подшипниковая опора для вертикального вала и способ ее установки

Формула изобретения

1. Подшипниковая опора для вертикального вала, включающая, по меньшей мере, два направляющих подшипника - верхний и нижний, каждый из которых состоит из внешнего разъемного корпуса и разъемного на две половины в вертикальной плоскости сепаратора с телами качения, отличающаяся тем, что плоскость разъема одной из половин сепаратора выполнена по длине, например, в виде «ласточкина хвоста», а плоскость разъема другой половины сепаратора выполнена в виде ответного паза по всей длине, а тела качения подшипника выполнены в виде роликов из вязкоупругого материала, например резины, с поверхностным легированием, например, ионами фтора, при этом ролики установлены в окнах сепаратора с зазором по длине и диаметру, а соотношение длины и диаметра роликов составляет от 6:1 до 5:1.

2. Способ установки подшипниковой опоры для вертикального вала, включающий предварительную подготовку штатного места, установку нового подшипника, отличающийся тем, что на подготовленное штатное место устанавливают разъемный корпус подшипника, затем на монтажную подставку устанавливают одну половину сепаратора, заводят другую половину сепаратора сверху по валу таким образом, чтобы «ласточкин хвост» одной половины сепаратора вошел в ответный паз другой половины сепаратора, предварительно смазанный клеящим веществом, например капролоновым, скользя по этому пазу вниз до монтажной подставки, в склеенный сепаратор устанавливают ролики и опускают сепаратор с роликами в корпус подшипника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции направляющих неметаллических подшипников, обеспечивающих работу вращающихся вертикальных валов, например роторов циркуляционных насосов атомных станций, и способу их установки.

Известны направляющие подшипники скольжения осевых вертикальных насосов атомных станций в системах прямоточного водоснабжения для циркуляции охлаждающей технической воды через конденсаторы турбин и другие теплообменныс аппараты (см. В.В.Малющенко, А.К.Михайлов. Энергетические насосы. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1981, с.71-72, с.137-140).

Подшипники устанавливаются в верхней и нижней частях вала и состоят из набора резинометаллических, металлографитных, текстолитовых или лигнофоливых вкладышей в чугунном корпусе. Смазка нижнего и верхнего подшипников осуществляется проточной водой или водой от постороннего источника.

Несмотря на то, что такие подшипники скольжения широко применяются на объектах с большим диаметром валов, к которым можно отнести насосы, гидротурбины и судовые гребные установки, они имеют ряд существенных недостатков. Подшипники имеют большую длину, которая в 4-6 раз превышает диаметр вала, что приводит к неравномерному распределению нагрузки по длине подшипника со стороны вала, неравномерному охлаждению рабочей поверхности подшипника, что способствует подгоранию планок вкладыша подшипника. Срок службы таких подшипников скольжения на вертикальных валах циркуляционных насосов в условиях АЭС составляет всего 4000-6000 часов, что требует их частой замены или ремонта.

Установка таких подшипников в случае их замены требует большой затраты времени и применения специального подъемного оборудования, так как подшипники громоздки и имеют вес порядка 500 кг.

А так как вертикальный вал, например, насоса имеет на обоих торцах несъемные фланцы, то замена подшипников еще более усложняется, что приводит к увеличению времени демонтажа отработавших и монтажа новых подшипников.

Известна также горизонтальная подшипниковая опора с масляной смазкой, принятая за прототип (см. Подшипник качения. Справочное пособие, под ред. Н.А.Спицына и А.И.Спришевского. Машгиз, 1961, с.16, абзац 3, фиг.4).

Эта подшипниковая опора представляет собой разъемный роликовый подшипник, сепаратор которого состоит из двух половин. Собранный подшипник скрепляется четырьмя зажимными полукольцами, попарно соединенными с помощью болтов. Недостатком этой конструкции подшипника является невозможность эксплуатации его на высоких скоростях вращения вала, так как при наборе скорости возникающая существенная вибрационная активность устройства может привести к разрыву узлов крепления зажимных колец. Поэтому применять такую подшипниковую опору можно только при небольших нагрузках и линейных скоростях менее 2 м/с.

Способ установки этого известного подшипника качения, принятый за прототип (см. Подшипник качения. Справочное пособие. Под ред. Н.А.Спицына и А.И.Спришевского. Машгиз, 1961, с.16, абзац 3) заключается в следующем. Половины подшипника подводят к валу и обжимают на валу наружными зажимными полукольцами. Недостатком этого способа является необходимость устанавливать зажимные полукольца так, чтобы место стыка находилось в ненагруженной зоне подшипника. Это усложняет и затягивает процесс монтажа подшипника, так как требует проведения дополнительных мер, чтобы выполнить это условие. Кроме того, эта конструкция работоспособна только при масляной смазке и поэтому не может быть использована в водной среде.

Задачей изобретения является увеличение срока службы подшипниковой опоры, упрощение и сокращение времени ее установки.

Эта задача решается тем, что в подшипниковой опоре для вертикального вала, включающей, по меньшей мере, два направляющих подшипника - верхний и нижний, каждый из которых состоит из внешнего разъемного корпуса и разъемного на две половины в вертикальной плоскости сепаратора с телами качения, плоскость разъема одной из половин сепаратора выполнена по длине, например, в виде «ласточкина хвостам, а плоскость разъема другой половины сепаратора выполнена в виде ответного паза по всей длине, а тела качения подшипника выполнены в виде роликов из вязкоупругого материала, например резины, с поверхностным легированием, например, ионами фтора, при этом ролики установлены в окнах сепаратора с зазором по длине и диаметру и закруглены по торцам, а соотношение длины и диаметра роликов составляет от 6:1 до 5:1.

Эта задача решается также тем, что в способе установки подшипниковой опоры для вертикального вала, включающем предварительную подготовку штатного места, установку нового подшипника, на подготовленное штатное место устанавливают разъемный корпус подшипника, затем на монтажную подставку устанавливают одну половину сепаратора, заводят другую половину сепаратора сверху по валу таким образом, чтобы «ласточкин хвост» одной половины сепаратора вошел в ответный паз другой половины сепаратора, предварительно смазанный клеящим веществом, например капролоновым, и опускают ее вниз до монтажной подставки, скользя по этому пазу, в склеенный сепаратор устанавливают ролики и опускают сепаратор с роликами в корпус подшипника.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Фиг.1 - общий вид вертикального вала циркуляционного насоса с установленными верхним и нижним подшипниками.

Фиг.2 - вид А с фиг.1 верхнего и нижнего направляющих подшипников в поперечном сечении.

Фиг.3 - установка направляющего подшипника (верхнего или нижнего) на вертикальном валу.

Фиг.4 - вид сверху половин сепаратора.

Подшипниковая опора вертикального вала 1 циркуляционного насоса 2 состоит из верхнего 3 направляющего подшипника, который установлен на горловине 4 отвода насоса, и нижнего 5 направляющего подшипника, расположенного во втулке 6 выправляющего аппарата насоса.

Как верхний 3, так и нижний 5 направляющие подшипники состоят из внешнего разъемного корпуса 7, выполненного, например, из коррозионностойкой стали или оловянистой бронзы, с ограничительным кольцом или буртом 8. Корпус подшипника может быть также изготовлен с наплавкой внутренней рабочей поверхности с чистотой Ra от 0,8 до 1,25 мкм, что позволяет снизить силы сопротивления качению. В корпусе размещен разъемный в вертикальной плоскости сепаратор 9 из жесткого полимера. Плоскости разъема половин сепаратора выполнены, например, в виде «ласточкина хвоста» 10 по всей длине - на одной половине и в виде ответного паза 11 - на другой половине. Другим примером выполнения соединения половин сепаратора может быть шпонка, например, прямоугольная или цилиндрическая на плоскости разъема одной половины и соответствующий паз на плоскости разъема другой половины. В пазах сепаратора после сборки устанавливают резиновые ролики 12 из вязкоупругого материала, например резины, с поверхностным легированием, например, ионами фтора, аргона и т.п. для повышения усталостной прочности резины. Выполнение роликов из резины позволяет повысить условный модуль упругости вязкоупругого материала при частоте вращения вала от 250 до 375 об/мин и биении от 0,1 до 0,15 мм. При таких условиях уменьшается деформация роликов, снижаются потери на трение и виброразогрев в период пуска и работы насоса.

Выполнение роликов с соотношением длины к диаметру от 6:1 до 5:1 исключает возможность их скручивания в процессе работы на всех режимах, что обеспечивает увеличение ресурса насоса, а также позволяет оптимизировать конструкцию подшипников, особенно верхних, часто выходящих из строя, уменьшив их длину в 3-5 раз, и снизить трудоемкость монтажных работ.

Ролики выполнены по торцам с закруглением, что обеспечивает их свободную ориентацию в окнах сепаратора при обкатывании по рабочей поверхности вала и корпуса подшипника, что уменьшает трение между контактирующими поверхностями и, следовательно, уменьшает износ подшипника.

Кроме того, установка роликов в окнах сепаратора с зазором по длине и диаметру в совокупности со скругленными торцами роликов облегчает их демонтаж и монтаж при замене подшипника.

Верхний 3 и нижний 5 направляющие подшипники снабжены ограничительными втулками 13 для удержания сепаратора с роликами во внешнем корпусе подшипника при большом напоре прокачиваемой через подшипник воды.

Как верхний 3, так и нижний 5 направляющие подшипники устанавливаются путем реализации заявляемого способа следующим образом.

В процессе эксплуатации насоса периодически необходима профилактика или замена отработавшего свой ресурс подшипника. Это может быть как штатный подшипник скольжения, установленный при сборке насоса в производственных условиях, так и подшипник качения. Учитывая, что вертикальный вал 1 насоса с обоих торцов закрыт несъемными фланцами: сверху - фланцем 14, снизу - фланцем 15, а на нижнем конце вала 1 помещено еще и рабочее колесо 16 насоса, снять подшипник через торцы вала не представляется возможным.

При выходе из строя, например, нижнего 5 направляющего подшипника его поднимают вверх со штатного места вместе с вкладышами, перемещая вдоль свободной части вала 1 до тех пор, пока подшипник не станет легко доступен. Чтобы зафиксировать его в таком положении, под него заводят и закрепляют на валу разборную монтажную подставку 17. Если заменяемый подшипник - штатный, имеющий разборную обечайку с прочно закрепленными внутренними вкладышами, обечайку разнимают и вместе с вкладышами удаляют.

Внешний разъемный корпус 7 устанавливаемого подшипника 5 опускают на отцентрированное относительно вертикального вала штатное место водовода насоса. На освободившееся место на монтажной подставке 17 устанавливают, например, правую половину 18 сепаратора 9. Левую половину 19 сепаратора 9 заводят сверху по валу таким образом, чтобы ее «ласточкин хвоста 10 вошел в ответный паз 11 правой половины 18, и опускают, скользя по этому пазу, до монтажной подставки 17. Предварительно паз смазывают клеящим веществом, например капролоновым, а часть вала, на которой монтируют подшипник, оборачивают пленкой 20, например полиэтиленовой, чтобы не запачкать его клеем.

После склеивания половин 18 и 19 сепаратора 9 в его пазы устанавливают ролики 12, снимают монтажную подставку 17 и опускают собранный сепаратор в корпус 7 подшипника на штатное место.

Если заменяемый подшипник роликовый, то процесс его демонтажа и монтажа следующий. Из корпуса 7 подшипника вынимают сепаратор с роликами и оценивают их состояние. В случае отсутствия повреждений сепаратор с роликами опускают обратно в корпус 7 подшипника. Если при осмотре роликов выявлены, например, деформированные или изношенные ролики, то их заменяют. Если необходимо заменить сепаратор, его разрушают, подняв на монтажную подставку, и устанавливают новый сепаратор описанным выше способом.

Аналогично производят демонтаж заменяемого и монтаж устанавливаемого верхнего 3 направляющего подшипника.

Таким образом, предлагаемая конструкция подшипниковой опоры и способ ее установки позволяют увеличить срок ее службы и упростить и сократить время ее установки.