ВТУЛКА ГИБРИДНОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО И ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА И СИСТЕМА СМАЗКИ ДЛЯ ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ
HYBRID HYDRODYNAMIC AND HYDROSTATIC BEARING BUSHING AND LUBRICATION SYSTEM FOR ROLLING MILL

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты выполнения данного изобретения относятся к смазываемым текучей средой подшипникам станины прокатной клети, на которые опираются шейки вращающихся прокатных валков, которые используются для прокатки металлов в длинные тонкие листы металла. В частности, варианты выполнения данного изобретения относятся к гибридным подшипникам, имеющим вкладыши гидростатического жидкостного подшипника внутри втулок гидродинамического подшипника, и к системам смазки, которые обеспечивают изолированный источник смазки под давлением для каждого соответствующего вкладыша подшипника.
Уровень техники
На фиг.1 показан известный узел 10 подшипника станины прокатной клети, на который опирается с возможностью вращения вращающийся прокатный валок 12 с помощью шейки 14 валка и дополняющей вращающейся опорной втулки 16. Узел 10 подшипника опирается на опорную подушку 18, которая в свою очередь опирается на станину прокатной клети (не изображена). Втулка 20 подшипника расположена между шейкой 14 валка/опорной втулкой 16 и опорной подушкой 18 и закреплена в подушке. Втулка 20 подшипника обеспечивает гидродинамическую поверхность опоры для полной гидродинамической смазки (т.е. самообразующийся слой пленки жидкой смазки под давлением между втулкой подшипника и опорной втулкой 16) в пределах предусмотренных рабочих параметров скорости вращения валка, прикладываемой радиальной нагрузки и вязкости смазки. В случае выхода любого их этих параметров за предусмотренные пределы, например, во время фазы запуска прокатной клети или медленном прокате с высокими нагрузками для достижения специальных металлургических свойств, возможно, что узел 10 подшипника не создает достаточной гидродинамической пленки жидкости для желаемой работы. Отсутствие пленки жидкости увеличивает опасность нежелаемого контакта металл-металл между втулкой подшипника и шейкой 14 валка/опорной втулкой 16 и опасность износа или повреждения подшипника. В прошлом, один или множество гидростатических вкладышей 30, 40 подшипника образовывали во втулке 20 подшипника. Гидростатические вкладыши 30, 40 подшипника соединены с источником 50 принудительной жидкой смазки с целью создания дополнительной пленки жидкой смазки между втулкой 20 подшипника и шейкой 14 валка/опорной втулкой 16. Подшипники с масляной пленкой, которые работают как с гидродинамическими, так и гидростатическими признаками, являются гибридными подшипниками с масляной пленкой. Такие подшипники работают лишь как «чисто» гидростатические подшипники при скорости 0 об/мин; при любой другой скорости они работают с гибридными характеристиками комбинированных гидростатических и гидродинамических подшипников.
Как показано на фиг.1 и 2, напорный источник 50 подает смазку в каждый из соответствующих вкладышей 30, 40 подшипника через общий канал 22 смазки, образованный в осевом конце втулки 20 подшипника, который разветвляется на соответствующие верхние по потоку каналы 32, 43, ограничители потока 34, 44 и нижние по потоку каналы 36, 46. Ограничители потока 34, 44 являются обычно соплами для вязкой жидкости, которые изолируют друг от друга соответствующие вкладыши 30, 40 подшипника в случае неожиданного прерывания пленки текучей среды в одном из вкладышей, что вызывает быстрый поток смазки через зону прерывания и опасность прерывания потока смазки к другому, в остальном исправно работающему вкладышу. Множество втулок 20 подшипника в станине прокатной клети используют совместно общий напорный подающий трубопровод 52, соединенный с одним или несколькими нагнетательными насосами 60. Насос 60 получает подготовленную жидкую смазку (например, охлажденное и фильтрованное масло желаемого диапазона вязкости) через вход 62 насоса и выдает с более высоким давлением масло через выход 64 насоса в общий подающий масло трубопровод 52. Известные подшипники станины прокатной клети показаны и пояснены в патентах US 5000584 и US 6468194, полное содержание которых включается в данное описание.
Как указывалось выше, одна или множество втулок 20 подшипника прокатной клети, имеющие множество вкладышей 30, 40 гидростатического подшипника, которые используют совместно общий напорный источник смазки (например, общий трубопровод 52), уменьшают опасность одновременной потери давления масла за счет утечки в общем источнике смазки посредством ограничения потери потока из каждого вкладыша 30, 40 подшипника с помощью контрольного клапана в месте соединения подающей трубы 50 и каналов 42 и 32 вкладышей (не изображены). В случае падения давления масла по потоку перед ограничителем 34, 44 потока частичное давление сохраняется в соответствующих верхних по потоку каналах 32, 42 смазки, так что соответствующий вкладыш подшипника способен сохранять пленку напорной текучей среды по меньшей мере в течение короткого промежутка времени. Аналогичным образом, ограничители потока 34, 44 замедляют напорный поток смазки в соответствующий вкладыш 30, 40 подшипника, в котором пропало давление. Например, при отсутствии ограничителей потока, если гидростатический вкладыш 30 подшипника не сохраняет пленку напорной текучей среды и испытывает быстрое падение давления, то скорость потока напорной смазки увеличивается в этот вкладыш подшипника, при этом, возможно, уменьшается подача масла в другой вкладыш 40 или другие подшипники, которые совместно используют общий напорный источник масла.
Ограничители 34, 44 потока по своей натуре оказывают сопротивление и воспрещают поток масла через них, когда увеличивается скорость потока, так что требуется дополнительное давление текучей среды для преодоления ограничения. При применении в обычной прокатной клети требуется дополнительное давление масла в 3000 фунт-силы на квадратный дюйм (20700 кПа) для преодоления ограничителей давления в виде сопел вязкой среды. Требуемое дополнительное давление приводит к необходимости увеличения нагнетательной способности системы и к повышению стоимости энергии для работы насосов.
Сущность изобретения
В соответствии с этим варианты выполнения данного изобретения включают гибридные гидродинамические/гидростатические подшипники прокатной клети с соответствующими выемками гидростатических вкладышей, которые обеспечивают прием напорной смазки из соответствующих изолированных источников смазки, на которые не влияют случаи потери давления смазки, связанные с другими выемками вкладышей. Подшипники прокатной клети согласно данному изобретению позволяют отказаться от ограничителей потока, соединенных с выемками гидростатического вкладыша, а также от источника подачи смазки с высоким давлением для преодоления сопротивления потоку, связанного с ограничителями потока. Работа подшипников согласно изобретению без ограничителей потока может снижать капитальные затраты за счет приобретения и использования насосов с более низким давлением смазки на выходе, а также уменьшать потребление энергии, необходимой для работы насосов с меньшим выходным давлением.
Согласно одному аспекту данного изобретения предлагается втулка гибридного гидродинамического/гидростатического жидкостного подшипника для прокатной клети типа, имеющего шейку валка. Втулка содержит по существу кольцевую оболочку, имеющую внутреннюю поверхность для размещения с возможностью вращения шейки валка прокатной клети. Множество выемок гидростатического вкладыша образованы на внутренней поверхности. Втулка подшипника имеет отдельный канал смазки в сообщении по текучей среде с каждым соответствующим гидростатическим вкладышем. Каждый соответствующий канал смазки выполнен с возможностью соединения с отдельным изолированным источником подаваемой под давлением смазки.
Другой вариант выполнения данного изобретения включает гибридную систему гидродинамического/гидростатического жидкостного подшипника для прокатной клети типа, имеющего шейку валка. Система включает втулку подшипника, имеющую по существу кольцевую оболочку втулки, имеющую в свою очередь внутреннюю поверхность для размещения с возможностью вращения шейки валка прокатной клети. Втулка подшипника имеет множество выемок гидростатического вкладыша, образованных во внутренней поверхности, и отдельный изолированный канал смазки в сообщении по текучей среде с каждым соответствующим гидростатическим вкладышем. Отдельный изолированный источник находящейся под давлением смазки соединен с каждым изолированным каналом смазки.
Согласно другому аспекту данного изобретения предлагается способ смазки гидростатического подшипника внутри системы подшипников для шейки валка прокатной клети. Способ содержит обеспечение втулки подшипника, имеющей по существу кольцевую оболочку втулки, имеющую в свою очередь внутреннюю поверхность для размещения с возможностью вращения шейки валка прокатной клети. Предусмотренная втулка подшипника имеет множество выемок гидростатического вкладыша, образованных во внутренней поверхности, и отдельный изолированный канал смазки в сообщении по текучей среде с каждым соответствующим гидростатическим вкладышем. Втулка подшипника установлена в станине прокатной клети. Отдельный изолированный источник находящейся под давлением смазки предусмотрен для каждого изолированного канала смазки. Каждый соответствующий канал смазки и источник соединены для обеспечения прохождения смазочной текучей среды между ними.
Соответствующие изобретению гибридные гидродинамические/гидростатические подшипники прокатной клети включают втулки подшипника с множеством выемок гидростатического вкладыша. Каждая выемка имеет изолированный канал смазки, который выполнен с возможностью соединения с отдельным изолированным источником находящейся под давлением смазки. В некоторых вариантах выполнения источник находящейся под давлением смазки снабжается с помощью выделенного выхода нагнетательного насоса. Таким образом, каждая выемка гидростатического вкладыша имеет выделенную подачу находящейся под давлением смазки, которая не прерывается в случае потери давления в других вкладышах подшипника внутри системы прокатной клети.
Признаки данного изобретения могут применяться специалистами в данной области техники совместно или по отдельности в любой комбинации или подкомбинации. Другие признаки вариантов выполнения данного изобретения и обеспечиваемые ими преимущества поясняются ниже более подробно со ссылками на специальные варианты выполнения, иллюстрированные на прилагаемых чертежах.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания идей данного изобретения ниже приведено подробное описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - разрез известного гибридного гидродинамического/гидростатического подшипника прокатной клети, имеющего выемки гидростатического вкладыша подшипника;
фиг.2 - известная система подачи под давлением масла в гидростатический вкладыш подшипника для гибридного гидродинамического/гидростатического подшипника;
фиг.3 - втулка гибридного подшипника прокатной клети, согласно примеру выполнения данного изобретения, в изометрической проекции;
фиг.4 и 4А - разрез по линии 4-4 на фиг.3 альтернативных вариантов выполнения изолированных каналов смазки для подачи из изолированных источников находящейся под давлением смазки в гидростатические вкладыши втулки гибридного подшипника согласно примерам выполнения данного изобретения;
фиг.5-7 - альтернативные варианты выполнения изолированных систем подачи находящейся под давлением смазки для гидродинамической части втулок гибридных подшипников согласно примерам выполнения данного изобретения; и
фиг.8 - корпус станины прокатной клети, включающий втулки гибридных подшипников и изолированную систему подачи под давлением смазки согласно примеру выполнения данного изобретения.
Для облегчения понимания используются, где это возможно, идентичные позиции для обозначения общих для фигур идентичных элементов.
Подробное описание
После изучения приведенного ниже описания, для специалистов в данной области техники понятно, что идеи данного изобретения можно использовать в системах гибридных гидродинамических/гидростатических подшипников прокатной клети и в системах подачи находящейся под давлением смазки в такие подшипники.
Описание общей структуры и работы станины прокатной клети, их подшипников для опоры валков, включающих гидростатические вкладыши подшипников, и системы подачи под давлением масла, общей для нескольких вкладышей подшипников, было приведено выше со ссылками на фиг.1 и 2, а также в патентах US 5000584 и US 6468194, полное содержание которых включается в данное описание. На фиг.3, 4 и 4А показаны варианты выполнения втулок 20 гибридных подшипников согласно данному изобретению. Втулка 20 подшипника имеет по существу кольцевую оболочку втулки, имеющую внутреннюю поверхность 24 с известным баббитовым материалом для заливки подшипников, который способен формировать самообразующуюся гидродинамическую пленку смазки во взаимодействии с вращающейся опорной втулкой 16 (см. фиг.1). Признаки подачи смазки для гидродинамической части втулки подшипника известны и для краткости не поясняются здесь. Оболочка втулки имеет множество входных каналов 22 для подачи масла, соответственно, в согласовании с каждой из выемок 30, 40 гидростатического вкладыша подшипника, которые образованы на внутренней поверхности 24.
В показанном на фиг.4 варианте выполнения соответствующие отдельные изолированные каналы 136, 146 образованы внутри оболочки втулки 20 подшипника и соединены с возможностью прохождения текучей среды с каждым соответствующим гидростатическим вкладышем 30, 40. Каждый соответствующий смазочный канал 136, 146 соединен с подающим масло каналом 22, который образован в осевом конце оболочки втулки 20 подшипника, который ближе к соответствующим вкладышам 30, 40 подшипника. Каждый соответствующий смазочный канал 22/136 и 22/146 выполнен с возможностью соединения с отдельным изолированным источником 50 находящейся под давлением смазки, который показан в виде подающей масло линии.
В показанном на фиг.4А варианте выполнения соответствующие смазочные каналы 22/236 и 22/246 выходят из того же осевого конца оболочки втулки 20 подшипника, что и на фиг.4, и предназначены для соединения с соответствующим отдельным изолированным источником находящейся под давлением смазки, которые показаны в виде линий 50 подачи масла.
На фиг.5-7 схематично показаны альтернативные варианты выполнения системы подачи смазки в гидростатический вкладыш подшипника, которые соединяют отдельные изолированные источники 50 находящейся под давлением смазки с каждым отдельным вкладышем 30, 40 подшипника. Прерывание потока или исчезновение давления подаваемой смазки к любому гидростатическому вкладышу 30, 40, например, вызванное утечкой в маслопроводе или разрывом пленки в гидростатическом подшипнике между вкладышем и шейкой 14 валка прокатной клети/опорной втулкой 16, не прерывает подачу к другим гидростатическим вкладышам в системе прокатной клети, если не происходит отказ нагнетания, вызванный прерыванием работы одного или нескольких насосов смазки.
На фиг.5 каждый гидростатический вкладыш 30, 40 внутри втулки 20 подшипника снабжается находящейся под давлением смазкой с помощью выделенных отдельных независимых насосов 60, в которых соответствующие выходы 64 соединены с соответствующими маслопроводами 50 и масляными каналами 236, 246. На фиг.6 насос 160 с несколькими выходами снабжает находящейся под давлением смазкой каждый из соответствующих отдельных маслопроводов 50 и масляных каналов 236, 246 через отдельные выделенные выходы 164. Насос 164 выполнен так, что изменение давления внутри любого контура подачи смазки к гидростатическому вкладышу 30, 40 подшипника не прерывает подачу давления в другие контуры смазки, соединенные с соответствующими другими выходами 164. Подходящим типом насоса с независимыми несколькими выходами для использования в данном изобретении является насос с шариковым регулятором. На фиг.7 четыре выхода насоса 260 с шариковым регулятором подают одновременно под давлением смазку к четырем отдельным гидростатическим вкладышам подшипника через четыре независимых и изолированных выхода 264. Хотя в показанных в качестве примера вариантах выполнения используются насосы с шариковым регулятором, можно использовать любой тип насоса, который обеспечивает один или множество изолированных выходов, если любой из выходных контуров насоса не подвергается влиянию изменения давления объемного потока в другом выходном контуре.
На фиг.8 схематично показан корпус 70 станины прокатной клети, имеющий пару гидродинамических и гидростатических подшипников 10, на которые опираются с возможностью вращения соответствующие шейки прокатных валков. Единственный корпус 70 станины имеет пару гибридных гидродинамических и гидростатических подшипников, каждый с соответствующими независимыми и изолированными масляными каналами 136, 146, которые соединены с соответствующими изолированными и подающими находящуюся под давлением смазку линиями 50. В целом каждый корпус станины имеет четыре гидростатических вкладыша с выемками 30, 40 для каждого из двух подшипников 10 в целом для четырех подающих линий 50. Каждая подающая линия 50 соединена с одним из четырех выходов насоса 260 с шариковым регулятором. Подготовленная смазка (например, фильтрованная, охлажденная и т.д.) подается на вход 62 насоса с шариковым регулятором. Таким образом, каждый корпус 70 станины прокатной клети может быть снабжен одним насосом 260 для подачи находящейся под давлением смазки.
Хотя выше были показаны и пояснены различные варианты выполнения, которые включают идеи данного изобретения, специалисты в данной области техники могут выводить из них другие варианты выполнения, которые все еще включают эти идеи.