подшипник скольжения безмасленного типа с автономной системой смазки

Формула изобретения

1. Подшипник скольжения, содержащий корпус, размещенные в нем самоустанавливающиеся сегменты, вал с упорным диском, кольца-уплотнения из антифрикционного материала, выполненные со сквозными продольными пазами и контактирующие в радиальном направлении внутренней цилиндрической поверхностью с валом, а в осевом направлении с одной стороны периодически - с упорным диском, с другой стороны постоянно - с пружинами, отличающийся тем, что в торце вала выполнена полость, разделенная на цилиндрический и конический участки, при этом конический участок соединен через канал отвода жидкости, выполненный внутри вала, с корпусом, со стороны одного из торцов корпуса установлена крышка, включающая всасывающую и нагнетательную полости, в которых размещено насосное колесо, закрепленное на валу таким образом, что всасывающая полость связана через радиальный канал, выполненный в валу, и цилиндрический участок полости вала с резервуаром маловязкой жидкости, а нагнетательная полость связана с корпусом подшипника, внутри корпуса размещены внешние элементы, установленные в осевом направлении между пружинами и самоустанавливающимися сегментами, а в радиальном направлении - между конической поверхностью колец-уплотнений и корпусом, и контактирующие постоянно с внутренней поверхностью корпуса и периодически - с кольцами-уплотнениями.

2. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что он снабжен кольцом с направляющими лопатками, установленным в торце вала в конце конического участка полости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в нефтехимической промышленности и холодильной технике, где в качестве опоры вращающего вала установлен подшипник, для которого применяется смазка под давлением.

Известен упорный подшипник, содержащий корпус и расположенные в нем самоустанавливающиеся сегменты, упорный диск с осевыми и радиальными каналами и дегазационное устройство, обеспечивающее удаление газа из смазки (патент России №2088816, кл. F 16 С 33/10, 17/04, опубл. 17.03.93).

У данного подшипника ограничен диапазон применимости из-за того, что в качестве смазки применяется минеральное масло с высоким значением кинематической вязкости и высокими потерями на трение.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является опорно-упорный подшипник, смазываемый маловязкими жидкостями (МВЖ), который имеет корпус, самоустанавливающиеся сегменты, вал с упорным диском, имеющим канал подвода смазки, кольца-уплотнения, выполненные из антифрикционного материала со сквозными продольными пазами и контактирующие в радиальном направлении внутренней цилиндрической поверхностью с валом, наружной конической поверхностью с внутренней конической поверхностью корпуса, а в осевом направлении с одной стороны периодически с упорным диском, с другой стороны постоянно с пружинами. Принцип действия подшипника заключается в следующем. В период пуска и остановки агрегата кольца-уплотнения подшипника под действием пружин прижимаются к рабочим поверхностям упорного диска и воспринимают осевое усилие. В период повышения давления пружины сжимаются, кольца-уплотнения перемещаются в осевом направлении и подшипник начинает работать в режиме гидродинамической смазки, что обеспечивает пониженный износ рабочих поверхностей и позволяет снизить потери мощности на трение (пат. России №2186266, кл. F 16 С 17/04, 32/06, опубл. 27.07.02).

Анализ рассмотренной конструкции подшипника позволяет выявить ряд существенных недостатков:

- подшипники этого типа в пределах агрегата имеют общую систему смазки под давлением, создаваемым одним насосом, в случае выхода из строя насоса в корпусе подшипника мгновенно падает давление, что приводит к повышенному износу рабочих поверхностей или их разрушению, при этом из строя выходят все подшипники, входящие в эту систему смазки;

- при установке насоса на значительное расстояние от агрегата имеют место гидропотери и возможна пульсирующая работа, сопровождающаяся неустойчивой работой подшипника;

- наличие отдельного насоса требует расхода электроэнергии, установки трубопроводов, фильтров, КИП и т.д.;

- в процессе смазки подшипника происходит вспенивание смазывающей маловязкой жидкости, что приводит к нарушению целостности смазывающей пленки между рабочими поверхностями и, как следствие, к повышенному износу и разрушению рабочих поверхностей подшипника.

Указанные недостатки отсутствуют у предлагаемого технического решения.

Задача, решаемая изобретением, - повышение надежности и работоспособности упорного подшипника за счет автономной системы смазки подшипника.

Это достигается тем, что в известном подшипнике скольжения, содержащем корпус, размещенные в нем самоустанавливающиеся сегменты, вал с упорным диском, кольца-уплотнения из антифрикционного материала, выполненные со сквозными продольными пазами и контактирующие в радиальном направлении внутренней цилиндрической поверхностью с валом, а в осевом направлении с одной стороны периодически с упорным диском, с другой стороны постоянно с пружинами, согласно изобретению в торце вала выполнена полость, разделенная на цилиндрический и конический участки, при этом конический участок соединен через канал отвода жидкости, выполненный внутри вала, с корпусом. Подшипник снабжен крышкой, установленной со стороны одного из торцов корпуса и включающей в себя всасывающую и нагнетательную полости, в которых размещено насосное колесо, закрепленное на валу таким образом, что всасывающая полость связана через радиальный канал, выполненный в валу, и цилиндрический участок полости вала с резервуаром маловязкой жидкости, а нагнетательная полость связана с корпусом подшипника. Кольца-уплотнения из антифрикционного материала контактируют также в радиальном направлении наружной конической поверхностью с внешними элементами. Внешние элементы размещены в осевом направлении между пружинами и самоустанавливающимися сегментами, а в радиальном направлении между конической поверхностью колец-уплотнений и корпусом и контактируют постоянно с внутренней поверхностью корпуса и периодически с кольцами-уплотнениями.

Снабжение вала полостью, имеющей конический и цилиндрический участки, позволяет совместить двойную функцию: цилиндрический участок выполняет роль питающей полости, из которой маловязкая жидкость подается через радиальный канал на насосное колесо, а конический участок полости выполняет функцию разделителя потока вспененной жидкости на жидкость и газ за счет разности гидродинамического давления в пленке и разрежения в свободном пространстве, что позволяет исключить нарушение целостности смазывающей пленки на рабочих поверхностях подшипника и, как следствие, предотвратить их преждевременный износ.

Установка в одном из торцов корпуса крышки, включающей в себя всасывающую и нагнетательную полости, и размещение в них насосного колеса, закрепленного на валу таким образом, что всасывающая полость связана через радиальный канал, выполненный в валу, и цилиндрический участок полости вала с резервуарам маловязкой жидкости, а нагнетательная полость связана с корпусом подшипника, позволяет исключить зависимость работы подшипника от надежности насоса, подающего МВЖ на смазку, упростить устройство и отказаться от внешнего насоса и сложной системы трубопроводов, что, в конечном результате, приводит к повышению работоспособности как подшипника, так и всего агрегата. Кроме того, экономится электроэнергия, потребляемая насосом. Таким образом, циркуляция маловязкой жидкости в заявляемом подшипнике, происходит по маршруту: резервуар маловязкой жидкости - цилиндрический участок полости вала - насосное колесо - корпус подшипника - канал отвода жидкости - конический участок полости вала - резервуар маловязкой жидкости.

Включение в конструкцию внешних элементов, размещенных в радиальном направлении между конической поверхностью колец-уплотнений и корпусом, и способных перемещаться в осевом направлении позволяет изменяться зазору между рабочими поверхностями не только благодаря осевому перемещению и пластической деформации колец-уплотнений, но и за счет осевого перемещения самих внешних элементов, кроме того, это упрощает замену изношенных деталей при разборке подшипника.

Кольца-уплотнения в заявляемом техническом решении за счет конструктивных особенностей подшипника скольжения выполняют роль основного подшипника в отличие от прототипа, где они выполняют роль вспомогательного подшипника.

Подшипник скольжения снабжен кольцом с направляющими лопатками, установленным в торце вала, на конце конического участка полости вала, что позволяет эффективно отводить дегазированную жидкость к сливному патрубку в резервуар маловязкой жидкости.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема подшипника скольжения.

Подшипник скольжения содержит корпус 1 с расположенными в нем самоустанавливающимися сегментами 2, вал 3 и упорный диск 4, кольца-уплотнения 5, выполненные из антифрикционного материала, со сквозными продольными пазами (на чертеже не обозначены), позволяющие им изменять внутренний и внешний диаметры кольцевого сечения, при поперечной деформации из-за осевого перемещения. Кольца-уплотнения 5 контактируют в осевом направлении с одной стороны периодически с упорным диском 4, с другой стороны постоянно с пружинами 6, в радиальном направлении внутренние цилиндрические поверхности колец-уплотнений 5 контактируют с валом 3, а наружные конические поверхности периодически с внутренними коническими поверхностями внешних элементов 7, которые расположены в осевом направлении между пружинами 6 и самоустанавливающимися сегментами 2, а в радиальном направлении между конической поверхностью колец-уплотнений 5 и корпусом 1. Конструкция подшипника снабжена крышкой 8, состоящей внутри из всасывающей 9 и нагнетательной 10 полостей, в которых размещается насосное колесо 11, закрепленное на валу 3. Всасывающая 9 полость насосного колеса 11 через радиальный 12 канал, выполненный в валу, и цилиндрический 13 участок полости вала 3 соединены с резервуаром маловязкой жидкости, а нагнетательная - через патрубок 14 связана с корпусом 1 подшипника. На валу 3 имеются сливные отверстия 15, 16, через которые жидкость попадает в канал 17 отвода жидкости, выполненный внутри вала, а затем в район конического 18 участка полости вала 3. На конце конического 18 участка в торце вала 3 установлено кольцо 19 с направляющими лопатками (на чертеже не обозначены).

Подшипник работает следующим образом.

На внешний торец колец-уплотнений 5 воздействуют пружины 6. В момент стоянки кольца-уплотнения 5 за счет действия пружин 6 и поперечной деформации вследствие взаимодействия с внешним элементом 7 при осевом перемещении плотно охватывают вал 3 и прижимаются к упорному диску 4. При пуске агрегата имеет место кратковременный процесс сухого трения в сопряжении вал 3 - кольцо-уплотнение 5 - упорный диск 4. По мере увеличения частоты вращения вала 3 насосным колесом 11 создается разрежение во всасывающей 9 полости крышки 8, и МВЖ начинают поступать из резервуара маловязкой жидкости через цилиндрический 13 участок полости вала 3 и радиальный 12 канал на насосное колею 11, затем отбрасывается в нагнетательную 10 полость крышки 8, после чего выходит из нагнетательной 10 полости крышки 8 через патрубок 14 и поступает внутрь корпуса 1. По мере увеличения давления МВЖ, поступающей внутрь корпуса 1, гидравлические силы начинают действовать на внутренние торцовые поверхности колец-уплотнений 5, и когда они превысят силу упругости пружин 6, действующую на их внешнюю торцовую поверхность, то произойдет осевое перемещение относительно внешнего элемента 7 и вала 3, а также упорного диска 4. Вследствие этого кольца-уплотнения 5 деформируются и выходят из непосредственного контакта с валом 3 и упорным диском 4. В этом случае начинают работать самоустанавливающиеся сегменты 2 в режиме смазки МВЖ. Жидкость после смазки перемещается в сторону торцов корпуса 1, попадает в сливные отверстия 15, 16 и, перемещаясь по каналу 17 отвода жидкости, выходит в район конического 18 участка полости вала 3. При перемещении по внутренней поверхности конического 18 участка полости вала 3 МВЖ распределяется тонким слоем и из нее выделяется растворенный газ за счет разности гидродинамического давления в пленке и разрежения в свободном пространстве конического 18 участка. Выделившийся газ отводится через газоотводное отверстие 20, а дегазированная МВЖ, попадая на кольцо 19 с рабочими лопатками, отбрасывается к сливному патрубку 21 и сливается в резервуар маловязкой жидкости. При остановке агрегата процесс приобретает обратный ход.

Предлагаемое конструктивное решение имеет ряд технических и экономических преимуществ:

- повышается надежность при пуске и остановке;

- повышается надежность при подаче смазывающей жидкости;

- устраняется зависимость поддержания рабочего давления МВЖ от насоса;

- экономится электроэнергия;

- устраняется пенообразование смазывающей жидкости;

- упрощается процесс замены изношенных деталей.