УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в энергетике, судостроении, металлургии, для обеспечения долговечной, надежной работы оборудования (турбины, компрессоры, двигательные установки, центрифуги и т.д.) с возможностью редких остановок, при более простой в изготовлении и обслуживании конструкции упорного подшипника.
Известный упорный подшипник жидкостного трения Мичелля [1, с. 102-106], [2, с. 84-86], состоящий из двух металлических вкладышей (корпусов), внутри которых расположены две упорных шайбы - неподвижная и вращающаяся вместе с валом. Между шайбами кольцеобразно расположен ряд стальных или бронзовых колодок (сегментов), залитых с рабочей стороны тонким слоем баббита. Каждый сегмент на противоположной стороне, которая залита баббитом, имеет ребро, относительно которого он может, в пределах нескольких градусов, поворачиваться. Во время вращения упорной шайбы, установленной на валу, масло вовлекается в зазор между шайбой и сегментами, автоматически поворачивает сегменты вокруг ребер и формирует масляные клинья, создающие гидродинамические силы, уравновешивающие осевые нагрузки машины. Равномерно распределенные нагрузки по сегментам получают чаще всего опирая их на упругие кольца, или на рычаги, или на шарики [2, с. 85].
Недостатком данного подшипника является сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления деталей и их монтажу. Кроме того, такой подщипник плохо переносит резкие перегрузки [1, с. 464-465], что может привести к серьезным авариям [1, с. 467-470].
Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату является упорный подшипник жидкостного трения [2, с. 84-86, фиг. 24, фиг. 25], рабочая часть которого состоит из пяты в виде кольца, установленного на валу, с гладкой рабочей поверхностью и кольцевого подпятника, опирающегося на корпус машины и имеющего со стороны пяты неподвижные сегменты, каждый из которых образован двумя плоскостями: параллельной рабочей плоскости пяты и наклонной к этой же плоскости. Наклоняя поверхность каждого сегмента при вращении пяты, за счет увлекаемого ею масла, формирует масляный клин, создает гидродинамическую силу поддержания пяты.
Известный упорный подшипник жидкостного трения требует высокой точности обработки для сегментов подпятника, которая достигается несколькими операциями - черновым и чистовым фрезерованием, черновым и чистовым шлифованием, доводкой (получением плоских вершин микронеровностей). В связи с тем, что сегменты выполняются без термообработки, этот подшипник нельзя использовать в режимах работы с пусками и остановками, во время которых он работает в условиях полусухого трения, что приводит к износу сырых рабочих поверхностей и, соответственно, снижению надежности работы машины в целом. Наклонная поверхность каждого сегмента данного подшипника располагается по радиусу, что создает движение масла в клиновой полости под углом к наклонной поверхности значительно меньше 90°. Этим снижается эффективность масляного клина сегмента (его грузоподъемность).
Задачей полезной модели является создание упорного подшипника жидкостного трения, могущего работать при незначительном количестве пусков и остановок, не боящегося кратковременных перегрузок и не требующего высокоточного станочного оборудования и многочисленных операций при его изготовлении, не нуждающегося в доводке и простого в монтаже и эксплуатации.
0
max
1
0
max
2
0
max
Поставленная задача достигается тем, что в упорном подшипнике жидкостного трения, включающем кольцевую пяту с гладкой рабочей закаленной поверхностью и кольцевой подпятник, расположенные в корпусе машины, согласно полезной модели, на рабочей поверхности подпятника расположены выпуклые валики из мелкоигольчатого мартенсита, боковые поверхности которых образуют совместно с пятой клинья, при этом валики расположены на рабочей поверхности подпятника под углом 10°÷30° к радиальному направлению и отклонены навстречу вращению пяты, тянутся от внутреннего диаметра D пяты до наружного диаметра D, образуя первую систему, на диаметре D=2D расположены начала валиков второй системы, продолжающиеся до наружного диаметра D и находящиеся посередине между валиками первой системы, а на диаметре D=4Dрасположены начала валиков третьей системы, продолжающиеся до наружного диаметра D и находящиеся посередине между валиками первой и второй систем, при этом валики всех трех систем на диаметрах соответствующих началам валиков отстоят друг от друга на расстоянии L=(1.5÷3)h, где h - ширина мартенситного валика.
Выполнение мартенситных валиков на рабочей поверхности износостойких пар трения на изделиях из конструкционных сталей, известно (см. патент РФ №2486002), однако такое расположение валиков возможно только для изделий работающих в тяжелых условиях с возвратно-поступательным движением.
На фиг. 1 показана схема упорного подшипника (разрез); на фиг. 2 - расположение мартенситных валиков на подпятнике нереверсивного упорного подшипника жидкостного трения; на фиг. 3 положение валиков относительно друг друга в начале любой системы.
В предлагаемом подшипнике на валу машины установлена пята 1 выполненная из конструкционной стали, закаленная Т.В.Ч. со стороны рабочей поверхности 3 и подвергнутая шлифовке. Подпятник 2 опирается сферической поверхностью в корпус машины 4 и удерживается от поворота установочным болтом 5, на фиг. 3 обозначено 6 - поперечное сечение валика; между валиками пространство заполнено маслом; m - высота валика над поверхностью подпятника m=(0,3-1,5) мм; h - ширина валика, C - опорная поверхность валика. C=(h-2d); d - длина масляного клина d=3-4 мм; L - расстояние между валиками (минимальное) L=(1,5-3)h.
Масло подается через центральное отверстие в подпятнике, создает гидродинамические силы поддержания пяты на клиповых поверхностях мартенситных валиков и уходит в циркуляционную систему.
0
max
1
0
max
2
0
max
Валики расположены на рабочей поверхности подпятника под углом 10°÷30° к радиальному направлению и отклонены навстречу вращению пяты, тянутся от внутреннего диаметра D пяты до наружного диаметра D, образуя первую систему, на диаметре D=2D расположены начала валиков второй системы, продолжающиеся до наружного диаметра D и находящиеся посередине между валиками первой системы, а на диаметре D=4D расположены начала валиков третьей системы, продолжающиеся до наружного диаметра D и находящиеся посередине между валиками первой и второй систем, при этом валики всех трех систем на диаметрах соответствующих началам валиков отстоят друг от друга на расстоянии L=(1.5÷3)h, где h - ширина мартенситного валика.
Подшипник работает следующим образом. Перед началом работы в центральное отверстие подпятника подают масло под давлением 150-200 КПа, которое заполняет масляные карманы между мартенситными валиками, после чего запускают машину вхолостую и окружную скорость подшипника доводят до значений выше 2-3 м/с. Масло, увлекаемое вращающейся пятой, втягивается в сужающийся клиновой зазор между пятой и наклонными бортами мартенситных валиков трех система а, 6, в, фиг. 2, где и создает гидродинамические силы поддержания. Пята «всплывает» (образует зазор) над опорными поверхностями валиков С (фиг. 3), полусухое трение переходит в жидкостное трение. После этого дают нагрузку машине и технологические осевые нагрузки полностью воспринимаются гидродинамическими силами поддержания. В связи с симметричным расположением мартенситных валиков на рабочей поверхности подпятника, направление вращения пяты может быть как по часовой стрелке, так и против.
Расположенные под углом α=10-30° (фиг. 2) к радиальному направлению мартенситные валики при вращении подшипника создают результирующее направление движение масла близкое к 90° по отношению к валикам, что является оптимальным для образования гидродинамических сил поддержания.
При случайных чрезмерных нагрузках, а также в случае аварийных ситуаций, подшипник переходит в условия работы с полусухим трением. Опорные поверхности валиков C (фиг. 3) нагреваются, однако они могут работать до тех пор, пока не начнется структурное превращение мелкоигольчатого мартенсита трения в аустенит (это соответствует массовой температуре в 840°C) на что необходимо достаточно времени, чтобы остановить машину и предотвратить аварию.
Работа подшипника заметно стабилизируется когда опорные поверхности C (фиг. 4) подвергают шлифовке и жидкостное трение наступает при меньших зазорах между закаленным слоем 2 (рабочей поверхностью) пяты и опорными поверхностями валиков C, причем все зазоры при этом практически одинаковы.
Источники информации:
1. С.М. Лосев. Паровые турбины и конденсационные устройства. Изд. Четвертое, переработанное и дополненное. НКТП СССР. Объединенное научно-техническое издательство. Главная редакция энергетической литературы. Москва - Ленинград. 1935. 528 с.
2. Детали машин. Сборник материалов по расчету и конструированию в двух книгах. Издание второе, исправленное и дополненное. Книга II, под редакцией д.т.н., проф. Н.С. Ачеркана. Машниз. Москва. 1953. 560 с.
3. RU 2466002 C1 МПК B23P/02 (2006.01)