РЕВЕРСИВНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
REVERSIBLE SLIDING BEARING (OPTIONS)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к самоустанавливающимся колодочным подшипникам, и может быть использовано в конструкциях быстроходных компрессоров, газовых и паровых турбин, насосов и других роторных машин.
Известен подшипниковый узел, содержащий корпус с каналами подвода смазки и сливной полостью, вал, охваченный самоустанавливающимися колодками, каждая из которых имеет радиальное отверстие в центральной части ее рабочей поверхности и распределительные канавки, выполненные во входной и выходной кромках, центральные карманы на внутренней поверхности корпуса, фиксирующие винты, маслосъемные скребки, установленные в межколодочном пространстве [UA №74963 С2, F16C 32/00, 2004].
Недостатком такой конструкции является ее нереверсивность, то есть невозможность работы подшипника при вращении вала в обратном направлении из-за отсутствия в этом случае условий для появления гидродинамической несущей пленки.
Известен реверсивный подшипник скольжения, включающий корпус с каналами подвода смазки, вал, охваченный самоустанавливающимися колодками, каждая из которых имеет, по крайней мере, одно радиальное отверстие в своей рабочей поверхности, по крайней мере, один гидростатический карман на опорной поверхности колодки, фиксирующие винты, реверсивные маслосъемные скребки, установленные в межколодочном пространстве [Патент РФ №2337257, F16C 17/03; F16C 32/06. Реверсивный подшипник скольжения, опубликовано: 27.10.2008 г.] (Прототип).
Данный подшипник скольжения является реверсивным и может работать при вращении вала по часовой и против часовой стрелки. Однако указанный подшипник обладает меньшей несущей способностью, чем нереверсивный.
В основу изобретения поставлена задача создания реверсивного подшипника скольжения с высокой несущей способностью, более конкретно, реверсивный подшипник с нереверсивными свойствами.
Для решения указанной технической задачи создан реверсивный подшипник скольжения с нереверсивными свойствами, который, как и прототип, включает корпус с каналами подвода смазочного масла, вал, охваченный самоустанавливающимися колодками, каждая из которых имеет радиальные отверстия, гидростатические карманы, реверсивные маслосъемные скребки, установленные в межколодочном пространстве, но в котором, в соответствии с одним из вариантов созданного изобретения, каждая колодка имеет, по крайней мере, два симметричных кармана на опорной поверхности колодки и, по крайней мере, два симметричных радиальных отверстия для подачи масла в карманы, при этом маслосъемные скребки снабжены маслопроводными каналами смазочного масла и накопительной полостью. В одном из примеров осуществления данного варианта изобретения каждая колодка имеет четыре симметрично выполненных кармана на опорной поверхности колодки и четыре симметричных радиальных отверстия, подающих масло в карманы.
В соответствии с другим вариантом созданного изобретения, отличающим его от варианта, указанного выше. Каждая колодка дополнительно имеет, по крайней мере, два симметричных кармана на рабочей поверхности колодки, В одном из примеров осуществления данного варианта изобретения, отличающим его от указанного выше примера осуществления, каждая колодка дополнительно имеет, четыре симметричных кармана на рабочей поверхности колодки.
В соответствии с еще одним вариантом созданного изобретения, отличающим его от вариантов, указанных выше, вал охвачен, как минимум, тремя самоустанавливающимися колодками, причем, нагруженная колодка имеет увеличенный полный центральный угол, в сравнении, как минимум, с остальными двумя колодками, при этом каждая колодка или хотя бы одна из колодок имеет, по крайней мере, два симметричных кармана на опорной поверхности колодки и, по крайней мере, два симметричных радиальных отверстий для подачи масла в карманы, причем, маслосъемные скребки снабжены маслопроводными каналами смазочного масла и накопительной полостью. В одном из примеров осуществления данного варианта изобретения каждая колодка или хотя бы одна из колодок имеет четыре симметричных кармана на опорной поверхности и четыре симметричных радиальных отверстия, подающих масло в карманы.
В соответствии с еще одним вариантом созданного изобретения, отличающим его от упомянутого выше варианта, каждая колодка или хотя бы одна из колодок дополнительно включает, по крайней мере, два симметричных кармана на рабочей поверхности колодки, а в другом примере осуществления данного варианта изобретения каждая колодка или хотя бы одна из колодок дополнительно включает, четыре симметричных кармана на рабочей поверхности колодки.
Существенные признаки, изложенные в независимых пунктах формулы, необходимы и достаточны для решения сформулированной выше технической задачи повышения несущей способности реверсивного подшипника скольжения.
Конструктивное решение маслосъемных скребков, а именно, снабжение их накопительной полостью и маслопроводными каналами для подвода смазочного масла в накопительную полость, обеспечивая подачу масла на рабочую поверхность колодки через маслосъемные скребки, способствует увеличению рабочего угла опорной колодки, создавая условия для повышения несущей способности подшипника. Причем, выполнение на рабочей поверхности колодки как минимум двух симметричных карманов, которые расположены в зонах наибольшего значения эпюры давления масляного клина при вращении вала в ту или иную сторону позволяет распределить давление в масляном клине равномерно вдоль оси вала, тем самым повышая устойчивость работы подшипника и его несущую способность. Выполнение на опорной поверхности колодки как минимум двух карманов позволяет создать дополнительный положительный эффект, который заключается в более равномерном распределении давления масла между опорной поверхностью колодки и корпусом подшипника. Подвод масла через маслосъемные скребки и аккумулирование масла в их накопительной полости позволяет улучшить охлаждение шейки вала, тем самым снизить температуру в гидродинамическом несущем слое и, за счет повышения вязкости масла, улучшить несущую способность подшипника.
Вариант с симметричными гидростатическими карманами на рабочей поверхности колодки целесообразно использовать в случае необходимости увеличения несущей способности подшипника без изменения габаритов самого подшипника, например, при модернизации турбин и компрессоров.
Применение нагруженной колодки с большим значением полного центрального угла, в сравнении с остальными, как минимум, двумя колодками, позволяет подшипнику воспринимать большие нагрузки. Такие колодки целесообразно использовать для восприятия направленной результирующей силы в зубчатых передачах и тяжелых роторах турбогенераторов.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показан реверсивный подшипник по изобретению, поперечный разрез;
На Фиг. 2 показаны каналы для подвода смазочного масла в реверсивном подшипнике по изобретению;
На Фиг. 3 и 4 изображена опорная колодка, на которой выполнены два симметричных радиальных отверстия, два гидростатических кармана на опорной поверхности.
На Фиг. 5 изображена опорная колодка, на которой выполнены четыре симметричных радиальных отверстия, четыре гидростатических кармана на опорной поверхности.
На Фиг. 6 изображена опорная колодка, на которой выполнены два симметричных кармана на рабочей поверхности колодки.
На Фиг. 7 изображена опорная колодка, на которой выполнены четыре симметричных кармана на рабочей поверхности колодки.
На Фиг. 8 дано сравнение распределения эпюры давления масляной пленки между валом и рабочей поверхностью колодки с карманами на рабочей поверхности колодки и без карманов.
На Фиг. 9 изображен реверсивный подшипник, в котором нагруженная колодка имеет увеличенный полный центральный угол.
На Фиг. 10 изображена опорная колодка с увеличенным полным центральным углом.
На Фиг. 11 показан маслосъемный скребок для всех вариантов изобретения.
Реверсивный подшипник скольжения, фиг. 1, 2, содержит корпус 1 с каналами подвода смазки 2, вал 3, охваченный самоустанавливающимися колодками 4.
В соответствии с одним из вариантов изобретения, фиг. 3, 4, каждая из самоустанавливающихся колодок 4 имеет два симметричных радиальных отверстия 5, два гидростатических кармана 6 на опорной поверхности 7 самоустанавливающихся колодок 4.
В одном из примеров осуществления изобретения, фиг. 5, каждая из самоустанавливающихся колодок 4 имеет четыре симметричных радиальных отверстия 5, четыре гидростатических кармана 6 на опорной поверхности 7 самоустанавливающихся колодок 4.
В соответствии с еще одним вариантом изобретения, фиг. 6, 4, каждая из самоустанавливающихся колодок 4 имеет, по крайней мере, два симметричных кармана 6 на рабочей поверхности 8 колодки 4, фиг. 6, по крайней мере, два симметричных кармана 6 на опорной поверхности 7 колодки 4, фиг. 4, по крайней мере, два радиальных отверстия 5 для подачи масла в карманы 6.
Еще в одном примере осуществления изобретения, фиг. 7, 5, каждая из самоустанавливающихся колодок 4 имеет четыре симметричных кармана 6 на рабочей поверхности 8 колодки 4, фиг. 7, четыре симметричных кармана 6 на опорной поверхности 7 колодки 4 и, фиг. 5, четыре радиальных отверстия 5 для подачи масла в карманы 6, фиг. 5.
На Фиг. 8 приведен график сравнения распределения эпюры давления масляного клина вдоль оси вала при выполнении в одном из примеров осуществления на рабочей поверхности 8 колодки 4 карманов 6. Эпюра 9 - без карманов на рабочей поверхности колодки, эпюра 10 - с карманами на рабочей поверхности 8 колодки 4.
По варианту изобретения на, фиг. 9, вал 3 охватывается колодками 4, две из которых имеют меньший угол охвата по сравнению с третьей. Нагруженная колодка, фиг. 10, имеет увеличенный полный центральный угол, по крайней мере, два симметричных кармана 6 как на рабочей поверхности 8, так и на опорной поверхности 7, по крайней мере, два радиальных отверстия 5, которые соединяют карманы 6.
Маслосъемные реверсивные скребки, фиг. 11, выполнены из износостойкого материала и установлены в межколодочном пространству 11, фиг. 1, во всех вариантах выполнения подшипника. Маслосъемные скребки, фиг. 11, имеют маслопроводящие каналы 12 и накопительную полость 13.
Реверсивный подшипник работает следующим образом.
При вращении вала 3, фиг. 1, смазочное масло, поставляемое из системы маслоснабжения турбомашины по каналам 2, фиг. 2, подвода смазочного масла поступает в масляный карман (не показан) в донной области маслосъемного скребка, фиг. 11. Далее масло маслопроводными каналами 12 в скребке поступает в накопительную полость 13, откуда увлекается валом 3 к рабочим поверхностям 8 самоустанавливающихся колодок 4, фиг. 1.
При работе реверсивного подшипника, фиг. 1, каждая самоустанавливающаяся колодка 4 опирается на самогенерируемую гидростатическую пленку масла. Эта пленка образуется в результате отбора незначительной части (порядка 10%) гидродинамической пленки смазки на рабочей поверхности самоустанавливающейся колодки 4, с целью создания гидростатического давления в карманах 6. Реверсивность работы подшипника обеспечивается изменением давления в карманах 6. При вращении вала гидростатическое давление в гидростатических карманах возрастает в направлении вала.