Подшипник скольжения с жидким вкладышем

(51) 16 23/02 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ ликвидации вибрационных нагрузок, возникающих при работе турбин. Устройством для достижения указанной цели является подшипник скольжения с жидким вкладышем, вал которого жестко связан с обечайкой, выполненной П-образной формы, и охватывает собой фланец, жестко связанный с крышкой турбины, при этом в одной из торцевых стенок обечайки радиально выполнены отверстия, с установленными подпружиненными стержнями,стержни опираются на цилиндрическую втулку и центрируют вал турбины при нулевых и малых угловых скоростях е вращения и освобождают вал турбины от центровки при больших угловых скоростях вращения, кроме этого обечайка заполнена жидким наполнителем, который при вращении принимает форму кольца, охватывает цилиндрическую поверхность фланца и центрирует вал относительно его центра.(76) Овчаров Михаил Степанович Овчаров Андрей Михайлович(57) Изобретение относится к машиностроительной технике и предназначено для использования в качестве подшипников скольжения высокоскоростных валов турбин и генераторов,подверженных интенсивным вибрационным и ударным нагрузкам и работающих под высоким давлением в агрессивных средах. Цель изобретения - снижение сил трения,увеличение коэффициента полезного действия и получение возможности автоматической Предлагаемый подшипник скольжения с жидким вкладышем относится к машиностроительной технике и предназначен для использования в качестве опоры для поддержания высокоскоростных валов, подверженных интенсивным вибрационным и ударным нагрузкам и работающих под высоким давлением в агрессивных средах, например валов гидротурбин, паровых турбин, генераторов. Существуют два типа подшипников подшипники качения и подшипники скольжения. Подшипник качения состоит из двух колец, одно из которых сажается чаще всего на вращающийся вал,а другой в неподвижный корпус, и набора тел качения (шариков, роликов), размещенных между кольцами. Для направления тел качения на кольцах имеются специальные дорожки качения. Кроме этого подшипник качения имеет сепаратор,обеспечивающий симметрично-равномерное расположение тел качения. При сборке опоры подшипник качения предварительно монтируется на валу и затем укладывается в корпус подшипника вместе с валом. Основное преимущество подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения простота ухода в эксплуатации меньший расход смазки высокие качества и экономичность при массовом изготовлении. Недостаток подшипников качения - это склонность к перегреву, пониженная долговечность при работе на скоростях более 2530 м/с, слабая демпфирующая способность валов и пониженная работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, а также сложность сборки и разборки подшипников (Дмитриев В.А. Детали машин. Л. Судостроение, 1970, с. 591). В качестве прототипа принят подшипник скольжения, который состоит из двух основных частей корпуса подшипника и вкладыша. Корпус подшипника делается разъемным из двух частей крышки и основания. Крышка крепится к основанию болтами. Вкладыши делаются также разъемными из двух частей и закрепляются от поворота к основанию подшипника штифтами,винтами, клиньями. При сборке опоры вал укладывается на вкладыш подшипника и закрывается сверху крышкой. Вкладыши изготовляют из чугуна, стали и бронзы. Рабочие поверхности чугунных и стальных вкладышей покрывают тонким слоем антифрикционного материала. Применение вкладышей позволяет изготовлять корпусные детали подшипника из дешевых, недефицитных материалов и упрощает проведение монтажных и ремонтных работ. Преимущество подшипника скольжения возможность работы при любых скоростях. Недостаток подшипника скольжения - требуется непрерывная смазка имеет высокие потери на трение требует повышенные пусковые моменты. Целью настоящего изобретения является снижение сил трения, увеличение коэффициента полезного действия, и получение возможности автоматической ликвидации вибрационных нагрузок, возникающих при работе подшипников. Технический результат указанной цели достигается тем, что вал подшипника скольжения жестко связан с обечайкой, выполненной Побразной формы, которая охватывает собой фланец жестко связанный с крышкой турбины, при этом в одной из торцевых стенок обечайки радиально выполнены отверстия,внутри отверстий установлены подпружиненные стержни, которые опираются на цилиндрическую втулку и центрируют вал турбины при нулевых и малых угловых скоростях е вращения и освобождают вал турбины от центровки при больших угловых скоростях вращения, кроме этого обечайка заполнена жидким наполнителем, который при вращении принимает форму кольца, охватывает цилиндрическую поверхность фланца и центрирует вал относительно его центра. Охлаждение зоны контакта жидкого наполнителя и цилиндрической поверхности фланца выполнено посредством проточных каналов, проходящих через крышку турбины, цилиндрическую втулку и фланец. На фиг.1 представлен вид подшипника скольжения, когда вал турбины не вращается на фиг.2 представлен вид подшипника скольжения при вращении вала турбины. Устройство подшипника скольжения с жидким вкладышем (наполнитель) состоит из обечайки 1,которая выполнена П-образной формы и жестко связана с валом ротора турбины 2 и из неподвижной крышки турбины 3, жестко связанной с цилиндрической втулкой 4 и фланцем 5. Обечайка 1 выполнена с радиальными отверстиями 6, внутри которых помещены стержни 7 и пружины 8 (либо через вал и каналы, выполненные в обечайке, может быть подведена жидкость с сетевым аккумулятором под давлением). Пружины 8 (либо жидкость) обеспечивают прижатие стержней 7 к внешней цилиндрической поверхности втулки 4, обеспечивая центрирование обечайки и вала ротора относительно оси цилиндрической втулки 4 в период разгона и торможения вращающихся частей ротора. В рабочем режиме с максимальной скоростью вращения вала ротора стержни 7 за счет центробежных сил сжимают пружины (либо отключается давление в жидкости и она выжимается из полости 6) и отрываются от цилиндрической поверхности втулки 4. Внутри обечайки находится жидкий наполнитель 9 (например масло, графит,жидкий металл, либо легкоплавкие металлы,которые в период пуска разогревают до температуры плавления и в дальнейшем она работает как жидкость), который при вращении обечайки с валом, за счет центробежных сил,смещается к периферии и образует кольцо - жидкий вкладыш. Толщина кольца рассчитана таким образом, чтобы цилиндрическая поверхность фланца 5 была погружена в жидкий наполнитель,так как при вращении жидкого наполнителя за счет центробежных сил в нем возникает давление, то оно воздействует на цилиндрическую поверхность фланца 5 и центрирует обечайку 1 и вал 2 относительно этой поверхности. Давление р жидкого наполнителя на цилиндрическую поверхность фланца может быть определено по формуле- удельный вес жидкого наполнителя- угловая скорость обечайки- радиус цилиндрической поверхности фланца. Для отвода тепла из зоны контакта жидкого наполнителя с цилиндрической поверхностью фланца может быть использован проточный, либо циркуляционный отвод тепла посредством воды,протекающей через каналы 10, либо на поверхности обечайки могут быть выполнены оребрения или использованы высокотемпературные наполнители(например, графит, который плавится при температуре 3750 градусов Цельсия). Принцип работы подшипника скольжения с жидким вкладышем заключается в следующем 1. В неподвижном состоянии турбинной установки, вал ротора 2 опирается через обечайку 1,стержни 7 на внешнюю цилиндрическую поверхность втулки 4, при этом пружины 8(жидкость) прижимают стержни 7 с силой достаточной, чтобы удержать вал в осевом положении относительно втулки (вал находится как бы в люнете). Жидкий наполнитель 9 находится в нижней части обечайки (фиг. 1). 2. Для приведения вала ротора во вращение пропускается пар через зазоры между валом 2 и втулкой 4 и жидкий наполнитель 9 нагревается. Затем вал 2 приводится во вращение с относительно небольшой угловой скоростью, обечайка 1 с валом 2 начинает вращаться и жидкий наполнитель 9, за счет центробежных сил, растекается по внутренней поверхности обечайки и принимает форму кольца,при этом цилиндрическая поверхность фланца 5 погружена в это кольцо (фиг.2). Давление в жидком наполнителе, возникающее от действия центробежных сил, воздействует на цилиндрическую поверхность фланца 5, начинает всплытие обечайки 1 с валом 2. Кроме этого стержни 7 за счет центробежных сил также стремятся к периферии и сжимают пружины 8. Однако центробежные силы ещ недостаточно развиты, чтобы стержни преодолели сопротивление пружин, поэтому они продолжают находиться в контакте с внешней цилиндрической поверхностью втулки 4, и продолжают удерживать обечайку и вал ротора в осевом положении относительно этой втулки. 3. При достижении максимальной скорости вращения обечайки 1 с валом 2, центробежные силы в стержнях 7 возрастают настолько, что они преодолевают сопротивление пружин 8 (жидкость сообщается со сливом и вытесняется) и отрываются от внешней цилиндрической поверхности втулки 4,а давление в жидком наполнителе достигает значения, которое обеспечивает полное всплытие обечайки с валом. Подшипник скольжения входит в режим чистого жидкостного трения (фиг.2). Это объясняется тем, что при вращении обечайки давление в жидком наполнителе распределяется равномерно по окружности (см. формулу) и любое смещение обечайки относительно фланца вызывает неравномерное погружение цилиндрической поверхности фланца во внутреннее кольца жидкого наполнителя и,тем самым,вызывает неравномерность воздействия давления жидкого наполнителя на его цилиндрическую поверхность. С одной стороны оно возрастает, а с другой стороны падает. Следовательно, со стороны, где больше давление там больше сила, а со стороны, где меньше давления сила меньше. Поэтому, ротор смещается в сторону меньших сил, принимая такое положение,когда контактное давление жидкого наполнителя на цилиндрическую поверхность фланца будет постоянное. Таким образом, ротор автоматически центрируется. Коэффициенты трения в подшипнике скольжения с жидким вкладышем определяются типом жидкого наполнителя и находятся в диапазоне 0,010,0001. При жидкостном центрировании отсутствуют силы вибрации,скорости в подшипниках могут достигать 100 и более м/с. При снижении числа оборотов вала ротора наблюдается обратный процесс работы подшипникового узла. Предлагаемое устройство принципиально отличается от существующих подшипников скольжения тем, что если раньше корпус подшипника охватывал вал, то в предлагаемой конструкции вал с обечайкой охватывает корпус, а это обеспечивает- постоянное жидкостное трение (коэффициента трения 0,010,0001)- скорость вращения более 100 м/с- автоматическую балансировку ротора турбины- возможность отказаться от напорных маслостанций, подающих непрерывно масло в зону контакта подшипников скольжения с валом- снижает точность и трудоемкость изготовления подшипникового узла увеличивает долговечность и работоспособность опорного узла- при использовании высокотемпературных наполнителей имеется возможность полностью отказаться от охлаждения зоны контакта наполнителя с цилиндрической поверхностью фланца. Использование подшипника скольжения с жидким вкладышем в народном хозяйстве страны даст значительный экономический эффект. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Подшипник скольжения с жидким вкладышем,содержащий вал и крышку турбины,отличающийся тем, что вал жестко связан с обечайкой, выполненной П-образной формы,которая охватывает собой фланец, жестко связанный с крышкой турбины, при этом в одной из 3 торцевых стенок обечайки радиально выполнены отверстия,с установленными в них подпружиненными стержнями, которые опираются на цилиндрическую втулку и центрируют вал турбины при нулевых и малых угловых скоростях е вращения и освобождают вал турбины от центровки при больших угловых скоростях вращения, кроме этого обечайка заполнена жидким наполнителем,который при вращении принимает форму кольца, охватывает цилиндрическую поверхность фланца и центрирует вал относительно его центра. 2. Подшипник скольжения по п.1,отличающийся тем, что охлаждение зоны контакта жидкого наполнителя и цилиндрической поверхности фланца выполнено посредством проточных каналов, проходящих через крышку турбины, цилиндрическую втулку и фланец.