УПОРНЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкциям гидродинамических упорных подшипниковых узлов скольжения для валов или вращающихся осей машин и оборудования и может быть использована, в частности, в конструкциях осевых опор насосов, двигателей и гидрозащит двигателей скважинных погружных центробежных электронасосных агрегатов для добычи нефти из глубоких нефтяных скважин малого диаметра.
Упорные подшипниковые узлы скольжения для валов скважинных погружных электронасосных агрегатов для добычи нефти из глубоких скважин малого диаметра должны отвечать ряду жестких тренований, а именно иметь относительно простую и при этом достаточно надежную в работе и долговечную конструкцию с высокой износостойкостью рабочих поверхностей трения и малым коэффициентом трения, небольшие поперечные размеры из-за малого диаметра скважины, высокую грузоподъемность, способность продолжительное время надежно работать в погружных скважинных агрегатах без обслуживания в условиях действия высоких температур в агрессивных скважинных жидкостях с высоким содержанием абразивных частиц.
Известен упорный подшипниковый узел скольжения для валов скважинных центробежных насосов (патент США №5160240, кл. F04D 29/02, опубл. 03.11.1992), содержащий пяту и подпятник с плоскими кольцевыми контактными поверхностями, причем контактная поверхность пяты выполнена гладкой, а контактная поверхность подпятника выполнена с радиальными или тангенциальными смазочными канавками, как показано на фиг.5, 6, 9 описания к патенту. Недостатком такой конструкции упорного подшипникового узла является неравномерная нагрузка контактной поверхности трения подшипника в процессе работы, что снижает долговечность и допустимую нагрузку на подшипниковый узел, то есть грузоподъемность подшипникового узла.
Известен упорный подшипниковый узел скольжения для валов скважинных погружных центробежных электронасосов, содержащий пяту и подпятник, выполненные в виде гладких шайб, и промежуточное упорное кольцо с жестко закрепленными сегментами с обеих сторон, свободно установленное между ними на валу с возможностью вращения. Между сегментами расположены радиальные смазочные канавки. (Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти" под науч. ред. акад. РАЕН, д.э.н. В.Ю.Алекперова, акад. РИА, д.т.н. В.Я.Кершенбаума. Москва, 1999, с.99-101, рис.2.7). Введение промежуточного упорного кольца с сегментами с обеих сторон уменьшает выделение тепла в зонах трения, то есть улучшает охлаждение упорного подшипника, но недостаточно из-за неизбежного возникновения краевого эффекта, вызывающего повышение температуры в паре трения и, как следствие этого, снижение грузоподъемности и надежности работы упорного подшипникового узла. Кроме того, к снижению этих показателей приводит недостаточно большая толщина слоя смазочной жидкости между промежуточным упорным кольцом и подпятником.
Большие возможности повышения надежности работы и грузоподъемности упорных подшипниковых узлов скольжения в погружных скважинных центробежных и винтовых насосных агрегатах для добычи нефти дает использование самоустанавливающихся сегментных упорных подшипниковых узлов скольжения.
Известен самоустанавливающийся сегментный упорный подшипниковый узел скольжения, который используется в том числе в погружных скважинных насосах, содержащий выполненный как одно целое подпятник, неподвижно установленный в корпусе, в котором сегменты установлены на относительно жестких коротких стойках, жестко соединенных с плоским негибким основанием, имеющим с противоположной стороны кольцевой выступ для самоустановки, с возможностью смещения от нормального положения вместе со стойками и деформирования в виде зонтиков под действием осевой нагрузки (патент США №5558444, кл. F16C 17/06, опубл. 24.09.1996, фиг.19-20). Жесткость стоек и несгибаемость плоского основания подпятника препятствуют оптимизации образования гидродинамического клина. Образуется лишь частичный гидродинамический клин и поэтому имеет место неравномерное распределение осевого давления по поверхности сегментов. Эти факторы приводят к снижению надежности работы, срока службы и грузоподъемности упорного подшипникового узла скольжения.
Известен самоустанавливающийся сегментный упорный подшипниковый узел скольжения для роторов и протекторов электродвигателей погружных скважинных электронасосов, в котором слой износа нанесен на контактную поверхность трения пяты, сегменты подпятника изготовлены из закаленной стали и размещены на кольцевой опорной шайбе подпятника, ограничивающей их радиальное перемещение с наружной стороны своим кольцевым выступом, и имеют элементы упругости, благодаря которым обеспечивается самоустановка сегментов относительно пяты под нагрузкой в рабочем режиме гидродинамического смачивания (патент США №7665954, кл. F04D 29/057, опубл. 23.02.2010, фиг.1, 2). Недостатком известного подшипникового узла является то, что конструкция подпятника не обеспечивает равномерное распределение осевой нагрузки на контактную поверхность трения пяты и демпфирование вибраций недостаточно эффективное, что снижает надежность роботы и ведет к сокращению срока службы подшипникового узла и снижению его грузоподъемности.
Известен самоустанавливающийся сегментный упорный подшипниковый узел скольжения для осевых опор насосов и электродвигателей погружных скважинных центробежных и винтовых насосных агрегатов для добычи нефти (патент Российской Федерации №2339854, кл. F16C 33/00, F16C 17/08, F04D 29/04, опубл. 27.11.2008), в котором каждый упорный сегмент подпятника состоит из контактного элемента, взаимодействующего с пятой упорного подшипникового узла скольжения, и опорного элемента, взаимодействующего с опорной шайбой подпятника, и снабжен на своей обращенной к опорной шайбе поверхности опорным выступом, опорная поверхность которого выполнена плоской или в виде части боковой поверхности цилиндра, предназначенным для установки сегмента на опорной шайбе подпятника на шарнире с возможностью качания и самоустановки относительно пяты под углом, зависящим от режимов работы подшипника подшипникового узла. Сегменты удерживаются от радиального смещения за счет упирания их внешней кромки в кольцевую закраину опорной шайбы подпятника и связаны между собой с образованием единого блока с помощью сухарей, размещающихся в пазах боковых поверхностей опорных элементов сегментов. Контактный и опорный элементы выполнены из спеченного пористого металлического порошкового материала, поры которого заполнены высокотеплопроводным инфильтрационным материалом, теплопроводность, а также пластичность и/или упругость которого выше, чем у спеченного порошкового материала. Опорный элемент изготовлен из материала с более высокой прочностью и/или твердостью, чем материал контактного элемента, и/или пористость спеченного материала опорного элемента меньше, чем пористость спеченного материала контактного элемента. Контактный и опорный элементы связаны между собой пропиточным материалом с возможностью передачи на опорный элемент усилия со стороны контактного элемента через пропиточный материал. Промежуточный слой пропиточного материала обладает демпфирующими свойствами. Такая конструкция подпятника упорного подшипникового узла скольжения обеспечивает более эффективный отвод тепла от трущихся поверхностей подшипникового узла при сохранении конструктивной прочности и долговечности сегментов подпятника и снижение вибрационных нагрузок и сглаживание экстремальных импульсов осевой нагрузки со стороны пяты, которые формируются, например, при пуске или резкой остановке насоса и др., в результате чего увеличиваются срок службы и надежность подшипникового узла, но технологически сложна в изготовлении, что снижает надежность. Кроме того, равномерное распределение нагрузки между упорными сегментами требует точного изготовления упорных сегментов и их опор, что также снижает технологичность конструкции. К тому же, выравнивание нагрузки на упорные сегменты с помощью опорных виступов на упорных шайбах и промежуточного слоя пропиточного материала не обеспечивает равномерного распределения осевой нагрузки на контактные поверхности трения упорных сегментов, что снижает надежность работы, сокращает срок службы и уменьшает грузоподъемность известного упорного подшипникового узла скольжения.
В качестве наиболее близкого аналога заявляемого технического решения выбран самоустанавливающийся сегментный упорный подшипниковый узел скольжения для использования в протекторе электродвигателя погружного центробежного насосного агрегата для извлечения из добывающих скважин нефти и (или) других продуктивных флюидов (патент США №6565257, кл. F16C 32/06, опубл. 20.05.2003, фиг.3-5), содержащий пяту с центральным отверстием и плоской контактной поверхностью трения, установленную на валу, и подпятник, включающий опорную шайбу, неподвижно установленную в корпусе, выполненную с кольцевой закраиной и цилиндрическим центральным выступом, и упорные сегменты, каждый из которых снабжен антифрикционной контактной поверхностью трения на его контактном торце, обращенном к пяте, причем упорные сегменты подвижно установлены на опорной шайбе между ее кольцевой закраиной и цилиндрическим центральным выступом с зазором относительно друг друга в окружном направлении и радиальным зазором относительно цилиндрического центрального кольцевого выступа с возможностью качания и самоустановки относительно пяты с помощью промежуточных цилиндрических шарнирных опор, каждая из которых содержит выступ на поверхности упорного сегмента, обращенной к упорной шайбе. Упорные сегменты зафиксированы от перемещения в окружном направлении цилиндрическими выступами кольцевого профиля, выполненными на опорной шайбе в промежутках между смежными боковыми поверхностями упорных сегментов, расположенных рядом друг с другом. В опорной шайбе выполнены сквозные отверстия для циркуляции смазочно-охлаждающей жидкости так, что они проходят сквозь указанные цилиндрические выступы опорной шайбы, расположенные между упорными сегментами. Вращению подпятника относительно корпуса препятствует противовращательный штырь, который устанавливается в боковом пазу опорной шайбы. Контактная поверхность трения каждого из упорных сегментов выполнена из полимерного композиционного материала.
Недостаками наиболее близкого аналога являются неравномерное распределение осевой нагрузки на контактные поверхности трения упорных сегментов и отсутствие средств для эффективного демпфирования вибраций, что снижает надежность работы и сокращает срок службы упорного подшипникового узла, ограничивает возможности повышения его грузоподъемности.
В основу полезной модели поставлена задача создания такого упорного подшипникового узла скольжения, в которым бы за счет внесения изменений в форму выполнения и расположение промежуточных опор относительно упорных сегментов и внесения определенных изменений формы упорных сегментов и опорной шайбы обеспечивалось повышение надежности работы и увеличение срока службы упорного подшипникового узла, а также его грузоподъемности за счет более равномерного распределения осевой нагрузки на контактную поверхность трения упорных сегментов и эффективного демпфирования вибраций.
Поставленная задача решается тем, что в упорном подшипниковом узле скольжения, содержащем пяту с центральным отверстием и плоской контактной поверхностью трения, установленную на валу, и подпятник, включающий опорную шайбу, неподвижно установленную в корпусе, выполненную с кольцевой закраиной и цилиндрическим центральным выступом, и упорные сегменты, каждый из которых выполнен с антифрикцонной контактной поверхностью трения на его контактном торце, обращенном к пяте, причем упорные сегменты подвижно установлены на опорной шайбе между ее кольцевой закраиной и цилиндрическим центральным выступом с зазором относительно друг друга в окружном направлении и радиальным зазором относительно цилиндрического центрального выступа с возможностью качания и самоустановки относительно пяты с помощью промежуточных опор и зафиксированы от перемещения в окружном направлении, согласно полезной модели, каждый из упорных сегментов расположен с радиальным зазором относительно кольцевой закраины опорной шайбы и выполнен с фасками с двух его противоположных, в окружном направлении, боковых сторон и поперечным пазом на его радиально внутренней боковой поверхности, в опорной шайбе выполнена замкнутая кольцевая канавка для размещения промежуточных опор, промежуточные опоры выполнены в виде шариков и свободно установлены в замкнутой кольцевой канавке опорной шайбы в промежутках между упорными сегментами в контакте с их фасками, цилиндрический центральный выступ опорной шайбы выполнен с кольцевым поперечным пазом на его наружной боковой поверхности, совмещенным с поперечными пазами, выполненными на радиально внутренних боковых поверхностях упорных сегментов, в поперечных пазах упорных сегментов и цилиндрического центрального выступа размещено эластичное кольцо.
Кроме того, согласно полезной модели, в упорном подшипниковом узле скольжения угол наклона передней, в направлении вращения пяты, фаски каждого упорного сегмента меньше угла наклона его задней, в направлении вращения пяты, фаски на 8-20 градусов.
Также, согласно полезной модели, фаски на каждом из упорных сегментов с двух его противоположных, в окружном направлении, боковых сторон выполнены с одинаковыми углами наклона.
Кроме того, согласно полезной модели, контактная поверхность трения пяты выполнена из композиционного материала с включениями твердосплавных гранул.
К тому же, согласно полезной модели, на обращенном к пяте контактном торце каждого из упорных сегментов установлена пластина с контактной поверхностью трения, выполненной из композиционного материала с высокими трибологическими свойствами.
Кроме того, согласно полезной модели, контактная поверхность трения каждого из упорных сегментов выполнена из композиционного материала с включениями твердосплавных гранул.
Также, согласно полезной модели, контактная поверхность трения пяты выполнена из твердосплавного материала.
Кроме того, согласно полезной модели, в пяте выполнены радиальные отверстия со свободными входом и выходом.
К тому же, согласно полезной модели, между опорной шайбой подпятника и корпусом установлено эластичное кольцо.
Согласно полезной модели, расположение каждого из упорных сегментов с радиальным зазором относительно кольцевой закраины опорной шайбы и ее цилиндрического центрального выступа и выполнение его с фасками с двух его противоположных, в окружном направлений, боковых сторон, выполнение в опорной шайбе замкнутой кольцевой канавки для размещения промежуточных опор, выполнение промежуточных опор в виде шариков и расположение их в кольцевой канавке упорной шайбы в промежутках между упорными сегментами в контакте з их фасками обеспечивает автоматическую самоустановку контактных поверхностей трения упорных сегментов в робочем режиме в трех плоскостях, в окружном направлении, радиальном направлении и вдоль оси вала с образованием правильного гидродинамического клина, что обеспечивает автоматическое выравнивание осевой нагрузки на упорные сегменты, за счет взаимодействия шариков, свободно установленных в кольцевой канавке, с фасками упорных сегментов. Благодаря этому уменьшается тепловыделение в зоне трения скольжения подшипникового узла и уменьшается износ контактных поверхностей трения. Выполнение каждого из упорных сегментов с поперечным пазом на его радиально внутренней боковой поверхности, выполнение цилиндрического центрального выступа опорной шайбы с кольцевым поперечным пазом на его наружной боковой поверхности, совмещенным с поперечными пазами, выполненными на радиально внутренних боковых поверхностях упорных сегментов, и размещение в поперечных пазах упорных сегментов и цилиндрического центрального выступа опорной шайбы эластичного кольца дает возможность упорным сегментам самоустанавливаться в плоскости радиального направления и уменьшить амплитуду вибраций за счет упругой деформации эластичного кольца в упомянутых поперечных пазах и радиальном зазоре, отделяющем упорные сегменты от цилиндрического центрального выступа опорной шайбы. Таким образом, обеспечивается повышение надежности работы и увеличение срока службы упорного подшипникового узла скольжения, а также его грузоподъемности. К тому же, установка эластичного кольца в пазах на радиально внутренней боковой поверхности упорных сегментов и в кольцевом пазу на наружной боковой поверхности цилиндрического центрального выступа опорной шайбы подпятника позволяет повысить технологичность конструкции упорного подшипникового узла скольжения благодаря исключению возможности выпадания упорных сегментов из опорной шайбы при сборке упорного подшипникового узла скольжения при монтажных работах.
Кроме того, выполнение угла наклона передней, в направлении вращения пяты, фаски каждого упорного сегмента, меньшим, чем угол наклона его задней, в направлении вращения пяты, фаски на 8-20 градусов обеспечивает максимальную толщину масляного слоя между контактными поверхностями трения пяты и упорных сегментов благодаря оптимальному расположению центра качания упорных сегментов, что позволяет повысить надежность работы упорного подшипникового узла трения, увеличить его срок службы и/или грузоподъемность.
Выполнение фасок на каждом из упорных сегментов с двух его противоположных, в окружном направлении, боковых сторон с одинаковыми углами наклона дает возможность обеспечить оптимальную толщину масляного слоя в случае, когда упорный подшипниковый узел скольжения предназначен для работы в реверсивном режиме.
Выполнение контактной поверхности трения пяты из композиционного материала с включениями твердосплавных гранул обеспечивает ее высокую износостойкость и, одновременно с этим, малое тепловыделение благодаря низкому коэффициенту трения.
Установка на контактном торце каждого из упорных сегментов пластины с контактной поверхностью трения, выполненной из композиционного материала с высокими трибологическими свойствами, позволяет повысить технологичность при изготовлении и ремонте упорного подшипникового узла скольжения и обеспечить низкие потери на трение.
Выполнение контактной поверхности трения каждого из упорных сегментов из композиционного материала с включениями твердосплавных гранул дает возможность обеспечить ее высокую износостойкость и, одновременно с этим, малое тепловыделение благодаря низкому коэффициенту трения.
Выполнение контактной поверхности трения пяты из твердосплавного материала дает возможность обеспечить ее высокую износостойкость в условиях высокого содержания механических твердых примесей с абразивным действием в смазочной жидкости, находящейся между контактными поверхностями трения пяты и подпятника.
Выполнение в пяте радиальных отверстий со свободными входом и выходом обеспечивает эффективное выделение тепла из зоны трения подшипникового узла за счет циркуляции масла.
Установка эластичного кольца между опорной шайбой подпятника и корпусом обеспечивает самоустановку опорной шайбы подпятника относительно пяты, что снижает потери при образовании краевого эффекта при вращении пяты. Следовательно, повышается надежность работы упорного подшипникового узла скольжения и увеличивается его срок службы.
Сущность полезной модели поясняется конкретным примером его осуществления и чертежами, на которых:
фиг.1 - общий вид упорного подшипникового узла скольжения в сборе согласно полезной модели, установленного на вращающемся валу в корпусе;
фиг.2 - вид сверху по А-А на фиг.1 упорного подшипникового узла скольжения, установленного на валу, где показаны упорные сегменты и пунктирными линиями показаны выполненные в виде шариков промежуточные опоры, на которые они опираются;
фиг.3 - вид по В-В на фиг.2, где показаны упорные сегменты, опирающиеся фасками на промежуточные опоры в виде шариков, расположенные между ними в кольцевой канавке опорной шайбы подпятника;
фиг.4 - вид по Д-Д на фиг.2 в продольном разрезе вдоль вала, где показан установленный в корпусе подпятник упорного подшипникового узла скольжения с размещенными в канавке опорной шайбы шариками и с элементами демпфирования вибраций;
фиг.5 - вид по Г-Г на фиг 4, где показаны кольцевая канавка опорной шайбы, ее цилиндрический центральный выступ и кольцевая закраина, причем шарики не показаны;
фиг.6 - вид по Б-Б на фиг.1, где показаны контактная поверхность трения пяты, выполненные в пяте радиальные отверстия со свободными входом и выходом и композиционный материал с твердосплавными гранулами;
фиг.7 - местный вид Е на фиг.1, где показано размещение эластичного кольца в поперечных пазах упорных сегментов и цилиндрического центрального выступа опорной шайбы;
фиг.8 - местный вид Ж на фиг.4, где показаны пластина и ее контактная поверхность трения.
Упорный подшипниковый узел скольжения, предлагаемый согласно полезной модели, содержит пяту 1 с центральным отверстием, установленную на валу 2, и подпятник 3, установленный в корпусе 4. Пята 1 выполнена с плоской контактной поверхностью 5 трения. Подпятник 3 включает опорную шайбу 6, неподвижно установленную в корпусе 4, и упорные сегменты 7. Опорная шайба 6 выполнена с кольцевой закраиной 8 и цилиндрическим центральным выступом 9. Каждый из упорных сегментов 7 снабжен антифрикционной контактной поверхностью 10 трения на его контактном торце 11, обращенном к пяте 1.
Упорные сегменты 7 расположены на опорной шайбе 6 между ее кольцевой закраиной 8 и цилиндрическим центральным выступом 9 с зазором а. относительно друг друга в окружном направлении (фиг.2), радиальным зазором h, равным, например, 0,4 мм, относительно цилиндрического центрального выступа 9 (фиг.7) и радиальным зазором (на чертежах не показан), равным, например, 0,3-0,4 мм, относительно кольцевой закраины опорной шайбы с возможностью качания и самоустановки относительно пяты 1 с помощью промежуточных опор, каждая из которых выполнена в виде шарика 12. Эти упорные сегменты зафиксированы от перемещения в окружном направлении путем стопорения штифтом 13 одного из них от вращения, как видно из фиг.2, 5.
Каждый из упорных сегментов 7 выполнен с фасками 14, 15 (фиг.3) с двух его противоположных, в окружном направлении, боковых сторон и поперечным пазом 16 на его радиально внутренней боковой поверхности 17 (фиг.7). В опорной шайбе 6 выполнена замкнутая кольцевая канавка 18 (фиг.5), предназначенная для размещения шариков 12. Шарики 12 свободно установлены в замкнутой кольцевой канавке 18 опорной шайбы 6 (фиг.4) в промежутках между упорными сегментами 7 в контакте с их фасками 14, 15. На наружной боковой поверхности 19 цилиндрического центрального выступа 9 опорной шайбы 6 (фиг.4) выполнен замкнутый кольцевой поперечный паз 20 так, что он совмещен с поперечными пазами 16, выполненными на радиально внутренних боковых поверхностях 17 упорных сегментов 7. В поперечных пазах 16 упорных сегментов 7 и кольцевом поперечном пазу 20 цилиндрического центрального виступа 9 размещено эластичное кольцо 21 (фиг.7), предпочтительно кольцевого профиля.
В нереверсивном варианте выполнения упорного подшипникового узла скольжения угол α наклона передней, в направлении n вращения пяты 1, фаски 14 каждого из упорных сегментов 7 меньше, чем угол β наклона его задней, в направлении n вращения пяты 1, фаски 15 на 8-20 градусов, как показано на фиг.3. В реверсивном варианте выполнения упорного подшипникового узла скольжения на каждом из упорных сегментов 7 угол α наклона передней фаски 14 равен углу β наклона задней фаски 15.
Контактная поверхность 5 трения пяты 1 (фиг.6) выполнена, предпочтительно, из композиционного материала 22 (бронза, припой, медные сплавы и др.) с включениями твердосплавных гранул 23 (карбид вольфрама, карбид титана и др.). При этом, в варианте выполнения упорного подшипникового узла скольжения для работы в окружающей среде, не допускающей значительного перегрева, на обращенном к пяте 1 контактном торце 11 каждого из упорных сегментов 7 установлена пластина 24 (фиг.2, 8) с контактной поверхностью 10 трения, выполненной из композиционного материала 25 (гранулы бронзы и полимера, гранулы бронзы и дисульфид молибдена и др.) с высокими трибологическими свойствами, для обеспечения низкого коэффициента трения, а следовательно слабого перегрева упорного подшипникового узла скольжения. В варианте выполнения упорного подшипникового узла для высокого содержания твердых абразивных примесей в смазочной жидкости контактная поверхность 10 трения каждого из упорных сегментов 7, предпочтительно, выполняется из композиционного материала 25 с включениями твердосплавных гранул 23, для повышения стойкости к абразивному износу. Контактная поверхность 5 трения пяты 1 выполняется из твердосплавного материала (карбид вольфрама, карбид титана и др.), если нужно обеспечить ее максимальную стойкость к абразивному износу.
В пяте 1 выполнены радиальные отверстия 26 со свободными входом 27 и выходом 28. Между опорной шайбой 6 и корпусом 4 установлено эластичное кольцо 29.
Упорный подшипниковый узел скольжения, заявляемый согласно полезной модели, работает следующим образом.
При работе упорного подшипникового узла скольжения осевая нагрузка передается от вала 2 на пяту 1, затем на упорные сегменты 7, шарики 12, опорную шайбу 6 и, через торцевую поверхность опорной шайбы 6, на корпус 4.
Когда вал 2 вращается, контактная поверхность 5 трения пяты 1 захватывает частицы окружающей смазочной жидкости (на чертежах не показана) и переносит их на контактный торец 11 упорных сегментов 7, создавая расклинивающее усилие. При этом упорные сегменты 7 надавливают своими фасками 14, 15 на шарики 12 и проскальзывают по их сферической поверхности, опускаясь и поднимаясь в направлении вдоль вала 2 в промежутках между шариками 12, тогда как эти шарики перемещаются вдоль кольцевой канавки 18 опорной шайбы 6. Благодаря наличию радиального зазора между каждым из упорных сегментов 7 и кольцевой закраиной 8 опорной шайбы 6 и радиального зазора h между каждым из этих упорных сегментов и цилиндрическим центральным выступом 9 опорной шайбы 6 упорные сегменты 7 могут самоустанавливаться в радиальном направлении, а зазор а между каждыми двумя смежными упорными сегментами 7 дает возможность этим сегментам самоустанавливаться в окружном направлении. Правильной самоустановке контактных поверхностей 5 трения упорных сегментов 7 относительно пяты 1 способствует введение эластичного кольца 29 между опорной шайбой 6 и корпусом 4, что обеспечивает сомоустановку опорной шайбы 6 вместе с упорными сегментами 7 относительно пяты 1. Вращению упорных сегментов 7 вместе с пятой 1 препятствует стопорение одного из упорных сегментов 7 от вращения штифтом 13. Радиальному смещению упорных сегментов 7 препятствуют кольцевая закраина 8 опорной шайбы 6 и ее цилиндрический центральный выступ 9. В результате упорные сегменты 7 самоустанавливаются относительно пяты 1 так, что их контактные поверхности 10 трения располагаются в одной наклонной плоскости, образуя полный гидродинамический смазочный клин между контактными торцами 11 упорных сегментов 7 и контактной поверхностью 5 трения пяты 1, благодаря чему обеспечивается равномерное распределение осевой нагрузки на контактные поверхности 10 трения упорных сегментов 7.
При пуске и в случае действия циклической осевой нагрузки на пяту 1, упорные сегменты 7 подвергаются воздействию ударных механических нагрузок в радиальном направлении со стороны пяты 1 и опорной шайбы 6 подпятника, причем к опорной шайбе 6 усилия передаются от корпуса 4. От корпуса 4 на опорную шайбу 6 передаются также вибрации, вызванные работой радиальных подшипников (не показаны) изделия, например погружного центробежного насосного агрегата, в котором установлен рассматриваемый упорный подшипниковый узел. Вибрации упорных сегментов 7 разного происхождения эффективно демпфируются эластичным кольцом 21 за счет его упругой деформации в радиальном зазоре h между цилиндрическим центральным выступом 9 опорной шайбы 6 и упорными сегментами 7, в поперечных пазах 16 на радиально внутренней боковой поверхности 17 упорных сегментов 7 и кольцевом поперечном пазу 20 на наружной боковой поверхности 19 цилиндрического центрального выступа 9 опорной шайбы 6. Например, при диаметре эластичного кольца 21, равном 2,5 мм, и радиальном зазоре h, равном 0,4 мм, абсолютная величина деформации эластичного кольца 21 составляет 0,55 мм, что соответствует относительной деформации 0,22%. Эластичное кольцо 21, сжимаясь, действует как аммортизатор, что обеспечивает снижение амплитуды вибрации и плавную работу упорного подшипникового узла скольжения. Кроме того, установка эластичного кольца 21 в пазах 16, 20 дает возможность повысить технологичность конструкции упорного подшипникового узла, потому что эластичное кольцо препятствует выпаданию упорных сегментов 7 из опорной шайбы 6 при сборке упорного подшипникового узла скольжения при монтажных работах.
При вращении пяты 1 вместе с валом 2 между контактной поверхностью 5 трения пяты 1 и контактными поверхностями 10 трения упорных сегментов 7 образуется масляная пленка, или пленка смазочной жидкости, максимально возможной толщины, при прочих равных условиях работы упорного подшипникового узла скольжения, благодаря выполнению угла α наклона передней фаски 14 каждого из упорных сегментов 7 меньшим на 8-20 градусов, чем угол наклона β его задней фаски 15, если упорный подшипниковый узел скольжения нереверсивный. В случае, если упорный подшипниковый узел скольжения предназначен для установки в реверсивном агрегате, то есть имеет реверсивное исполнение, угол α равен углу β, то есть α=β, чтобы обеспечить оптимальную толщину масляной пленки между контактными поверхностями 5, 10 трения для обоих направлений вращения. Такой выбор углов α и β наклона фасок 14, 15 обеспечивает повышение надежности работы подшипникового узла скольжения, увеличение его срока службы и/или грузоподъемности.
При работе упорного подшипникового узла скольжения имеет место трение скольжения в паре трения "пята 1 - подпятник 3", а следовательно выделяется тепло, которое нужно отводить из зоны трения. Отвод этого тепла осуществляется с помощью выполненных в пяте 1 радиальных отверстий 26 со свободными входом 27 и выходом 28. Когда пята 1 вращается, окружающая смазочная жидкость падает на вход 27 радиального отверстия 26 пяты 1 и далее, при действии центробежной силы, выбрасывается через выход 28 радиального отверстия 26 во внешний объем, где она охлаждается, а потом поступает через зазор а между упорными сегментами 7 на вход 27 радиального отверстия 26. Таким образом происходит циркуляция и интенсивное охлаждение смазочной жидкости, что, в конечном счете, повышает надежность работы упорного подшипникового узла скольжения и увеличивает его срок службы.
В упорном подшипниковом узле скольжения, работающем в окружающей среде с твердыми механическими примесями, контактная поверхность 5 трения вращающейся пяты имеет высокую износостойкость благодаря использованию композиционного материала 22 (например, расплавленной меди) с включениями твердосплавных гранул 23 (например, гранул карбида вольфрама). При этом малые потери от трения в контактной поверхности 10 трения каждого из упорных сегментов 7 обеспечиваются выполнением контактной поверхности 10 из композиционного материала 25 с включениями твердосплавных гранул 23, например, из запеченных гранул бронзы, пропитанных фторопластом или другим пластиком, обладающим высокими трибологическими свойствами. В целом такое выполнение пяты 1 и подпятника 3 обеспечивает повышение надежности работы упорного подшипникового узла скольжения. Кроме того, применение на контактных торцах 11 упорных сегментов 7 пластин 24 с контактной поверхностью 10 трения, выполненной из композиционного материала 25 с высокими трибологическими свойствами, позволяет не только обеспечить слабый перегрев упорного подшипникового узла скольжения благодаря низкому коэффициенту трения, что имеет особое значение при работе упорного подшипникового узла скольжения в окружающей среде, не допускающей значительного перегрева, но и повысить технологичность при изготовлении и ремонте упорного подшипникового узла скольжения. Надежность работы упорного подшипникового узла скольжения в окружающей среде с высоким содержанием твердых механических примесей с высоким абразивным действием обеспечивается выполнением пяты 1 из твердосплавного материала.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение надежности, увеличение срока службы и грузоподъемности упорного подшипникового узла скольжения при высокой технологичности конструкции.