УСТРОЙСТВО РАЗГРУЗКИ ПОДШИПНИКОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИНАХ
DEVICE FOR UNLOADING BEARINGS IN POWER MACHINES

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к компрессорным машинам, насосам, двигателям и т.д., выполненным в масляном или безмасляном исполнении.
Известно устройство разгрузки опор вращающегося вала, содержащее опоры вращения, предназначенные для установки в них вала, средство контроля положения вала, выполненное, по крайней мере, в виде трех равномерно расположенных по окружности датчиков, средство перемещения, включающее, по крайней мере, три равномерно расположенные по окружности механизма нагружения, причем датчики и механизмы нагружения установлены со смещением от опоры вдоль ее оси, а исполнительные звенья механизмов нагружения размещены в плоскости, перпендикулярной оси опор (авт. св. СССР №1650972, кл. F16С 39/06, 1963). Недостатком данного изобретения является механический контакт механизма нагружения и ротора, что увеличивает потери мощности на механическое трение в энергетической машине, а также увеличивает изнашивание средства перемещения вала, что снижает долговечность данного устройства и энергетической машины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство разгрузки радиально-упорных и радиальных подшипников, выполненное в винтовом компрессоре (авт. св. России №2096664, кл. F04С 18/16, 1997), содержащем стороны высокого и низкого давления масла, отличающееся тем, что в компрессор устанавливаются масляный насос с маслоохладителем, уплотнительные втулки, у каждой из которых имеется одна проточка, выполненная эксцентрично каждому валу, а в корпусе со стороны всасывания над каждым разгрузочным диском также выполнена проточка, при этом центры всех проточек смещены относительно осей роторов, в котором с помощью подачи масла со стороны высокого давления в образованные полости разгружаются радиально-упорные и радиальные подшипники.
Указанное устройство позволяет разгрузить радиально-упорные и радиальные подшипники винтового компрессора только от газовых сил. Недостатком прототипа является невозможность разгружать указанные подшипники от сил тяжести роторов, которые изменяют свое значение и направление при различной ориентации машины в пространстве, в том числе переменной во времени. Кроме того указанное устройство не позволяет полностью разгрузить радиально-упорные и радиальные подшипники от действия газовых сил при переменных режимах эксплуатации машины, когда газовые силы могут менять свое значение, в том числе переменное во времени. Тогда ресурс подшипниковых узлов энергетической машины, в частности винтового компрессора, определяется пространственной ориентацией машины и режимом эксплуатации, при которых нагрузки на подшипниковые узлы увеличиваются, что приводит к снижению их ресурса.
Технической задачей данного изобретения является увеличение ресурса энергетической машины путем разгрузки радиальных, радиально-упорных и упорных подшипников при переменных во времени нагружающих усилиях как по модулю, так и по направлению в случае изменения режима работы энергетической машины или ее ориентации в пространстве.
Указанная техническая задача решается тем, что в разгрузочном устройстве устанавливаются уплотнительные элементы, которые образуют несколько симметрично расположенных отдельных секций в зазоре между корпусом и разгрузочным диском. Каждая из отдельных секций сообщается каналами с полостями высокого и низкого давления, и в каждом канале установлен переключатель потока и регулируемое дроссельное устройство.
На фиг.1 изображен поперечный разрез устройства разгрузки подшипников, на фиг.2, 3 - продольные разрезы по одному из уплотнительных элементов и по одному из каналов соответственно.
Устройство разгрузки подшипников в радиальной плоскости включает в себя разгрузочный диск 1, установленный на ротор энергетической машины, корпус с камерой 2, в котором размещен разгрузочный диск 1, уплотнительные элементы 3, поджатые пружинами 4 к разгрузочному диску 1 по цилиндрической поверхности, а также полости высокого и низкого давления рабочего тела (газа или жидкости) (условно не показаны). При этом между цилиндрической поверхностью разгрузочного диска 1, стенками корпуса 2 и уплотнительными элементами 3 образованы симметрично расположенные отдельные секции 8, которые сообщаются каналами 7 с полостями высокого и низкого давления. В каждом канале 7 установлен переключатель потока 6, сообщающий или разобщающий отдельные секции 8 со сторонами высокого или низкого давления и регулируемое дроссельное устройство 5, которые поддерживают требуемое давление в отдельной секции 8, ограниченной цилиндрической поверхностью разгрузочного диска 1, стенками корпуса 2 и уплотнительных элементов 3.
Устройство разгрузки подшипников в осевом направлении включает в себя разгрузочный диск 1, установленный на ротор энергетической машины, корпус с камерой 2, в котором размещен разгрузочный диск 1, уплотнительные элементы 9, поджатые пружинами 10 к разгрузочному диску 1 по торцевым поверхностям, а также полости высокого и низкого давления рабочего тела (газа или жидкости) (условно не показаны). При этом между торцевыми поверхностями разгрузочного диска 1, стенками корпуса 2 и уплотнительными элементами 9 образованы симметрично расположенные отдельные секции 11, которые сообщаются каналами 12 с полостями высокого и низкого давления. В каждом канале 12 установлен переключатель потока 13, сообщающий или разобщающий отдельные секции 11 со сторонами высокого или низкого давления и регулируемое дроссельное устройство 14, которые поддерживают требуемое давление в отдельной секции 11, ограниченной торцевыми поверхностями разгрузочного диска 1, стенками корпуса 2 и уплотнительных элементов 9.
Устройство разгрузки подшипников в энергетической машине в радиальной плоскости работает следующим образом. При работе энергетической машины на радиальных и радиально-упорных подшипниках возникают радиальные усилия от давления газа, который воздействует на поверхности элементов энергетической машины, а также усилия от тяжести роторов. При этом в случае изменения режимов работы (например, давления нагнетания компрессорных машин, насосов и т.д.) или изменения пространственной ориентации ротора энергетической машины (компрессорных машин, насосов, в том числе работающих в составе мобильных установок, двигателей и т.д.), радиальные усилия могут изменять свое направление и величину, характер изменения которых может быть постоянным или переменным во времени. При этом рабочее тело под требуемым давлением, поддерживаемым благодаря сторонам высокого и низкого давления, переключателям потока 6 и регулируемым дроссельным устройствам 5, подается по каналам 7 в отдельные секции 8. При этом результирующее усилие, создаваемое устройством разгрузки в радиальной плоскости, возникающее от сил, действующих в отдельных секциях 8, создаваемых давлением рабочего тела на цилиндрическую поверхность разгрузочного диска, разгружает радиальные и радиально-упорные подшипники, установленные в энергетической машине, от действия переменных по значению и направлению радиальных усилий.
Устройство разгрузки подшипников в энергетической машине в осевом направлении работает следующим образом. При работе энергетической машины на упорных и радиально-упорных подшипниках возникают осевые усилия от давления газа, который воздействует на поверхности элементов энергетической машины, а также усилия от тяжести роторов. При этом в случае изменения режимов работы (например, давления нагнетания компрессорных машин, насосов и т.д.) или изменения пространственной ориентации ротора энергетической машины (компрессорных машин, насосов, в том числе работающих в составе мобильных установок, двигателей и т.д.), осевые усилия могут изменять свое направление и величину, характер изменения которых может быть постоянным или переменным во времени. При этом рабочее тело под требуемым давлением, поддерживаемым благодаря сторонам высокого и низкого давления, переключателям потока 13 и регулируемым дроссельным устройствам 14, подается по каналам 12 в отдельные секции 11. Результирующее усилие, создаваемое устройством разгрузки в осевом направлении, возникающее от сил, действующих в отдельных секциях 11, создаваемых давлением рабочего тела на торцевые поверхности разгрузочного диска, разгружает упорные и радиально-упорные подшипники, установленные в энергетической машине, от действия переменных по значению и направлению осевых усилий.
Устройство разгрузки может быть автоматизировано с помощью известных средств управления процессом нагружения отдельных секций (например, установкой бесконтактных датчиков положения ротора, блоком сравнения сигналов, задатчиком эталонного сигнала, усилителей и системой управления нагружением отдельных секций), реализованных, например, в устройстве разгрузки опор вращающегося вала, принятого в качестве аналога, с целью отслеживания и компенсации быстро меняющихся во времени усилий со стороны ротора. В процессе работы ротора при изменении его положения относительно опоры сигнал, пропорциональный величине рабочего зазора между ротором и якорем бесконтактного датчика положения, поступает в блок сравнения сигналов, туда же вводится сигнал задатчика, соответствующий заданному положению ротора. При неравенстве указанных сигналов на выходе блока сравнения появляется напряжение, пропорциональное разности сигналов, которое, пройдя усилитель, подается в систему управления механизма нагружения, обеспечивающую соответствующее поданному сигналу давление в отдельной секции.
При разгрузке радиальных, упорных и радиально-упорных подшипников на основе организации давлений в отдельных симметрично расположенных относительно разгрузочного диска секциях, воздействующих на цилиндрическую и торцевые поверхности разгрузочного диска, при помощи корпуса, разгружающего диска и уплотнительных элементов, при подаче в них рабочего тела под требуемым давлением благодаря переключателю потока, сторонам высокого и низкого давления и регулируемому дроссельному устройству возрастает долговечность радиальных, упорных и радиально-упорных подшипников и значит ресурс энергетической машины при различных режимах эксплуатации, при различной пространственной ориентации, в том числе, если эти условия переменны во времени.