УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ
THRUST PLAIN BEARING

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции упорного гидродинамического подшипника скольжения, который может найти применение в центробежных и винтовых компрессорных машинах, имеющих высокие осевые нагрузки.
Из уровня техники известны самоустанавливающиеся подшипники на сферических опорах, которые применяют при недостаточно жестких валах и корпусах. Опорные сферические поверхности подшипника и корпуса изготавливают из материалов, образующих антифрикционную пару. При установке в стальной корпус подшипник выполняют из бронзы или заливают его поверхность свинцовистой бронзой, к опорной рабочей поверхности обязателен подвод масла, желательно под давлением, для чего на поверхности сферы проделывают масляные каналы, обеспечивающие определенный гидростатический эффект, облегчающий самоустановку сферы. (П.И.Орлов, Основы конструирования, том 2, М.Машиностроение, 1988, стр.372-373, 385-387, 399-404). В простейших конструкциях гидравлических опор скольжения путем упора в сферу с центром по оси вращения вала, подпитка масляной подушки осуществляется посредством игольчатого клапана, управляемого валом, (см. там же, стр.386-397). Недостатком гидравлических подпятников является высокое давление масла, относительно большая мощность, расходуемая на создание масляной подушки и недостаточно точная фиксация вала в осевом направлении.
Из уровня техники также известен турбокомпрессор, в корпусе которого установлен узел опорно-упорного подшипника (см. RU 2290543 С2, F04D 17/00, 27.12.2006), состоящий из несущего стального корпуса, втулки из высоко-оловянистой бронзы, упругой опоры и подпятника. Масло к подшипникам турбокомпрессора подается из системы смазки двигателя, при этом, уплотнение компрессора препятствует уносу масла из полости упорно-опорного подшипника (9), установленного в его корпусе. Однако такая конструкция упорного подшипника скольжения не предусматривает системы, создающей расчетное гидростатическое давление в масляном слое рабочей поверхности подшипника со стороны опоры, что отражается на низком сроке службы подшипника.
Наиболее близкой к предложенной является конструкция упорного подшипника скольжения для винтового компрессора (JP 56014890 А, опуб. 13.02.1981), в состав которой входит несущая стальная втулка, установленная в корпусе компрессора, втулка выполнена с вогнутой сферической рабочей поверхностью, на которую тыльной стороной опирается своей сферической поверхностью подпятник, при этом, осевая сила, действующая на ротор, передается на рабочую поверхность подпятника. К недостаткам описанной конструкции следует отнести трудности в выравнивании давления при самоустановке сферических поверхностей несущей втулки и подпятника при высоких осевых нагрузках на ротор, а также влияние неточности изготовления сопрягаемых поверхностей на несущую способность опоры.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение работоспособности, надежности и долговечности упорного подшипника скольжения в условиях работы при высоких нагрузках на ротор.
Технический результат достигается тем, что в упорном подшипнике скольжения, содержащем пяту, подпятник, несущую втулку со сферической упорной поверхностью, на которую сферической поверхностью своей тыльной стороны опирается подпятник, выполненный из антифрикционного материала, согласно предложению между пятой и подпятником имеется масляный зазор, а подпятник выполнен с равномерно расположенными по окружности, по меньшей мере, тремя карманами на тыльной стороне и масляными каналами, сообщающими соответствующие карманы с масляным зазором между пятой и подпятником.
Кроме того, карманы могут быть выполнены в виде радиальных сегментных прорезей.
Предлагаемая конструкция упорного подшипника скольжения с гидростатической смазкой сферической поверхности подпятника позволит повысить надежность работы подшипника, увеличивая его долговечность, а также снизить напряжения, возникающие при контакте двух сфер, за счет равномерного масляного зазора в замкнутой полости.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 показан предлагаемый упорный подшипник скольжения, осевой разрез.
На фиг.2 - вид на подпятник по стрелке Г на фиг.1.
Упорный подшипник скольжения содержит несущую стальную втулку 1 со сферической упорной поверхностью А, установленную в корпусе 2 центробежного или винтового компрессора. На сферическую поверхность А втулки 1 сферической поверхностью своей тыльной стороны опирается подпятник 3, выполненный из антифрикционного материала (латунь, Бронза). Между пятой 4 и подпятником 3 имеется масляный зазор. Подпятник 3 выполнен с равномерно расположенными по окружности, по меньшей мере, тремя карманами 6 на тыльной стороне и масляными каналами 7, сообщающими соответствующие карманы 6 с масляным зазором между пятой 4 и подпятником 4. Каждый карман 6 может быть выполнен, например, в виде узкого радиально расположенного сегментного паза.
Осевая сила, действующая на ротор 8 компрессора, передается пятой 4 на рабочую поверхность Б подпятника 3. Равномерность зазора и толщины смазочной пленки между рабочей поверхностью Б подпятника 3 и рабочей поверхностью В пяты 4 обеспечивается за счет взаимной самоустановки сферической поверхности А несущей втулки 1 и подпятника 3. Этим обеспечивается стабильность работы подшипника.
Для обеспечения беспрепятственной самоустановки сферической поверхности А подпятника 3 относительно сферической поверхности А несущей втулки 1 часть гидродинамического давления масла от рабочей поверхности Б подпятника 3 перераспределяется на тыльную сферическую поверхность А подпятника 3 за счет выполнения в подпятнике 3 масляных каналов 7, по меньшей мере, трех, через которые масло поступает в карманы 6, при этом число каналов 7 равно числу карманов 6.
В зависимости от конструктивного выполнения и режима работы подшипника подбираются геометрические размеры и число гидростатических каналов 7 и карманов 6, от параметров которых будет зависеть давление в карманах 6, и соответственно давление масла в масляном зазоре на тыльной поверхности подпятника 3, которое будет определять режим максимальной несущей способности предложенной конструкции.
При работе такого подшипника на рабочей поверхности Б подпятника 3 возникает значительное гидродинамическое давление в масляном слое, при этом, в зависимости от режима работы подшипника это давление может достигать до 100 кгс/см в связи с чем, расчетное гидростатическое давление масла в гидростатическом кармане 6 будет обеспечиваться образованием масляной пленки толщиной 100-380 мкм между сопрягаемыми сферическими поверхностями А втулки 1 и подпятника 3, в результате чего произойдет взаимная самоустановка этих поверхностей, а также увеличится ресурс работы подшипника.