152b. Первый диаметр 152а номинально имеет ту же величину, что и диаметр наружной поверхности 142 первого конца 136 втулки 124. Третий диаметр 152с номинально имеет ту же величину, что и диаметр наружной поверхности 142 второго конца 138 втулки 124. Профиль центрального прохода 150 упорного диска 122 обеспечивает плотную посадку между втулкой 124 и упорным диском 122. Дополнительно, «рельеф», создаваемый вторым участком 150b прохода, обеспечивает контакт между упорным диском 122 и втулкой 124, сосредоточенный на первом и третьем участках 150а, 150с прохода. Направление контакта между втулкой 124 и упорным диском 122 к наружным краям уменьшает вероятность осевого дисбаланса или перекоса, который может возникнуть в противном случае.

[022] Обратимся теперь к фиг. 3-7, на которых показано, что во время сборки упорного подшипника 118 упорный диск размещают на валу 114 подшипниковой камеры. Затем на конце вала 114 размещают втулку 124. По мере приближения втулки 124 к упорному диску 122 и вхождения с ним в соединение конусообразная основная часть 134 втулки 124 воздействует с направленным в наружном направлении усилием на упорный диск 122 с обеспечением тем самым радиального центрирования упорного диска 122 на валу 114. Таким образом, втулка 124 обеспечивает по существу равномерное зажимное усилие для закрепления упорного диска 122 в соединении с валом 114 подшипниковой камеры. Втулка 124 также воздействует с осевым усилием на упорный диск 122, прижимая его к заплечику 115 вала. Этот контакт обеспечивает возможность передачи заплечиком 115 осевой нагрузки, создаваемой насосом 106, к упорному диску 122.

[023] Затем размещают стопорную шайбу 126 и стопорное кольцо 128 на конце вала 114 подшипниковой камеры. Стопорное кольцо 128 выполнено с возможностью навинчивания на участок вала 114 смежно с упорным диском 122. Стопорное кольцо 128 воздействует с осевым усилием на втулку 124, так что втулка 124 входит во внутреннюю часть упорного диска 122. Посадка на конус ограничивает длину контакта между приводной втулкой 124 и упорным диском 122. Стопорная шайба 126 препятствует отвинчиванию стопорного кольца 128 во время эксплуатации. После центрирования упорного диска 122 и его закрепления в требуемом положении на валу 114 подшипниковой камеры вал 114 и упорный диск 122 в собранном состоянии могут быть установлены во внутренней части первого корпуса для введения упорного диска 122 на место смежно с осевым подшипником 130. Затем во внутренней части камеры 108 могут быть установлены радиальные подшипники 120 и остальные компоненты.

[024] Таким образом, приводная коническая втулка 124 и сопрягающийся с ней упорный диск 122 обеспечивают надежную и облегченную конструкцию для центрирования и прикрепления упорного диска 122 к валу 114 подшипниковой камеры. Подшипник 118 предпочтительных вариантов выполнения является менее чувствительным к случайному радиальному и осевому перемещению по сравнению с упорными дисками, закрепляемыми с использованием известных устройств шпонка-паз-кольцо. Соответственно, использование конической втулки 124 и сопрягающегося с ней упорного диска 122 является существенным усовершенствованием по сравнению с предшествующим уровнем техники.

[025] Следует понимать, что даже несмотря на то, что в вышеприведенном описании были изложены многочисленные характеристики и преимущества различных вариантов выполнения изобретения совместно с деталями конструкции и функциями различных вариантов его выполнения, тем не менее, это описание является лишь иллюстративным, при этом возможно внесение изменений в деталях, особенно в вопросах, касающихся конструкции и расположения ее частей, в пределах основополагающих идей данного изобретения, в полной мере отображенных общепринятым значением терминов, в которых изложена прилагаемая формула изобретения. Специалистам должно быть очевидным, что основные идеи данного изобретения могут быть применены к другим установками без отклонения от объема правовой охраны и сущности данного изобретения.

Группа изобретений может быть использована в горизонтальных насосах для противодействия осевому усилию, создаваемому при работе насоса. Упорный подшипник выполнен с возможностью уменьшения осевого смещения вала и содержит закрепленный осевой подшипник, упорный диск, расположенный смежно с осевым подшипником, и приводную коническую втулку. Упорный диск имеет центральный проход. Приводная коническая втулка имеет внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом, и наружную поверхность, находящуюся в контакте с центральным проходом упорного диска. Центральный проход упорного диска имеет ступенчатый профиль, а наружная поверхность приводной конической втулки сопрягается со ступенчатым профилем центрального прохода. Изобретения направлены на совершенствование устройства крепления упорного диска к валу для исключения избыточной вибрации вала и как следствие повреждения соединения. 3 н. и 12 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Подшипниковая камера, предназначенная для использования в горизонтальной насосной установке и содержащая

корпус,

вал подшипниковой камеры, проходящий через корпус, и

упорный подшипник, содержащий

приводную коническую втулку, которая имеет

внутреннюю поверхность, предназначенную для размещения вокруг вала подшипниковой камеры, и

наружную поверхность, и

упорный диск, имеющий центральный проход, предназначенный для размещения вокруг наружной поверхности приводной конической втулки, при этом указанный центральный проход содержит первый участок, имеющий первый диаметр, второй участок, имеющий второй диаметр, и третий участок, имеющий третий диаметр, причем третий диаметр меньше первого диаметра, а второй диаметр больше первого диаметра.

2. Подшипниковая камера по п.1, в которой приводная коническая втулка имеет первый конец и второй конец, и наружная поверхность приводной конической втулки сужается от первого диаметра на первом конце до второго диаметра на втором конце.

3. Подшипниковая камера по п.2, в которой центральный проход упорного диска имеет профиль, который по существу сопрягается с сужающейся наружной поверхностью приводной конической втулки.

4. Подшипниковая камера по п.3, в которой первый диаметр сопрягается с диаметром наружной поверхности на первом конце приводной конической втулки, а третий диаметр сопрягается с диаметром наружной поверхности на втором конце указанной втулки.

5. Подшипниковая камера по п.1, в которой упорный подшипник дополнительно содержит стопорную шайбу и стопорное кольцо, закрепляющее приводную коническую втулку во взаимодействии с упорным диском.

6. Подшипниковая камера по п.5, в которой стопорное кольцо выполнено с возможностью резьбового соединения с валом подшипниковой камеры.

7. Подшипниковая камера по п.1, дополнительно содержащая осевой подшипник, неподвижно присоединенный к корпусу.

8. Подшипниковая камера по п.1, дополнительно содержащая один или более радиальных подшипников, причем каждый из указанных радиальных подшипников содержит шариковый подшипник.

9. Горизонтальная насосная установка, содержащая

двигатель,

насос, приводимый в действие двигателем, и

подшипниковую камеру, присоединенную между двигателем и насосом, причем указанная камера содержит

корпус,

вал подшипниковой камеры, проходящий через корпус, и

упорный подшипник, который содержит

упорный диск, имеющий центральный проход, и

приводную коническую втулку, имеющую внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом подшипниковой камеры, и наружную поверхность, находящуюся в контакте с центральным проходом, при этом наружная поверхность приводной конической втулки выполнена сужающейся, а центральный проход упорного диска имеет ступенчатый профиль, сопрягающийся с сужающейся наружной поверхностью приводной конической втулки.

10. Установка по п.9, в которой указанный центральный проход упорного диска содержит первый участок, имеющий первый диаметр, второй участок, имеющий второй диаметр, и третий участок, имеющий третий диаметр.

11. Установка по п.10, в которой третий диаметр меньше первого диаметра, а второй диаметр больше первого диаметра.

12. Установка по п.9, в которой приводная коническая втулка дополнительно содержит выступ, проходящий радиально от наружной поверхности.

13. Установка по п.9, в которой упорный подшипник дополнительно содержит стопорную шайбу и стопорное кольцо, закрепляющее приводную коническую втулку во взаимодействии с упорным диском.

14. Упорный подшипник, выполненный с возможностью уменьшения осевого смещения вала, содержащий

закрепленный осевой подшипник,

упорный диск, расположенный смежно с осевым подшипником и имеющий центральный проход, и

приводную коническую втулку, которая имеет внутреннюю поверхность, предназначенную для размещения вокруг вала, и наружную поверхность, предназначенную для размещения внутри центрального прохода упорного диска, при этом центральный проход упорного диска имеет ступенчатый профиль, а наружная поверхность приводной конической втулки сопрягается со ступенчатым профилем центрального прохода.

15. Упорный подшипник по п.14, дополнительно содержащий стопорное кольцо, воздействующее с осевым усилием на приводную коническую втулку для закрепления указанной втулки внутри центрального прохода упорного диска.