РАДИАЛЬНЫЙ ВКЛАДЫШ ПОДШИПНИКА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ

РАДИАЛЬНЫЙ ВКЛАДЫШ ПОДШИПНИКА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, конкретно, к области турбостроения, в частности, к производству радиальных вкладышей подшипников скольжения для роторов мощных турбоагрегатов и турбогенераторов.
Известны конструкции радиальных вкладышей подшипников скольжения, содержащих верхний и нижний полувкладыши, которые снабжены внутренними полукольцевыми каналами подвода смазки, расположенными в верхнем полувкладыше. Смазка из каналов поступает в выемку в горизонтальной плоскости против направления вращения вала (Вишнивецкий М.Г., Мищенко Ю.И. Совершенствование радиальных подшипников турбин. НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1975г., с. 10,11).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относится то, что в известных устройствах смазка поступает в полость внутри которой, существует область с пониженным давлением, вследствие чего смазка насыщается воздухом, подсасываемым в подшипник из его торцов. При этом следует иметь ввиду, что в несущей области рабочей поверхности нижнего полувкладыша после прохода через верхний полувкладыш смазка поступает уже нагретой и вспененной, что приводит к повышению температуры в нижнем полувкладыше, снижению несущей способности подшипника, а также, как следствие, повышению расхода смазки и потерь мощности на трение.
Известен вариант конструктивного исполнения радиального вкладыша подшипника скольжения (Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины М. 1990г., с.112,135), включающий верхний и нижний полувкладыш, внутренние полукольцевой или кольцевой каналы в верхнем или одновременно в верхнем и нижнем полувкладышах, из которых смазка поступает в выемку в горизонтальной плоскости расположенную со стороны по направлению вращения вала непосредственно в зону начала образования гидродинамического клина в нижнем полу вкладыше.. При этом рабочая поверхность нижнего полувкладыша подшипника скольжения имеет сообщающуюся с выемкой эксцентричную расточку прямоугольной формы, а также по одному сливному окну с каждой стороны по торцам нижнего полувкладыша для слива отработанной смазки непосредственно в картер корпуса подшипника из межуплотнительной полости, образованной поверхностями масляных уплотнений и торцевыми стенками верхнего и нижнего полувкладышей.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже результата при использовании известного устройства относится то, что оно не обеспечивает оптимальный температурный уровень рабочей поверхности вкладыша при номинальных и повышенных удельных нагрузках возникающих, например, при возможных тепловых расцентровках валопровода, а также не обеспечивается создание рациональных условий и организации подвода смазки и слива отработанной смазки.
Наиболее близким устройствам аналогичного назначения к предлагаемой конструкции по совокупности признаков и выбранном в качестве прототипа является конструкция вкладыша радиального подшипника скольжения, содержащая верхний и нижний полувкладыши, каналы подвода и полости отвода смазки, расположенные непосредственно в зоне, близкой к горизонтальной плоскости и под углом к этой плоскости по направлению вращения вала, при этом рабочая поверхность нижнего полувкладыша имеет
сообщающуюся с каналами подвода смазки эксцентричную расточку, имеющую в плане форму пятиугольника, радиальные скосы с двух сторон по торцам рабочей поверхности в верхнем полувкладыше, по одному сливному окну с каждой стороны по торцам нижнего полувкладыша для слива отработанной смазки в картер подшипника (Свидетельство на полезную модель РФ №12596, МКИ 7; 16С, 17/02, публик. БИ №2 - 2000г.).
К причинам, препятствующим достижению указанному ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве также не достигается улучшения теплового режима работы вкладыша радиального подшипника скольжения при номинальных и особенно при повышенных удельных нагрузках, возникающих, например, при возможных тепловых расцентровках валопровода, а также не обеспечивается создание оптимальных условий работы и организации подвода смазки в верхнем и нижнем полувкладышах.
Желаемый технический результат состоит в создании оптимальных условий для улучшения температурного уровня рабочей поверхности вкладыша при номинальных и повышенных удельных нагрузках за счет организации рациональных условий и создания оптимальными: подвода смазки, а также эффективного слива отработанной смазки на выходе из несущего слоя в нижнем и верхнем полувкладышах непосредственно в картер корпуса подшипника. В итоге это обеспечивает повышение несущей способности подшипника на всех возможных режимах работы турбомашины и, одновременно, снижение расхода смазки и повышение коэффициента полезного действия турбоагрегата за счет снижения потерь мощности на трение в подшипнике.
Указанный технический результат при осуществлении предлагаемого технического решения достигается тем, что в радиальном вкладыше подшипника скольжения, содержащим верхний и нижний полувкладыши,
смазка поступает во выполнен внутренний кольцевой канал, и далее, проходя через кольцевой канал в верхнем полувкладыше, смазка поступает в выемку в горизонтальной плоскости по направлению вращения вала, а затем в тангенциальные каналы подвода смазки, расположенные под углом а, равным 50...53° к горизонтальной плоскости по направлению вращения вала (непосредственно по касательной относительно вала по направлению его вращения), при этом на рабочей поверхности нижнего полувкладыша имеется сообщенная с каналами подвода эксцентричная профилированная расточка прямоугольной или другой формы и расположенную с каналами подвода на пересекающихся осях с ограничительным углом её выхода на основную расточку в окружном направлении, равным а,...35° относительно горизонтальной плоскости по направлению вращения вала. В нижнем полувкладыше в горизонтальной плоскости установлена заглушка, перекрывающая внутренний кольцевой канал в зоне каналов подвода смазки для исключения перемешивания смазки, а также на выходе из несущего слоя, предусматривают специальную полость отвода отработанной смазки с шириной, равной ширине расточки вкладыша, имеющая в плане прямоугольную форму и расположенную тангенциально относительно вала по направлению его вращения под углом к горизонтальной плоскости ...50°, при этом начало образования и ее окончание определяются соответственно углами ...47° и 0.... 10° относительно горизонтальной плоскости со стороны , противоположной вращению вала. В полости, по ее краям симметрично с каждой стороны выполнены по два сквозных отверстия или канала для обеспечения направленности отработанной смазки непосредственно в картер подшипника, и имеющие с внутренней и наружной поверхности нижнего полувкладыша специальные, и объединяющие по контуру отверстия или каналы, расточки и подрезки для повышения эффективности отвода отработанной смазки.
В межуплотнительной зоне, образованной между торцами рабочей поверхности верхнего и нижнего полувкладышей и масляными уплотнениями в нижнем полувкладыше, с обеих его сторон выполнены по три или более сливных окон для слива отработанной смазки в картер корпуса подшипника, при этом одно окно расположено в нижней центральной части, а остальные боковые окна, расположены под углами, равными и относительно вертикальной оси и симметрично с каждой ее стороны. В верхнем полувкладыше также выполнена специальная полость для отвода отработанной смазки с шириной, равной ширине расточки вкладыша и имеющая в плане прямоугольную форму и расположенная под углом ...18°, при этом начало образования и ее окончание определяются соответственно углами ...20° и ...48° относительно вертикальной оси вращения вала. В полости по ее краям симметрично с каждой стороны выполнены по три сквозных отверстия или канала для отвода отработанной смазки, имеющие на внешней поверхности специальные, и объединяющие по контуру отверстия или каналы, расточки и подрезки, а также козырьки для повышения эффективности отвода отработанной смазки.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными вышеперечисленным. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве и изложенных в формуле полезной модели.
На чертежах, поясняющих сущность заявленного технического решения представлены: фиг.1, где изображен поперечный разрез по плоскости Б-Б радиального вкладыша подшипника скольжения; фиг.2, где изображен продольный разрез радиального вкладыша подшипника скольжения по плоскости А-А; фиг.З, где изображен вид Д (в плане) на фиг.1 нижнего полувкладыша; фиг.4, где изображен поперечный разрез радиального подшипника скольжения по плоскости Г-Г на фиг.2.
Радиальный вкладыш подшипника скольжения (фиг.1) состоит из верхнего полувкладыша 1 и нижнего полувкладыша 2, при этом в них выполнены внутренний кольцевой канал 3, а в верхнем полувкладыше выемка 4, расположенная в горизонтальной плоскости вкладыша по направлению вращения вала 5, которая сообщена с каналами подвода смазки 6, расположенных под углом а, равным 50...53° к горизонтальной плоскости вкладыша непосредственно по касательной относительно вала и по направлению его вращения со, а также имеет на рабочей поверхности 7, сообщенных с каналами подвода 6 и расположенную с ними на пересекающихся осях, эксцентричную профилированную расточку 8 с глубиной .5...4мм и шириной  равной 70...82% ширины расточки вкладыша b (фиг.З) и имеющей в плане прямоугольную форму с ограничительными углами ее выхода на основную расточку в окружном направлении а2, равным 5...6° и аз, равным 30...35° относительно горизонтальной плоскости по направлению вращения вала 5, что является наилучшим и оптимальным.
В нижнем полувкладыше в горизонтальной плоскости установлена заглушка 9, перекрывающая внутренний кольцевой канал 3 в зоне каналов подвода смазки для исключения перемешивания смазки, а также выполнена на выходе из несущего слоя специальная полость отвода отработанной смазки 10 с шириной, равной ширине расточки Ь(фиг.2), имеющая в плане прямоугольную форму и расположенная тангенциально относительно вала 5
по направлению его вращения со под углом к горизонтальной плоскости ...50°, при этом начало образования и ее окончание определяется соответственно углами ...47° и ...10° относительно горизонтальной плоскости со стороны противоположной вращению вала 5(фиг.1). В полости 10 по ее краям симметрично с каждой стороны выполнены по два сквозных отверстия или канала 11 (фиг.4) для обеспечения направленности отвода отработанной смазки непосредственно в картер подшипника 12 через сливные отверстия 13 (фиг.4). Каналы 11 имеют с внутренней и наружной поверхности вкладыша специальные, объединяющие их по контуру расточки и подрезки 14 для повышения эффективности отвода отработанной смазки.
В верхнем полувкладыше 1 также выполнена специальная полость дополнительного отвода отработанной смазки 15 (фиг.1) с шириной, равной ширине расточки вкладыша b (фиг.2), имеющая в плане прямоугольную форму и расположенная тангенциально относительно вала 5 и по направлению его вращения со под углом ...18°, при этом начало образования и ее окончание определяется соответственно углами ...20° и ...48° относительно вертикальной оси вкладыша по направлению вращению вала. В полости 15 по ее краям симметрично с каждой стороны выполнены по три сквозных отверстия или канала 16 для отвода отработанной смазки, имеющие на внешней поверхности вкладыша специальные, объединяющие их по контуру расточки и подрезки 17, а также козырьки 18 для повышения эффективности отвода отработанной смазки и его организованной направленности в картер подшипника.
В межуплотнительной зоне 19, образованной между торцами рабочей поверхности и масляными уплотнениями 20 в нижнем полувкладыше с обеих его сторон выполнены по несколько сливных окон 21, при этом одно окно расположено в центральной нижней части, а остальные окна под равным углом и относительно вертикальной оси и симметрично с каждой стороны,
что в итоге обеспечивает эффективность свободного слива отработанной смазки из вкладыша в картер подшипника 12 через сливные каналы 13 (фиг.2...4) и одновременно способствует уменьшению протечек смазки через масляные уплотнения вкладыша 20.
Радиальный вкладыш подшипника скольжения работает следующим образом. Смазка при номинальном давлении поступает через внутренний кольцевой канал 3, выемку 4, каналы 6 и эксцентричную расточку 8 на рабочую поверхность 7. С началом вращения вала 5 и по мере увеличения его частоты вращения до номинального значения в гарантированном зазоре между валом 5 и рабочей поверхностью 7 образуется гидродинамический клин, что обуславливает всплытие вала на смазочном слое, при этом несущая способность подшипника, соответственно, определяется величиной всплытия вала, его расположением относительно расточки вкладыша в вертикальном и горизонтальном направлениях, температурным уровнем работы при различных нагрузках на всех возможных режимах работы турбомашины.
Выполнение тангенциального подвода смазки непосредственно по касательной к рабочей поверхности вкладыша по направлению вращения вала под углом oil  50.. .53° обеспечивает повышенную скорость подачи, улучшает условия входа и распределения смазки на рабочую поверхность подшипника и соответственно увеличивает его несущую способность. При таком конструктивном исполнении вкладыша подшипника, во первых, за счет выполнения внутреннего кольцевого канала 3 осуществляется окружное тепловое экранирование от более нагретых корпуса подшипника и цилиндров турбоагрегата и соответственно - дополнительные теплоотвод и охлаждение тела вкладыша, а во вторых температура подвода смазки сохраняется неизменной от номинального значения, что обусловлено исключением перемешивания отработанной и подаваемой смазки, поступающей из каналов подвода 6 верхнего полувкладыша в зону эксцентричной расточки 8. Поэтому
на рабочую поверхность вкладыша поступает более холодная по сравнению с конструкцией по прототипу, смазка.
Расположение эксцентричной профилированной расточки 8 под углом ...35° к горизонтальной плоскости по направлению вращения вала исключает перемешивание отработанной и подаваемой смазки, поступающей из тангенциальных каналов 6 в эту зону. Поэтому температура подвода смазки почти не изменяет номинальное значение, например, 40°С, что является нормативным показателем при эксплуатации турбомашин.
Свежая смазка попадает из тангенциальных каналов 6 в эксцентричную профилированную расточку 8 (фиг.1) прямоугольной формы, что предотвращает перетекание подаваемой смазки в верхний полувкладыш 1, и улучшает условия входа смазки на рабочую поверхность подшипника. В нижнем полувкладыше 2 в горизонтальной плоскости установлена заглушка 9, перекрывающая внутренний кольцевой канал 3 в зоне каналов подвода смазки 6 для исключения перемешивания смазки.
На выходе из несущего слоя гидродинамического клина (в зоне угла ...47°) образуется область отрицательных давлений. В результате возникает подсос смазки и ее неорганизованное растекание по торцам вкладыша. С целью рациональной организации отвода смазки в нижнем полувкладыше выполнена специальная полость отвода отработанной смазки 10 на выходе из несущего слоя с шириной, равной ширине расточки Ь, имеющая в плане прямоугольную форму и расположенная тангенциально относительно вала 5 по направлению вращения вала со под углом к горизонтальной плоскости ...50°, при этом начало образования и ее окончание определяются соответственно углами ...47° и ..ЛО° относительно горизонтальной плоскости со стороны противоположной вращению вала 5 (фиг.1).
Как правило, вследствие возможных перекосов опор и тепловых расцентровок валопровода турбоагрегатов, возникающих при их эксплуатации, увеличиваются удельные нагрузки на подшипники, что приводит к повышению температуры рабочей поверхности из-за снижения их несущей способности. Для предложенной конструкции все приведенные конструктивные доводы действуют и при высоких удельных нагрузках вследствие большого резерва по его несущей способности на всех возможных режимах работы турбомашины.
Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании предлагаемого устройства следующей совокупности условий:
средство, воплощающее предлагаемое техническое решение при его осуществлении, используется в производстве радиальных подшипников скольжения для роторов мощных турбоагрегатов турбогенераторов;
для заявленного устройства в том виде как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной ниже формулы полезной модели, подтверждается возможность его осуществления с помощью приведенных в описании заявки или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно, создает оптимальные условия работы ротора турбомашины и организацию подвода смазки, в том числе и направленного слива отработанной смазки в нижнем и верхнем  полувкладышах на всех возможных режимах работы турбомашин. В комплексе предлагаемое техническое решение позволяет улучшить температурный уровень рабочей поверхности вкладыша на пат 18... 22%, при номинальных и повышенных удельных нагрузках, возникающих, например, при возможных тепловых расцентровках валопровода, способствует повышению несущей способности подшипника, снижению общего расхода смазки и протечек смазки через масляные уплотнения, уменьшению момента трения и износа, и соответственно, повышению коэффициента полезного действия турбоагрегата за счет снижения потерь мощности на трение. Следовательно, предлагаемая полезная модель соответствует оспособности «промышленная применяемость. 1 Радиальный вкладыш подшипника ротора турбомашины, включающий верхний и нижний полувкладыш, внутренние полукольцевой или кольцевой каналы в верхнем или одновременно в верхнем и нижнем полувкладышах, из которых смазка поступает в выемку в горизонтальной плоскости расположенную со стороны по направлению вращения вала непосредственно в зону начала образования гидродинамического клина в нижнем полувкладыше, при этом рабочая поверхность нижнего полувкладыша подшипника скольжения имеет сообщающуюся с выемкой эксцентричную расточку прямоугольной формы, а также по одному сливному окну с каждой стороны по торцам нижнего полувкладыша для слива отработанной смазки непосредственно в картер корпуса подшипника из межуплотнительной полости, образованной поверхностями масляных уплотнений и торцевыми стенками верхнего и нижнего полувкладышей, отличающийся тем, что внутренний кольцевой канал выполняют с выемкой в горизонтальной плоскости по направлению вращения вала, сообщающуюся с каналами подвода смазки, расположенными тангенциально под углом, выбранном в интервале 50 - 53° к горизонтальной плоскости вкладыша, непосредственно по касательной относительно вала и по направлению его вращения, при чем рабочая  поверхность нижнего полувкладыша имеет, сообщенную с каналами подвода и расположенную с ними на пересекающихся осях, эксцентричную профилированную расточку с глубиной выбранной в интервале 2,5 - 4мм и шириной, 2 выбранной в интервале , 72 - 80% от ее глубины, имеющую в плане прямоугольную форму, при этом ограничительные углы ее выхода на основную расточку в окружном направлении, образуют угол, выбранный в интервале, соответственно, 5 - 6° и 30 - 35° относительно горизонтальной плоскости по направлению вращения вала, а в нижнем полувкладыше в горизонтальной плоскости выполняют заглушку, перекрывающую внутренний кольцевой канал в зоне подвода смазки, а также полость отвода смазки с шириной, равной ширине расточки вкладыша, которая расположена тангенциально относительно вала по направлению его вращения под углом к горизонтальной плоскости, выбранным в интервале 45 - 50°, с начала ее образования и окончания, определяющихся соответственно углами, выбранными в интервале 45 - 47° и 8 - 10°, соответственно, относительно горизонтальной плоскости со стороны, противоположной вращению вала, при этом на ее краях симметрично с каждой стороны выполняют по два сквозных канала, имеющих на внутренней и внешней поверхностях вкладыша, объединяющие их по контуру расточки и подрезки. адиальный вкладыш подшипника ротора турбомашины по пункту 1, отличающийся тем, что в верхнем полувкладыше выполняют дополнительную полость отвода смазки с шириной, равной ширине расточки вкладыша и расположенную тангенциально относительно вала по направлению его вращения под углом к горизонтальной плоскости, выбранным в интервале 14 - 18° с началом ее образования и окончания, определяющимися соответственно углами, выбранными в интервале 15 - 20° и 43 - 48° относительно вертикальной оси 3 вкладыша по направлению вращения вала, при этом на ее краях симметрично с каждой стороны выполнены по три сквозных канала, имеющих на внешней поверхности вкладыша, объединяющие их по контуру расточки и подрезки, а также козырьки. адиальный вкладыш подшипника ротора турбомашины по пункту 1, отличающийся тем, что на торцах нижнего полувкладыша с обеих его сторон предусматривают не менее трех сливных окон, при чем одно окно располагают в нижней центральной части, а остальные окна располагают под равными углами относительно вертикальной оси и симметрично с каждой стороны. Радиальный Ькладыш подшипника ротора турбомашины.