Самооткачивающийся гидростатический подшипник

Изобретение относится к системе для использования в гидростатическом подшипнике (10) прокатного стана для удаления ламинарного потока масла, выходящего тангенциально из зазора между вращающейся опорной втулкой (12) и фиксированным вкладышем (18), окружающим втулку (12). Система содержит ограничивающие поверхности, взаимодействующие с втулкой (12) и вкладышем (18) для задания кольцевой камеры (40а), предназначенной для приема тангенциально выходящего ламинарного потока. Лопасти (42) выступают в камеру (40а) и вращаются вместе с втулкой и со скоростью втулки (12) для закручивания масла в камере (40а). Выход (44) связан тангенциально с кольцевой камерой (40а) для удаления масла, закручиваемого внутри камеры (40а) за счет вращения лопастей (42). Размер выхода (44) относительно объема масла, принимаемого в кольцевой камере (40а), выбран так, что камера (40а) остается заполненной маслом во время устойчивой работы подшипника (10). Технический результат: использование кинетической энергии вращающихся компонентов подшипников для откачки масла из подшипников, при этом поскольку масло извлекается принудительно, то можно использовать меньшие дренажные трубопроводы для управления выходящим потоком масла, без необходимости поддерживания дренажных уклонов, требуемых для приема гравитационного потока. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Данное изобретение относится к системе для использования в гидростатическом подшипнике прокатного стана для удаления ламинарного потока масла, выходящего тангенциально из пространства между вращающейся опорной втулкой и стационарным вкладышем, окружающим втулку.

ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В обычном гидростатическом подшипнике прокатного стана опорная втулка окружает и вращается вместе с шейкой прокатного валка. Втулка установлена с возможностью вращения внутри неподвижного вкладыша, содержащегося в подушке. Втулка и вкладыш имеют размеры для задания зазора между ними. Во время работы масло непрерывно вводится в зазор, где оно за счет вращения превращается в гидродинамически поддерживаемую пленку между втулкой и вкладышем в зоне нагрузки подшипника. Ламинарные потоки масла выходят тангенциально из каждого конца подшипника в маслосборники, из которых масло удаляется за счет силы тяжести для фильтрации и охлаждения перед рециркуляцией обратно к подшипникам.

Недостатком этой системы является необходимость дренажных трубопроводов большого диаметра для приема потока масла, выходящего под действием силы тяжести из подшипников. Эти дренажные трубопроводы занимают чрезмерно большую долю внешнего пространства и тем самым отрицательно влияют на общий размер подшипника. Кроме того, необходимо следить за правильной установкой дренажных трубопроводов с уклоном, обеспечивающим предотвращение обратного потока масла и затопления маслоотстойников подшипников.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В широком смысле задачей данного изобретения является использование кинетической энергии вращающихся компонентов подшипников для откачки масла из подшипников. Поскольку масло извлекается принудительно, то можно использовать меньшие дренажные трубопроводы для управления выходящим потоком масла, без необходимости поддерживания дренажных уклонов, требуемых для приема гравитационного потока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приводится подробное описание этих и других признаков и преимуществ данного изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - разрез гидростатического подшипника прокатного стана, с использованием систем, согласно данному изобретению;

фиг.2 - зона, обведенная окружностью А на фиг.1, в увеличенном масштабе;

фиг.3 - насадочное уплотнение, согласно фиг.1 и 2, в изометрической проекции;

фиг.4 - разрез удлинения концевой пластины уплотнения;

фиг.5 - зона, обведенная окружностью В на фиг.1, в увеличенном масштабе;

фиг.6 - разрез вращающейся втулки, окруженной неподвижным вкладышем;

фиг.6а - зона, обведенная окружностью на фиг.6, в увеличенном масштабе, иллюстрирующая профиль скоростей ламинарного потока масла, выходящего из пространства между втулкой и вкладышем; и

фиг.7 - разрез по линии 7-7 на фиг.2, иллюстрирующий профиль скоростей ламинарного потока масла, выкачиваемого из подшипника с помощью вращающихся лопастей, согласно данному изобретению.

На фиг.1 гидростатический подшипник прокатного стана обозначен в целом позицией 10. Подшипник включает опорную втулку 12, фиксированную на конической шейке 14 валка 16. Втулка установлена с возможностью вращения в неподвижном вкладыше 18, содержащемся внутри подушки 20. Втулка и вкладыш имеют такие размеры, что между ними задан зазор G. Во время работы масло вводится непрерывно в зазор, где оно за счет вращения втулки принудительно образует гидродинамически удерживаемую пленку между втулкой и вкладышем в зоне нагрузки подшипника. Ламинарные потоки масла выходят тангенциально из противоположных концов подшипника.

Уплотнительные узлы 22а, 22b расположены, соответственно, на внутреннем и наружном концах подшипника. Как дополнительно показано на фиг.2, внутренний уплотнительный узел 22а включает гибкое и упругое насадочное уплотнение 24, установленное на часть конической шейки 14 валка для вращения, за счет этого, вместе с втулкой 12. Насадочное уплотнение окружено уплотнительной концевой пластиной 26, закрепленной на подушке 20.

В обычных подшипниках ламинарный поток масла, выходящий тангенциально из пространства между втулкой и вкладышем, принимается в маслосборнике 28а, из которого оно стекает под действием силы тяжести. Как показано на фиг.6 и 6а, масло, выходящее из зазора G, имеет скорость V_S втулки на поверхности втулки и нулевую скорость V₀ на поверхности вкладыша. Профиль скоростей дает среднюю скорость V_S/2.

Однако, согласно данному изобретению, круговое удлинение 30 перекрывает зазор между уплотнительной концевой пластиной 26 и подушкой 20. Фланцы 32 на насадочном уплотнении находятся в герметичном контакте с буртиками 34 на уплотнительной концевой пластине, и кольцевой эжектор 36 на насадочном уплотнении находится в герметичном контакте с круговым буртиком 38 на удлинении 30. Ограничивающие поверхности, обеспечиваемые эжектором 36, удлинением 30 и подушкой 20, взаимодействуют с втулкой 12 и вкладышем 18 с образованием кольцевой внутренней камеры 40а, изолированной от маслосборника 28а и предназначенной для приема ламинарного потока масла, выходящего тангенциально из зазора G между втулкой и вкладышем. Лопасти 42 выступают в камеру 40а. Как показано дополнительно на фиг.3, лопасти 42 распределены по окружности насадочного уплотнения 24.

Как показано на фиг.4, удлинение 30 включает выход 44, соединенный тангенциально с кольцевой камерой 40а. Шланг 46 соединен с выходом 44 и ведет наружу подшипника для соединения с обычной системой смазки стана (не изображена).

Выход 44 имеет размер, соответствующий объему масла, принимаемого в кольцевой камере 40а, так что во время устойчивой работы камера остается заполненной маслом. Как указывалось выше, как уплотнение 24, так и втулка 12 установлены на шейке 14 валка и вращаются вместе с ней. Таким образом, лопасти 42, установленные на уплотнении 24, вращаются вместе с втулкой и со скоростью втулки. Как показано на фиг.7, в зоне поперечного сечения кольцевой камеры 40а, перекрываемой лопастями 42, масло вращается со скоростью V_S втулки. По сравнению с относительно скромным уровнем энергии, извлекаемой из профиля скоростей обычной системы, показанного на фиг.6а, улучшенный профиль скоростей, согласно данному изобретению, обеспечивает значительно увеличенный уровень энергии, служащей для нагнетания масла внутри камеры 40а и наружу из выхода 44.

Как показано на фиг.5, аналогичная система обеспечивается с помощью уплотнительного узла 22b на наружном конце подшипника. Здесь кольцевая наружная камера 40b задана ограничивающими поверхностями на удлинении 48, проходящем между вкладышем 18 и подушкой 20, кольцом 50, закрепленным на втулке 12, и уплотнительной манжетой 52 на удлинении 48. Лопасти 42 закреплены на втулке 12 и выступают из нее в камеру 40b.

Хотя не изображено, однако понятно, что удлинение 48 включает наружный выход, аналогичный внутреннему выходу 44, показанному на фиг.4. Наружный выход связан тангенциально с выходной камерой 40b и соединен со вторым шлангом 58 (см. фиг.1).

Таким образом, лопасти 42 служат для использования кинетической энергии вращения отдельных компонентов подшипника (например, насадочного уплотнения 24 на внутреннем конце и втулки 12 на наружном конце) для осуществления насосного действия, которое принудительно выталкивает масло из кольцевых камер 40а, 40b. Как указывалось выше, за счет принудительного выталкивания масла вместо использования силы тяжести можно применять дренажные трубопроводы меньшего диаметра и размещать их без учета сохранения гравитационных уклонов.

1. Система для использования в гидростатическом подшипнике прокатного стана для удаления ламинарного потока масла, выходящего тангенциально из зазора между вращающейся опорной втулкой и фиксированным вкладышем, окружающим втулку, при этом система содержит:
ограничивающие поверхности, образующие кольцевую камеру, предназначенную для приема ламинарного потока масла;
лопасти, выступающие в камеру, при этом лопасти установлены с возможностью вращения вместе с втулкой и со скоростью втулки для закручивания масла внутри камеры; и
выход, связанный тангенциально с камерой для удаления указанного масла, закручиваемого внутри камеры за счет вращения лопастей, при этом размер выхода относительно объема масла, принимаемого в камере, выбран так, что камера остается заполненной маслом во время вращения лопастей.

2. Система по п.1, в которой втулка установлена на насадочном уплотнении, и при этом ограничивающие поверхности заданы частично упругим уплотнением, также установленным на насадочном уплотнении для вращения вместе с ним.

3. Система по п.2, в которой вкладыш фиксирован внутри подушки, и ограничивающие поверхности заданы частично уплотнительной концевой пластиной, окружающей уплотнение и фиксированной на подушке.

4. Система по п.3, в которой ограничивающие поверхности заданы частично круговым удлинением, перекрывающим зазор между уплотнительной пластиной и подушкой.

5. Система по п.4, в которой выход образован в круговом удлинении.

6. Система по п.5, в которой лопасти установлены на уплотнении для вращения вместе с ним.

7. Система по п.4, в которой лопасти установлены на уплотнении для вращения вместе с ним.

8. Система по п.1, в которой ограничивающие поверхности заданы круговым уплотнительным кольцом, закрепленным на втулке для вращения вместе с ней.

9. Система по п.8, в которой лопасти установлены на втулке для вращения вместе с ней.

10. Система по п.8, в которой ограничивающие поверхности заданы частично круговым удлинением, фиксированным на указанном вкладыше, при этом круговое удлинение расположено на расстоянии в радиальном направлении от указанного уплотнительного кольца для задания зазора между ними.

11. Система по п.10, в которой ограничивающие поверхности заданы частично гибким уплотнением, перекрывающим зазор и фиксированным на круговом удлинении.

12. Система по п.11, в которой лопасти установлены на втулке для вращения вместе с ней.

13. Система по п.10, в которой выход образован в круговом удлинении.

14. Система по п.10, в которой лопасти установлены на втулке для вращения вместе с ней.

15. Система для использования в гидростатическом подшипнике прокатного стана, в котором масло вводится между вращающейся опорной втулкой и фиксированным вкладышем, окружающим втулку, и в котором масло выходит тангенциально из внутреннего и наружного концов указанного подшипника в виде ламинарных потоков, при этом система содержит:
ограничивающие поверхности, взаимодействующие с втулкой и вкладышем для задания кольцевых внутренней и наружной камер, предназначенных соответственно для приема тангенциально выходящих ламинарных потоков масла из внутреннего и наружного концов подшипника;
лопасти, выступающие в камеры, при этом лопасти установлены с возможностью вращения вместе с втулкой и со скоростью втулки для закручивания масла, принимаемого в камерах; и
внутренний и наружный выходы, связанные тангенциально соответственно с внутренней и наружной камерами для удаления указанного масла, закручиваемого внутри камер за счет вращения лопастей, при этом размер выходов относительно объема масла, принимаемого в камерах, выбран так, что камеры остаются заполненными маслом во время вращения указанных лопастей.

16. Способ удаления ламинарного потока масла, выходящего тангенциально из зазора между вращающейся втулкой и фиксированным вкладышем, окружающим вращающуюся втулку, в гидростатическом подшипнике для прокатного стана, при этом способ содержит:
прием ламинарного потока масла в кольцевой камере;
вращательное закручивание масла в камере со скоростью вращающейся втулки; и
одновременное удаление масла тангенциально из камеры с такой скоростью, что камера остается заполненной маслом.