УЗЕЛ ПЯТЫ ПРОТЕКТОРА ГИДРОЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструктивным элементам протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, а именно узлу пяты.
Одним из узлов протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного двигателя, осуществляющей защиту электродвигателя от попадания в него пластовой жидкости, является узел пяты, воспринимающий осевую нагрузку на вал протектора. Узел пяты содержит подвижную пяту и подпятник, установленный неподвижно.
Известен узел пяты (Патент США №6565257 "Submergible pumping system with thermal sprayed polymeric wear surfaces" МПК F 16 C 32/06, опубл. 20.05.2003 г), состоящий из пяты, закрепленной на валу протектора, представляющей собой стальной диск с плоской торцевой поверхностью трения и подпятника, организованного по схеме подпятника с самоустанавливающимися сегментами, воспринимающими осевую нагрузку. Подпятник выполнен в виде металлического корпуса, в котором установлено шесть сегментов. Сегменты имеют форму сектора круга с криволинейными боковыми поверхностями, ограничивающими рабочую плоскость сегмента. На стороне сегмента, обратной рабочей, выполнена опорная «ножка», свободно опирающаяся на плоскость корпуса подпятника. Элементами, ограничивающими свободу перемещения сегментов в осевом направлении, являются специальные вставки, жестко закрепленные в корпусе подпятника, части которых входят в соответствующие им пазы, выполненные на боковых поверхностях сегментов. Такая схема закрепления позволяет сегментам в определенных пределах свободно поворачиваться, опираясь на опорную «ножку». Вращаясь на валу пята увлекает слой смазки (например масла), прилегающий к ней, в зазор между пятой и подпятником, создавая эффект гидродинамического клина на поверхностях сегментов. Имеющие возможность самоустановки сегменты в каждый момент времени оптимально ориентированы
относительно рабочей поверхности пяты поддерживая максимально возможную толщину пленки смазки, обеспечивающую жидкостное трение.
(http://www.alnas.ru/gidroprotektor.htm,
Наиболее близким к заявляемому является узел пяты  дата сведений 22.07.05, копия страницы сайта в Приложении), содержащий пяту, выполненную в виде стального диска, установленного на валу, и подпятник. Подпятник также организован по схеме подпятника с самоустанавливающимися сегментами, воспринимающими осевую нагрузку, и выполнен в виде диска, в котором жестко закреплены шесть сегментов. Рабочая поверхность сегментов представляет собой сектор круга. Каждый сегмент имеет на стороне обратной рабочей опорную «ножку», жестко закрепленную на диске подпятника. Самоустановка сегментов относительно рабочей поверхности пяты происходит вследствие упругой деформации опорной ножки под действием гидродинамических сил возникающих в пленке смазки между вращающейся пятой и неподвижным подпятником. Имеющие возможность самоустановки сегменты в каждый момент времени оптимально ориентированы относительно рабочей поверхности пяты поддерживая максимально возможную толщину пленки смазки, обеспечивающую жидкостное трение.
Недостатком вышеуказанных технических решений являются то что при работе узла пяты с самоустанавливающимися сегментами подпятника создается гидродинамическое давление, при котором возможен срыв работы узла в режим граничного трения, что приводит к повышенному износу узла, повышению потерь мощности и снижению надежности работы и, кроме того, сложность узла пяты, обусловленная сложностью конструкции подпятника.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является создание узла пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя позволяющего достичь технического результата, заключающегося в сокращении потерь мощности на узле пяты, обеспечении режима жидкостного трения при более высоких нагрузках при упрощении конструкции узла.
Отличительной особенностью заявляемого решения является обеспечение возможности создания более высоких значений гидродинамического давления в пленке смазки между пятой и подпятником, причем независимо от того на какой из поверхностей трения пары трения узла пяты выполнены спиральные канавки. Спиральные канавки могут быть
выполнены на поверхности трения пяты, в этом случае поверхность трения подпятника выполняется плоской и, наоборот, при выполнении спиральных канавок на поверхности подпятника, поверхность трения пяты выполняется плоской. При вращении пяты (в любом случае выполнения спиральных канавок - на поверхностях трения пяты или подпятника) смазка нагнетается в зону спиральной канавки и создается повышенное гидродинамическое давление в пленке смазки в определенной зоне поверхности трения, зависящей от конфигурации канавок. Гидродинамическое давление в этой зоне обуславливает режим жидкостного трения, обеспечивающий работу узла при более высоких нагрузках.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в узле пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем пяту, имеющую возможность установки на валу протектора и подпятник, имеющий возможность закрепления в корпусе протектора, в паре трения узла одна из поверхностей трения либо пяты, либо подпятника выполнена со спиральными канавками, соответственно другая поверхность трения либо подпятника, либо пяты выполнена плоской.
Пята имеет осевое отверстие, через которое проходит вал протектора и закреплена на этом валу, а подпятник, имеющий осевое отверстие, через которое проходит вал, жестко закрепляется в корпусе протектора.
Пара трения выполнена из износостойких материалов, например закаленная сталь, керамика, твердый сплав.
В случае выполнения пары трения из закаленной стали, может быть использована закаленная сталь 40×13.
В случае выполнения пары трения из керамики или твердого сплава, (фиг.1) пята и подпятник содержат металлическую обойму и вкладыш, выполненный из керамики или твердого сплава, расположенный в полости этой обоймы таким образом, что торцевая поверхность вкладыша, образующая рабочую поверхность трения, расположена выше плоскости торцов металлической обоймы. Керамические вкладыши могут быть выполнены, например, из реакционноспеченного карбида кремния. Твердосплавные вкладыши - из твердого сплава ВК-8.
Кривые, ограничивающие спиральные канавки, имеют вид логарифмической спирали, причем угол между двумя касательными, проведенными в точке начала кривой, ограничивающей спиральную канавку,
первая из которых проведена к кривой, ограничивающей канавку, а вторая к одной из окружностей, охватывающих рабочую поверхность пяты одинаков для всех кривых.
Спиральные канавки могут быть так называемыми «глухими», т.е. закрытыми с одной из сторон, примеры таких канавок, выполненных на рабочей поверхности пяты, представлены на фиг.2а, б. Такие спиральные канавки образованы кривыми, имеющими вид логарифмической спирали и открытыми, (имеющими свободный проход смазки) со стороны внешнего диаметра пяты, а закрытыми (не имеющими свободного прохода смазки) со стороны внутреннего диаметра пяты (см. фиг.2а). Также такие спиральные канавки могут быть выполнены закрытыми со стороны внешнего диаметра пяты, а открытыми со стороны внутреннего диаметра пяты (см. фиг.2б)
Спиральные канавки могут быть так называемыми «шевронными», пример выполнения таких канавок представлен на фиг.2в. Такие спиральные канавки ограничены парами кривых сходящихся в одной точке.
Технический результат, заключающийся в сокращении потерь мощности на узле пяты, обеспечении режима жидкостного трения при более высоких нагрузках при упрощении конструкции узла достигается при любой реализации узла пяты, как в случае выполнения канавок на поверхности трения пяты, а поверхности подпятника плоской, так и, наоборот, в случае выполнения канавок на поверхности трения подпятника, а поверхности пяты плоской.
Полезная модель поясняется следующими чертежами
Фиг.1 - сечение узла пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя.
Фиг.2 - Примеры выполнения поверхности трения с канавками:
а) Поверхность трения пяты или подпятника с «глухими» канавками, закрытыми со стороны внутреннего диаметра пяты.
б) Поверхность трения пяты или подпятника с «глухими» канавками, закрытыми со стороны внешнего диаметра пяты.
в) Поверхность трения пяты или подпятника с «шевронными» канавками.
Узел пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, например со спиральными канавками, выполненными на поверхности трения пяты (см. фиг.1) состоит из пяты 1 и подпятника с гладкой рабочей поверхностью 2. На поверхности трения пяты 1 выполнены спиральные канавки 3. Спиральные канавки 3 ограничены кривыми, имеющими вид
логарифмической спирали, причем угол между двумя касательными, проведенными в точке начала кривой, ограничивающей спиральную канавку, первая из которых проведена к кривой, ограничивающей канавку, а вторая к одной из окружностей, охватывающих рабочую поверхность пяты одинаков для всех кривых. Канавки 3, ограниченные кривыми, отвечающими вышеуказанному условию, образуют различные конфигурации на поверхности трения пяты 1. «Глухие» канавки 3, закрытые либо со стороны внутреннего диаметра пяты 1, либо со стороны внешнего диаметра пяты 1, позволяют образоваться зоне повышенного гидродинамического давления 4 на рабочей поверхности пяты 1, в том районе, где канавки не имеют свободного прохода смазки, так как указано на фиг 2а и фиг 2б соответственно. В случае выполнения на рабочей пяте 1 «шевронных» канавок, зона повышенного гидродинамического давления образуется в районе точек схождения кривых ограничивающих канавки, так как указано на фиг.2в. В альтернативном варианте конструкции спиральные канавки 3 выполняются на поверхности трения подпятника 2.
Узел пяты протектора гидрозащиты погружного маслозаполненного электродвигателя, работает следующим образом.
В случае выполнения поверхности трения пяты со спиральными канавками 3, пята 1 вращаясь на валу, захватывает этими канавками поток смазки в зазор между пятой 1 и подпятником 2 с плоской поверхностью трения. При этом смазка поступает в спиральные канавки 3, и в местах, где конструктивно организованы зоны, затрудняющие проток смазки в пленке смазки, создается повышенное гидродинамическое давление. В случае «глухих» канавок повышенное гидродинамическое давление создается в тех местах, где смазка не имеет свободного прохода, а в случае «шевронных» канавок в местах схождения канавок. Таким образом, в этих местах образуются зоны повышенного давления 4, позволяющие обеспечивать режим жидкостного трения при более высоких нагрузках и сократить потери мощности на узле пяты.
В случае выполнения пяты с плоской поверхностью трения, пята 1 вращаясь на валу, увлекает слой смазки, прилегающей к ней, в зазор между пятой 1 и подпятником 2 со спиральными канавками 3 на его рабочей поверхности. При этом смазка также поступает в спиральные канавки 3, и в местах, где конструктивно организованы зоны, затрудняющие проток смазки в пленке смазки, создается повышенное гидродинамическое давление. В случае «глухих» канавок повышенное гидродинамическое давление создается в тех
местах, где смазка не имеет свободного прохода, а в случае «шевронных» канавок в местах схождения канавок. Таким образом, в этих местах образуются зоны повышенного давления 4, позволяющие обеспечивать режим жидкостного трения при более высоких нагрузках и сократить потери мощности на узле пяты.
Упрощение конструкции узла пяты очевидно, так как пята и подпятник могут состоять из одной детали простой геометрической формы. Процесс нанесения спиральных канавок на торцовые поверхности деталей не вызывает затруднений и может быть осуществлен механически, химическим или электрохимическим методами или путем обработки поверхности лазером.