Патент на изобретение №2272942

(54) ОПОРА ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в многоступенчатых центробежных насосах, применяемых в нефтяной и газовой промышленности для уравновешивания осевой силы, возникающей при вращении вала центробежного насоса. Опора содержит корпус, в котором с возможностью вращения смонтирован вал, подпятник и пяту, имеющие возможность контактирования друг с другом своими торцами, а также насосный элемент, закрепленный на валу и предназначенный для подачи масла из полости корпуса в пространство между торцами пяты и подпятника. На пяте и подпятнике выполнены осевые отверстия, которыми они надеты на вал, причем опора снабжена сферической втулкой, установленной на валу и подпружиненной относительно вала. На пяте выполнена сферическая выборка, которой пята установлена на сферической втулке. Насосный элемент установлен между двух закрепленных в корпусе фланцев, на одном из фланцев закреплен подпятник, на обращенном к пяте торце которого имеются карманы. При этом в подпятнике и фланце, на котором закреплен подпятник, выполнены сообщающиеся отверстия для подачи масла от насосного элемента в карманы подпятника. Технический результат – обеспечение высокой несущей способности конструкции гидростатической опоры при малых затратах энергии за счет взаимодействия пяты и подпятника в условиях обеспечения параллельности их торцов и достижения минимальных зазоров между ними. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых центробежных насосах, применяемых в нефтяной и газовой промышленности для уравновешивания осевой силы, возникающей при вращении вала центробежного насоса.

Известна пята гидростатическая, содержащая корпус, в котором с возможностью вращения установлен вал, на валу закреплен диск пяты и роторный элемент лабиринтного насоса. В корпусе закреплен статорный элемент насоса, имеющий лопатки, в проточке которого закреплен подпятник. В корпусе также закреплен еще один подпятник и имеются лопатки. На диске и статорном элементе выполнены отверстия.

При вращении вала с диском насос создает в полости «А» корпуса давление, действие которого уравновешивает нагрузку, направленную вниз, сохраняя определенный зазор между торцами диска (пяты) и подпятником (см. а.с. СССР №314938, Кл. F 16 C 32/06, 1971 г.) – наиболее близкий аналог.

В результате анализа конструкции известной опоры необходимо отметить, что она, как и заявленная, содержит размещенный в корпусе с возможностью вращения посредством привода вал, пяту, подпятник, закрепленный на корпусе, и ротор, обеспечивающий подачу масла между пятой и подпятником для создания между ними зазора при вращении вала и закрепленной на нем пяты. Однако, учитывая, что подпятник закреплен в корпусе, а пята жестко смонтирована на валу, в конструкции наиболее близкого аналога не обеспечивается достаточная параллельность торцов пяты и подпятника, а следовательно, необходимый минимальный зазор между ними, при котором достигается высокая несущая способность гидростатической опоры за счет высокого давления гидростатической разгрузки при малых затратах энергии на прокачку жидкости.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции опоры гидростатической, обеспечивающей высокую несущую способность при малых затратах энергии за счет взаимодействия пяты и подпятника в условиях, когда обеспечивается параллельность их торцов и достигаются минимальные зазоры между торцами пяты и подпятника.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в опоре гидростатической, содержащей корпус, в котором с возможностью вращения смонтирован вал, подпятник и пяту, имеющих возможность взаимодействия друг с другом, образуя равномерный зазор между их торцами, а также насосный элемент, закрепленный на валу и предназначенный для подачи масла из полости корпуса в пространство между торцами пяты и подпятника, новым является то, что на пяте и подпятнике выполнены осевые отверстия, которыми они надеты на вал, причем опора снабжена сферической втулкой, установленной на валу и подпружиненной относительно вала, на пяте выполнена сферическая выборка, которой пята установлена на сферической втулке, насосный элемент установлен между двух закрепленных в корпусе фланцев, на одном из фланцев закреплен подпятник, на обращенном к пяте торце которого имеются карманы, при этом в подпятнике и фланце, на котором закреплен подпятник, выполнены сообщающиеся отверстия для подачи масла от насосного элемента в карманы подпятника.

Параллельность зазора между гидростатически взвешенной пятой и подпятником обеспечивается благодаря тому, что при возникновении перекосов пяты давление в карманах, в которых зазор оказывается минимальным, возрастает, и таким образом возникает уравновешивающий момент, направленный на ликвидацию перекоса и выравнивание зазора, благодаря повороту пяты относительно сферической опоры.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «новизна».

Считаем, что сущность заявленного изобретения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, заявленное решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Сведений, изложенных в материале заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых:

на фиг.1 – опора гидростатическая, осевой разрез;

на фиг.2 – виды на торцы подпятника.

Опора гидростатическая содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения посредством привода (не показан) смонтирован вал 2. На валу 2 закреплена, например, посредством шпонки (позицией не обозначена) сферическая втулка 3, подпружиненная относительно вала в осевом направлении упругим элементом 4. На вал 2 надета осевым отверстием пята 5, имеющая по одному из торцов сферическую выборку, в которой размещена сферическая втулка 3. Другой торец пяты имеет возможность контакта с торцом надетого осевым отверстием на вал 2 подпятника 6.

На валу 2 закреплен насосный элемент (например, ротор с лопастями) 7, выполняющий функции насоса. Насосный элемент расположен между двумя фланцами 8 и 9, закрепленными в корпусе 1. Подпятник 6 скреплен с фланцем 8, например, посредством штифтов 10. Во фланце 8 выполнены осевые сквозные отверстия 11 с выборками 12 по торцам фланца. В подпятнике 6 выполнены осевые отверстия 13, сообщающиеся с отверстиями 11 фланца 8. На торце подпятника 6, обращенном к пяте 5, имеются углубления (карманы) 14, сообщающиеся с отверстиями 13. На другом торце подпятника имеются канавки 15.

Опора гидростатическая работает следующим образом.

Работу опоры рассмотрим на примере эксплуатации многоступенчатого погружного центробежного насоса. В данном случае корпус опоры является и корпусом протектора насоса.

В статическом положении опоры упругий элемент 4 поджимает торец пяты 5 к торцу подпятника 6. При вращении вала 2 вращаются сферическая втулка 3, которая за счет силы трения приводит во вращения пяту 5 и насосный элемент 7. Поскольку пята 5 установлена на сферической опоре 3, то при вращении пята самоустанавливается относительно торца подпятника и полностью контактирует своим торцом с торцом подпятника.

При вращении ротора 7 масло из корпуса 1 захватывается лопастями насосного элемента и подается через отверстия 11 и 13 в углубления (карманы) 14. В начальный момент работы поджим пяты 5 к подпятнику 6 осуществляется упругим элементом 4, а давление масла в карманах подпятника 6 не превышает давления, пропорционального усилию пружины.

При достижении вращения вала расчетного значения (рабочий режим) возрастает осевая сила на пяту от рабочих колес центробежного насоса, и соответственно возрастает давление в нагнетательной полости насосного элемента.

Поскольку в настоящем изобретении используется насос объемного типа, для выхода нагнетаемой жидкости из подводящих карманов и далее через зазор между пятой и подпятником наличие такого зазора гарантировано самим рабочим процессом, и за счет этого обеспечивается взвешивание (всплытие) пяты относительно подпятника. Величина зазора соответствует величине подачи насосного узла и величине давления в камерах подпятника.

Таким образом, конструкция опоры обеспечивает полное прилегание торцов пяты и подпятника на стадии включения и выключения насоса и постоянный зазор между ними при рабочем режиме, что позволит уменьшить износ пяты и подпятника, снизить потери энергии в конструкции, а также обеспечить компенсацию осевых сил, возникающую при работе различных устройств, в которые устанавливается опора, например, центробежных нефтяных и газовых насосов.

Формула изобретения

Опора гидростатическая, содержащая корпус, в котором с возможностью вращения смонтирован вал, подпятник и пяту, имеющие возможность контактирования друг с другом своими торцами, а также насосный элемент, закрепленный на валу и предназначенный для подачи масла из полости корпуса в пространство между торцами пяты и подпятника, отличающаяся тем, что на пяте и подпятнике выполнены осевые отверстия, которыми они одеты на вал, причем опора снабжена сферической втулкой, установленной на валу и подпружиненной относительно вала, на пяте выполнена сферическая выборка, которой пята установлена на сферической втулке, насосный элемент установлен между двух закрепленных в корпусе фланцев, на одном из фланцев закреплен подпятник, на обращенном к пяте торце которого имеются карманы, при этом в подпятнике и фланце, на котором закреплен подпятник, выполнены сообщающиеся отверстия для подачи масла от насосного элемента в карманы подпятника.

РИСУНКИ