Приводная коническая втулка для упорного подшипника
DRIVE CONICAL BUSHING FOR THRUST BEARING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Данное изобретение относится, в целом, к области техники, связанной с насосными установками и, более конкретно, к устройству и способу для присоединения упорного диска к валу.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[002] Горизонтальные насосные установки используются в различных отраслях промышленности с различными целями. Например, в нефтегазовой промышленности горизонтальные насосные установки используют для перекачивания текучих сред, таких как вода, отделенная от нефти, к удаленному на расстояние месту назначения, такому как резервуар или скважина для сброса промысловых сточных вод. Обычно горизонтальные насосные установки содержат насос, двигатель и всасывающий корпус, расположенный между насосом и двигателем. Между двигателем и всасывающим корпусом также расположена подшипниковая камера.
[003] Во время эксплуатации насос создает осевое усилие, передаваемое вдоль вала к подшипниковой камере. Подшипниковая камера противодействует осевому усилию, создаваемому насосом, и ограничивает осевое смещение вала. Подшипниковая камера содержит упорный диск, присоединенный к вращающемуся валу, и закрепленный осевой подшипник. Вращающийся упорный диск прижимается к осевому подшипнику, снимая нагрузку, обусловленную осевым усилием, создаваемым насосом.
[004] В известных конструкциях упорный диск присоединяют к валу для создания вращательного соединения, используя конструкцию шпонка и паз в сочетании со своего рода кольцом на валу, в виде осевого соединения. Несмотря на то, что конструкция шпонка-паз-кольцо получила широкое применение, использование этой конструкции может быть нежелательным вследствие того, что она допускает некоторую степень радиального перемещения между валом и упорным диском, а также возникновение дисбаланса. При повышенных скоростях вращения упорный диск может смещаться в радиальном направлении, что дополнительно ухудшает состояние дисбаланса. Это обстоятельство может привести к повышенному износу упорного диска и к возникновению избыточной вибрации вала, что в свою очередь может вызывать изнашивание соединительных компонентов, приводящее в результате к повреждению соединения. Следовательно, существует потребность в усовершенствованном устройстве для прикрепления упорного диска к валу.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[005] В предпочтительном варианте выполнения данное изобретение содержит упорный подшипник, выполненный с возможностью уменьшения осевого смещения вала. Упорный подшипник содержит закрепленный осевой подшипник, упорный диск, расположенный смежно с осевым подшипником, и приводную коническую втулку. Упорный диск содержит центральный проход. Приводная коническая втулка имеет внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом, и наружную поверхность, находящуюся в контакте с центральным проходом упорного диска. Приводная коническая втулка имеет сужающуюся наружную поверхность, воздействующую с зажимным усилием в радиальном направлении на упорный диск, когда приводная коническая втулка находится во взаимодействии с центральным проходом.
[006] В другом аспекте предпочтительные варианты выполнения содержат горизонтальную насосную установку, содержащую двигатель, насос, приводимый в действие двигателем, и подшипниковую камеру, присоединенную между двигателем и насосом. Подшипниковая камера предпочтительно содержит корпус, вал, проходящий через корпус, и упорный подшипник. Упорный подшипник содержит упорный диск, имеющий центральный проход, и приводную коническую втулку, имеющую внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом подшипниковой камеры, и наружную поверхность, находящуюся в контакте с центральным проходом.
[007] В еще одном аспекте предпочтительные варианты выполнения содержат подшипниковую камеру, используемую в горизонтальной насосной установке. Подшипниковая камера содержит корпус, вал, проходящий через корпус, и упорный подшипник, который содержит приводную коническую втулку, имеющую внутреннюю поверхность, находящуюся в контакте с валом подшипниковой камеры, и наружную поверхность. Упорный подшипник дополнительно содержит упорный диск, имеющий центральный проход, находящийся в контакте с наружной поверхностью указанной втулки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[008] Фиг. 1 изображает вид сбоку горизонтальной насосной установки, выполненной в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом выполнения.
[009] Фиг. 2 изображает вид в аксонометрии сбоку подшипниковой камеры горизонтальной насосной установки, показанной на фиг. 1.
[010] Фиг. 3 изображает продольный разрез подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.
[011] Фиг. 4 изображает частичный разрез упорного подшипника и вала подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.
[012] Фиг. 5 изображает покомпонентный вид упорного подшипника, вала и шариковых подшипников.
[013] Фиг. 6 изображает вид в аксонометрии приводной конической втулки упорного подшипника, показанного на фиг. 5.
[014] Фиг. 7 изображает разрез упорного диска упорного подшипника, показанного на фиг. 5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[015] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения фиг. 1 изображает вид сбоку горизонтальной насосной установки 100. Установка 100 содержит двигатель 102, всасывающий корпус 104, насос 106 и подшипниковую камеру 108. Всасывающий корпус 104 присоединен между насосом 106 и подшипниковой камерой 108. Подшипниковая камера 108 присоединена между всасывающим корпусом 104 и двигателем 102. Как правило, двигатель 102 приводит в действие насос 106 с помощью последовательности валов (на фиг. 1 не показанных), проходящих через подшипниковую камеру 108 и всасывающий корпус 104. Перекачиваемые текучие среды направляются к всасывающему корпусу 104 и подвергаются сжатию с помощью насоса 106. В предпочтительном варианте выполнения насос 106 является центробежным. В особо предпочтительном варианте выполнения насос 106 является многоступенчатым центробежным насосом.
[016] Обратимся к фиг. 2, на котором показан вид в аксонометрии подшипниковой камеры 108. Камера 108 содержит первый корпус 110, второй корпус 112 и вал 114. Вал 114 подшипниковой камеры выполнен с возможностью передачи вращающего момента от двигателя 102 к короткому валу (не показанному), проходящему во всасывающий корпус 104. Первый и второй корпусы 110, 112 выполнены с возможностью совместного закрепления посредством крепежных элементов 116. Первый и второй корпусы 110, 112 вместе содержат внутренние компоненты подшипниковой камеры 108.
[017] Обратимся к фиг. 3, на котором показан разрез подшипниковой камеры 108. Камера 108 содержит упорный подшипник 118 и пару радиальных подшипников 120а, 120b. Радиальные подшипники 124а, 124b предпочтительно расположены на противоположных сторонах от упорного подшипника 118 и поддерживают в радиальном направлении вал 114 подшипниковой камеры. В особо предпочтительном варианте выполнения радиальные подшипники 120а, 120b являются шариковыми подшипниками, содержащими наружное кольцо с канавкой качения, закрепленное внутри либо первого корпуса 110, либо второго корпуса 112, и внутреннее кольцо с канавкой качения, прикрепленное к валу 114. Как отмечено на фиг. 3, вал 114 содержит заплечик 115, прилегающий к подшипнику 118.
[018] Как более отчетливо показано на фиг. 4 и 5, подшипник 118 содержит упорный диск 122, приводную коническую втулку 124, стопорную шайбу 126, стопорное кольцо 128 с внутренней резьбой и осевой подшипник 130. Осевой подшипник 130 предпочтительно содержит упорные колодки 132 и неподвижно закреплен во внутренней части первого корпуса 110. В полностью собранном состоянии упорный диск 122 размещен в непосредственной близости от упорных колодок 132, расположенных на осевом подшипнике 130. В предпочтительных в настоящее время вариантах выполнения подшипник 118 действует как гидродинамический подшипник, который в оптимальном случае содержит некоторое количество текучей среды, находящейся между осевым подшипником 130 и упорным диском 122. Гидродинамический подшипник обеспечивает устойчивую антифрикционную контактную поверхность между упорным диском 122 и осевым подшипником 130.
[019] В отличие от известных упорных подшипников упорный диск 122 в предпочтительных вариантах выполнения прикреплен к валу 114 подшипниковой камеры посредством приводной конической втулки 124. Как лучше всего изображено на фиг. 6, приводная втулка 124 имеет конусообразную основную часть 134, имеющую первый конец 136 и второй конец 138. Конусообразная основная часть 134 имеет внутреннюю поверхность 140 с по существу постоянным диаметром и наружную поверхность 142, сужающуюся по толщине от первого конца 136 ко второму концу 138. Приводная втулка 124 предпочтительно имеет выступ 144, проходящий в радиальном наружном направлении от наружной поверхности 142 смежно с первым концом 136. Втулка 124, как вариант, имеет канал 146, проходящий продольно через выступ и конусообразную основную часть 134 и обеспечивающий втулке 124 свободу для сжатия в диаметре по мере ее продвижения в упорный диск 122.
[020] Обратимся к фиг. 7, на котором показан вид в разрезе упорного диска 122. Упорный диск 122, в целом, является тороидальным и имеет центральный проход 150, выполненный с возможностью плотного прилегания к приводной втулке 124. В предпочтительных вариантах выполнения центральный проход 150 имеет ступенчатый профиль, образованный двумя или более различными внутренними диаметрами. В особенно предпочтительном варианте выполнения, изображенном на фиг. 7, проход в упорном диске 122 имеет первый участок 150а с первым диаметром 152а, второй участок 150b со вторым диаметром 152b и третий участок 150с с третьим диаметром 152с.
[021] Третий диаметр 152с меньше первого диаметра 152а, а первый диаметр 152а меньше второго диаметра 152b. Первый диаметр 152а номинально имеет ту же величину, что и диаметр наружной поверхности 142 первого конца 136 втулки 124. Третий диаметр 152с номинально имеет ту же величину, что и диаметр наружной поверхности 142 второго конца 138 втулки 124. Профиль центрального прохода 150 упорного диска 122 обеспечивает плотную посадку между втулкой 124 и упорным диском 122. Дополнительно, «рельеф», создаваемый вторым участком 150b прохода, обеспечивает контакт между упорным диском 122 и втулкой 124, сосредоточенный на первом и третьем участках 150а, 150с прохода. Направление контакта между втулкой 124 и упорным диском 122 к наружным краям уменьшает вероятность осевого дисбаланса или перекоса, который может возникнуть в противном случае.
[022] Обратимся теперь к фиг. 3-7, на которых показано, что во время сборки упорного подшипника 118 упорный диск размещают на валу 114 подшипниковой камеры. Затем на конце вала 114 размещают втулку 124. По мере приближения втулки 124 к упорному диску 122 и вхождения с ним в соединение конусообразная основная часть 134 втулки 124 воздействует с направленным в наружном направлении усилием на упорный диск 122 с обеспечением тем самым радиального центрирования упорного диска 122 на валу 114. Таким образом, втулка 124 обеспечивает по существу равномерное зажимное усилие для закрепления упорного диска 122 в соединении с валом 114 подшипниковой камеры. Втулка 124 также воздействует с осевым усилием на упорный диск 122, прижимая его к заплечику 115 вала. Этот контакт обеспечивает возможность передачи заплечиком 115 осевой нагрузки, создаваемой насосом 106, к упорному диску 122.
[023] Затем размещают стопорную шайбу 126 и стопорное кольцо 128 на конце вала 114 подшипниковой камеры. Стопорное кольцо 128 выполнено с возможностью навинчивания на участок вала 114 смежно с упорным диском 122. Стопорное кольцо 128 воздействует с осевым усилием на втулку 124, так что втулка 124 входит во внутреннюю часть упорного диска 122. Посадка на конус ограничивает длину контакта между приводной втулкой 124 и упорным диском 122. Стопорная шайба 126 препятствует отвинчиванию стопорного кольца 128 во время эксплуатации. После центрирования упорного диска 122 и его закрепления в требуемом положении на валу 114 подшипниковой камеры вал 114 и упорный диск 122 в собранном состоянии могут быть установлены во внутренней части первого корпуса для введения упорного диска 122 на место смежно с осевым подшипником 130. Затем во внутренней части камеры 108 могут быть установлены радиальные подшипники 120 и остальные компоненты.
[024] Таким образом, приводная коническая втулка 124 и сопрягающийся с ней упорный диск 122 обеспечивают надежную и облегченную конструкцию для центрирования и прикрепления упорного диска 122 к валу 114 подшипниковой камеры. Подшипник 118 предпочтительных вариантов выполнения является менее чувствительным к случайному радиальному и осевому перемещению по сравнению с упорными дисками, закрепляемыми с использованием известных устройств шпонка-паз-кольцо. Соответственно, использование конической втулки 124 и сопрягающегося с ней упорного диска 122 является существенным усовершенствованием по сравнению с предшествующим уровнем техники.
[025] Следует понимать, что даже несмотря на то, что в вышеприведенном описании были изложены многочисленные характеристики и преимущества различных вариантов выполнения изобретения совместно с деталями конструкции и функциями различных вариантов его выполнения, тем не менее, это описание является лишь иллюстративным, при этом возможно внесение изменений в деталях, особенно в вопросах, касающихся конструкции и расположения ее частей, в пределах основополагающих идей данного изобретения, в полной мере отображенных общепринятым значением терминов, в которых изложена прилагаемая формула изобретения. Специалистам должно быть очевидным, что основные идеи данного изобретения могут быть применены к другим установками без отклонения от объема правовой охраны и сущности данного изобретения.