Подшипниковое устройство

 

Изобретение может быть использовано в нефтехимической промышленности и холодильной технике, где в качестве опоры вращающего вала установлен подшипник, использующий для смазки рабочую жидкость под давлением. Подшипниковое устройство содержит корпус со штуцером для подачи рабочей жидкости, внутри которого расположен опорный узел, включающий в себя основной радиальный подшипник скольжения с сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками и два вспомогательных подшипника, состоящий каждый из внешнего и внутреннего элементов. Внутренний элемент вспомогательного подшипника имеет возможность осевого перемещения относительно внешнего элемента и вала под действием пластинчатых пружин. Внутренние элементы вспомогательных подшипников на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру имеют выступ конусной формы в продольном сечении. Большая толщина выступа у основания равна величине клинового зазора в основном подшипнике. Выступ позволяет полностью исключить контакт опорной поверхности вкладышей-подушек основного подшипника в момент пуска, останова и стоянки агрегата. Использование подшипникового устройства позволяет обеспечить безвибрационную работу и увеличить диапазон частоты вращения вала, значительно снизить вероятность схватывания опорных поверхностей, уменьшить осевые размеры подшипникового устройства. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в нефтехимической промышленности и холодильной технике, где в качестве опоры вращающего вала установлен подшипник, использующий для смазки рабочую жидкость под давлением.

Известен радиальный подшипник скольжения /Кондрашова Н.Г. Холодильное и технологическое оборудование промысловых судов.- М.: Пищевая промышленность, 1979, с. 112 - 114/, который выполнен в виде двух втулок со значительными осевыми размерами и использует для смазки маловязкую рабочую жидкость (холодильный агент). Он установлен в качестве опоры вращающегося вала в герметичном насосе для перекачки хладона 22, в котором смазка и охлаждение подшипника осуществляется перекачиваемой (рабочей) жидкостью из напорной зоны насоса.

У подобных подшипников имеется ряд недостатков: они плохо воспринимают вибрационную нагрузку; вследствие своих конструктивных особенностей (подшипник выполнен в виде втулки со значительными осевыми размерами), а также вследствие низкой смазывающей способности жидкого холодильного агента с малой вязкостью, наблюдается повышенный износ опорной поверхности, особенно в период пуска и останова агрегата, склонны к схватыванию из-за высоких значений кромочного давления как следствие начальных и упругих перекосов вала в подшипнике.

Наиболее близкое устройство того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является подшипниковое устройство, использующее для смазки и охлаждения рабочую жидкость, например, холодильный агент под давлением. Подшипниковое устройство используется для поддержания вала агрегата и состоит из полого корпуса со штуцером для подачи рабочей жидкости. Внутри полого корпуса находится опорный узел. Опорный узел включает две части, расположенных симметрично относительно поперечной плоскости, каждая из которых состоит из основного радиального подшипника скольжения, выполненного в виде втулки и воспринимающего нагрузку при установившемся режиме работы агрегата, и вспомогательного подшипника, функционирующего только лишь в период пуска, останова и стоянки (не рабочее состояние) агрегата. Втулка основного радиального подшипника скольжения имеет ряд сквозных радиальных отверстий, через которые рабочая жидкость поступает в клиновой зазор между втулкой и вращающим валом агрегата, где создается гидродинамическое давление по длине втулки. Вспомогательный подшипник опорного узла состоит из двух элементов: внешнего и внутреннего. Внешний элемент вспомогательного подшипника зафиксирован неподвижно относительно корпуса подшипникового устройства и втулки основного радиального подшипника опорного узла и имеет отверстие конусной формы. Внутренний элемент вспомогательного подшипника опорного узла имеет кольцевую форму в поперечном сечении, при этом внутреннее отверстие элемента постоянного диаметра покрыто антифрикционным материалом и сопрягается с валом агрегата, а внешняя радиальная поверхность элемента имеет форму конуса, располагающегося по оси в обратном направлении относительно конуса внутренней поверхности внешнего элемента вспомогательного подшипника опорного узла. Внутренний элемент вспомогательного подшипника имеет возможность осевого перемещения относительно внешнего элемента вспомогательного подшипника и вала агрегата. Внутренний элемент вспомогательного подшипника имеет один сквозной продольный паз, что позволяет ему изменять внутренний, а соответственно, и внешний диаметры кольцевого сечения при поперечной деформации, вследствие осевого перемещения. С каждого торца полого корпуса подшипникового устройства зафиксированы одним концом пластинчатые пружины, которые другим концом воздействуют на внешний торец внутреннего элемента вспомогательного подшипника. В момент стоянки агрегата внутренний элемент вспомогательного подшипника за счет действия пластинчатых пружин и поперечной деформации вследствие взаимодействия с внешним элементом вспомогательного подшипника (сопряжение "обратный конус") при осевом перемещении плотно охватывает шейку вала и воспринимает радиальную нагрузку. При пуске агрегата, по мере увеличения давления рабочей жидкости, поступающей во внутрь полого корпуса, вспомогательный подшипник подшипникового устройства выходит из работы и радиальную нагрузку воспринимает основной радиальный подшипник скольжения опорного узла. При останове агрегата процесс принимает обратный ход / патент США, N 4726694, кл. F 16 C 32/06, опубл. 1988 г./.

Анализ рассмотренной конструкции подшипникового устройства позволяет выявить ряд существенных недостатков: конструкция имеет значительные осевые размеры, конструкция основного радиального подшипника скольжения опорного узла (подшипник выполнен в виде втулки со значительными осевыми размерами) определяет наличие значительного кромочного давления, что значительно повышает вероятность схватывания сопряженных поверхностей; вследствие большой несущей способности масляного клина цапфа вала занимает положение, близкое к концентричному, при котором жесткость масляного клина мала и возникает опасность вибраций; нарушение гидродинамики потока жидкости в клиновом смазочном слое основного радиального подшипника скольжения опорного узла, вследствие радиальных отверстий во втулке; ослабление прочности втулки основного радиального подшипника скольжения опорного узла за счет сквозных радиальных отверстий.

Одним словом конструкция данного подшипникового устройства имеет возможность модернизации с цепью повышения надежности.

При создании изобретения ставилась задача повышения работоспособности конструкции и уменьшения осевых размеров.

Поставленная задача достигается тем, что в известное подшипниковое устройство, служащее для поддержания вала и содержащее полый корпус со штуцером для подачи рабочей жидкости, внутри которого расположен опорный узел, включающий в себя основной радиальный подшипник скольжения и два вспомогательных подшипника, состоящий каждый из двух элементов внешнего и внутреннего, имеющих кольцевую форму в поперечном сечении и конусную форму сопрягаемых радиальных поверхностей в продольном сечении, причем внутренний элемент вспомогательного подшипника, имеет: возможность осевого перемещения относительно внешнего элемента вспомогательного подшипника и вала, содержит один сквозной продольный паз и опирается своей внешней торцовой поверхностью на один из концов пластинчатых пружин, другие концы которых зафиксированы на торце полого корпуса, предложено внести нижеописанные усовершенствования. Особенностью заявляемого подшипникового устройства является то, что оно имеет в опорном узле всего один основной радиальный подшипник скольжения с сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками; внешний элемент вспомогательного подшипника зафиксирован неподвижно только относительно полого корпуса; внутренние элементы вспомогательных подшипников на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру имеют выступ конусной формы в продольном сечении, причем большая толщина выступа у основания равна величине клинового зазора в основном радиальном подшипнике скольжения, а длина выступа равна величине осевого перемещения внутреннего элемента вспомогательного подшипника.

Отличительные признаки заявляемого технического решения - подшипниковое устройство в опорном узле содержит основной радиальный подшипник скольжения с сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками. Реализация данного отличительного признака, в отличие от прототипа - позволяет, за счет большего числа созданных гидродинамических клиньев равномерно расположенных по окружности между валом и вкладышами-подушками и конструктивных особенностей, получить следующие преимущества: а) обеспечить безвибрационную работу и увеличить диапазон частоты вращения вала; б) обеспечить отсутствие кромочных давлений, что значительно снижает вероятность схватывания опорных поверхностей; в) при приработке и износе опорной поверхности сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек сохранять клиновую форму зазора; г) уменьшить осевые размеры подшипникового устройства.

Кроме того, внутренние элементы вспомогательных подшипников опорного узла подшипникового устройства на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру имеют выступ конусной формы в продольном сечении, причем большая толщина выступа у основания равна величине клинового зазора в основном радиальном подшипнике скольжения, а длина выступа равна величине осевого перемещения внутреннего элемента вспомогательного подшипника. Наличие данного отличительного признака позволяет полностью исключить контакт опорной поверхности сегментных вкладышей-подушек основного радиального подшипника скольжения опорного узла в момент пуска, останова и стоянки агрегата, когда гидродинамические условия работы подшипника скольжения наихудшие и существует большая вероятность схватывания опорных поверхностей вкладышей-подушек с поверхностью вала.

В случае использования подшипникового устройства в холодильной технике для исключения утечек хладагента необходимо по торцам корпуса установить сквозные крышки с торцовыми уплотнениями.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. показан общий вид подшипникового устройства. Подшипниковое устройство используется для поддержания вала агрегата и состоит из полого корпуса 1 со штуцером 2 для подачи рабочей жидкости. Внутри полого корпуса 1 находится опорный узел. Опорный узел включает в себя основной радиальный подшипник скольжения 3, выполненный с сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками 4 и воспринимающий нагрузки при установившемся режиме работы агрегата и два вспомогательных подшипника, которые состоят из двух элементов: внешнего 5 и внутреннего 6. Вспомогательные подшипники расположены симметрично относительно поперечной плоскости подшипникового устройства и функционируют только лишь в период пуска, останова и стоянки агрегата. Внешний элемент 5 вспомогательного подшипника зафиксирован неподвижно относительно полого корпуса 1 и имеет отверстие конусной формы. Внутренний элемент 6 вспомогательного подшипника опорного узла имеет кольцевую форму в поперечном сечении, при этом внутреннее отверстие элемента постоянного диаметра покрыто антифрикционным материалом и сопрягается с валом 7 агрегата, а внешняя поверхность элемента имеет форму конуса, располагающегося по оси в обратном направлении относительно конуса внутренней поверхности внешнего элемента 5 вспомогательного подшипника опорного узла. Внутренний элемент 6 вспомогательного подшипника имеет возможность осевого перемещения относительно внешнего элемента 5 вспомогательного подшипника и вала 7 агрегата. Внутренний элемент 6 вспомогательного подшипника имеет один сквозной продольный паз (на фиг. не обозначен), что позволяет ему изменять внутренний, а соответственно, и внешний диаметры кольцевого сечения при поперечной деформации, вследствие осевого перемещения. Внутренний элемент 6 вспомогательного подшипника опорного узла на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру имеют выступ 8 конусной формы в продольном сечении, причем большая толщина выступа у основания равна величине клинового зазора между сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками 4 основного радиального подшипника скольжения 3 и валом 7, а длина выступа 8 равна величине осевого перемещения внутреннего элемента 6 вспомогательного подшипники. С каждого торца полого корпуса 1 подшипникового устройства зафиксированы одним концом пластинчатые пружины 9, которые другим концом воздействуют на внешний торец внутреннего элемента 6 вспомогательного подшипника. В момент стоянки агрегата внутренний элемент 6 вспомогательного подшипника за счет действия пластинчатых пружин 9 и поперечной деформации вследствие взаимодействия с внешним элементом 5 вспомогательного подшипника (сопряжение "обратный конус") при осевом перемещении плотно охватывает шейку вала 7 агрегата.

Работает подшипниковое устройство следующим образом.

При пуске агрегата имеет место кратковременный процесс сухого трения в сопряжении "шейка вала агрегата - внутренняя поверхность внутреннего элемента 6 вспомогательного подшипника". По мере увеличения давления рабочей жидкости, поступающей через штуцер 2 во внутрь полого корпуса 1 подшипникового устройства, гидравлические силы начинают воздействовать на внутреннюю торцовую поверхность внутреннего элемента 6 вспомогательного подшипника и когда они превысят силу давления пластинчатых пружин 9 на внешнюю торцовую поверхность внутреннего элемента 6 вспомогательного подшипника, он получит осевое перемещение относительно внешнего элемента 5 вспомогательного подшипника и шейки вала 7 агрегата. Вследствие этого внутренний элемент 6 вспомогательного подшипника де формируется и выходит из непосредственного контакта по радиальной поверхности с валом 7 агрегата. При осевом перемещении внутреннего элемента 6 вспомогательного подшипника его конусный выступ 8 освобождает сегментные самоустанавливающиеся вкладыши-подушки 4 основного радиального подшипника скольжения 3. Вспомогательный подшипник опорного узла выходит из работы и радиальную нагрузку воспринимает основной радиальный подшипник скольжения 3 опорного узла подшипникового устройства. При останове агрегата процесс принимает обратный ход.

Предлагаемое подшипниковое устройство по сравнению с ранее известными позволяет обеспечить безвибрационную работу и увеличить диапазон частоты вращения вала, обеспечить отсутствие кромочных давлений, что значительно снижает вероятность схватывания опорных поверхностей, при приработке и износе опорной поверхности сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек сохранять клиновую форму зазора, уменьшить осевые размеры подшипникового устройства.

Формула изобретения

Подшипниковое устройство, содержащее полый корпус со штуцером для подачи рабочей жидкости, внутри которого расположен опорный узел, включающий в себя основной радиальный подшипник скольжения и два вспомогательных подшипника, состоящий каждый из двух элементов, внешнего и внутреннего, имеющих кольцевую форму в поперечном сечении и конусную форму сопрягаемых радиальных поверхностей в продольном сечении, причем внутренний элемент вспомогательного подшипника выполнен имеющим возможность осевого перемещения относительно внешнего элемента вспомогательного подшипника и вала, содержащим один сквозной продольный паз и опирающимся своей внешней торцовой поверхностью на один из концов пластинчатых пружин, другие концы которых зафиксированы на торце полого корпуса, отличающееся тем, что основной радиальный подшипник скольжения выполнен с сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками, внешний элемент вспомогательного подшипника зафиксирован неподвижно только относительного полого корпуса, внутренние элементы вспомогательных подшипников на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру имеют выступ конусной формы в продольном сечении, причем большая толщина выступа у основания равна величине клинового зазора в основном радиальном подшипнике скольжения, а длина выступа равна величине осевого перемещения внутреннего элемента вспомогательного подшипника.

РИСУНКИ

Рисунок 1