Патент на изобретение №2319045

(54) ПОДШИПНИК ДЛЯ РОТОРА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ МАШИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области вращающихся машин. Подшипник, вращающийся вокруг вертикальной оси вращения, выполнен в виде подшипника скольжения и содержит первые средства для осевого опирания в виде несущего подшипника, вторые средства для радиального опирания. Первые и вторые средства объединены в один комбинированный радиально-осевой подшипник. Радиально-осевой подшипник имеет одновременно горизонтальные осевые и радиальные поверхности скольжения и поддерживается в осевом направлении осевой опорой. Радиально-осевой подшипник также содержит несколько отдельных сегментов, которые имеют форму секторов кругового кольца и расположены кольцеобразно на расстоянии друг от друга вокруг оси вращения. На каждом из подшипниковых сегментов выполнены одна осевая и одна радиальная поверхности скольжения. Подшипниковые сегменты имеют отверстия с присоединительным патрубком и соединительными каналами для подачи смазочного масла. Смазочное масло подается через выходные отверстия на осевые и радиальные поверхности скольжения подшипниковых сегментов. Технический результат направлен на упрощение конструкции и уменьшение потерь на трение. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к области вращающихся машин. Оно касается подшипника для ротора вращающейся машины, согласно ограничительной части п.1 формулы.

Такой подшипник известен, например, из СН-А5-651362.

Уровень техники

Роторы больших вращающихся машин, например гидрогенераторов, опираются, как правило, на гидродинамические подшипники скольжения. В этих подшипниках осевое и радиальное направляющие действия воспринимаются отдельными подшипниками разной конструктивной формы. Частичное объединение этих самих по себе отдельных подшипников возможно за счет того, что вращающееся в упорном подшипнике кольцо дополнительно воспринимает радиальные усилия за счет расположения вокруг него радиальных направляющих сегментов. Такая конструкция, известная из СН-А5-651362, в сильно упрощенном виде изображена на фиг.1. У вращающейся машины 10′ на фиг.1 ротор с валом 12 установлен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 11. Для этого на валу 12 ротора посредством фланца 13 закреплено подшипниковое кольцо 14′, которое нижней стороной скользит по поверхности 20 скольжения состоящего из отдельных сегментов осевого или опорного подшипника 17 (вертикальные стрелки на фиг.1). Осевой подшипник 17, в свою очередь, опирается в осевом направлении посредством опоры 18. Наружной стороной подшипниковое кольцо 14′ скользит по поверхности 19 скольжения радиального или направляющего подшипника 15 (горизонтальные стрелки на фиг.1). Радиальный подшипник 15, в свою очередь, опирается в радиальном направлении посредством опор 16.

Осевой подшипник 17 и радиальный или направляющий подшипники 15 функционируют в этой известной конструкции независимо друг от друга. Оба подшипника вращаются в масляной ванне. Функцию «опоры ротора» выполняет осевой подшипник 17, а функцию «ведение ротора» – направляющий или радиальный подшипник 15. Оба подшипника содержат собственные, согласованные с соответствующей функцией сегменты.

Недостаток известной опоры с раздельными функциями в том, что толщина подшипникового кольца в осевом направлении должна быть выбрана достаточно большой для обеспечения расположенной сбоку на подшипниковом кольце радиальной опоры. Из-за этого машина в осевом направлении становится, в целом, длиннее.

Недостаток также в том, что радиальная опора размещена по наружной стороне подшипникового кольца. В этом месте окружные скорости сравнительно велики, что приводит к соответственно высоким потерям на трение.

Наконец, для обоих подшипников приходится изготавливать и устанавливать отдельные сегменты, что значительно повышает, в целом, затраты на изготовление и монтаж опоры.

Изложение изобретения

Задачей изобретения является поэтому создание подшипника для вращающейся машины, который устраняет недостатки известных подшипников, отличается, в частности, упрощенной компактной конструкцией и приводит при работе к значительно меньшим потерям на трение.

Эта задача решается посредством совокупности признаков п.1 формулы. Сущность изобретения состоит в объединении отдельных до сих пор радиальных и осевых подшипников (или их сегментов) в один комбинированный радиально-осевой подшипник, имеющий одновременно осевые и радиальные поверхности скольжения. Иначе чем в уровне техники на фиг.1, где, правда, для обоих подшипников на роторе закреплено одно общее подшипниковое кольцо, однако для обоих подшипников использованы отдельные сегменты, здесь обе поверхности скольжения расположены на одном и том же подшипнике (или сегменте). Благодаря этому создана упрощенная, более компактная конструкция подшипника, у которой за счет умелого расположения поверхностей скольжения можно одновременно уменьшить потери на трение.

Первое предпочтительное выполнение изобретения отличается тем, что комбинированный радиально-осевой подшипник содержит несколько отдельных сегментов, которые имеют форму секторов кругового кольца и расположены кольцеобразно на расстоянии друг от друга вокруг оси вращения, на каждом из подшипниковых сегментов выполнены одна осевая и одна радиальная поверхности скольжения, и каждый подшипниковый сегмент имеет собственную радиальную опору.

При этом, согласно одной альтернативе, комбинированный радиально-осевой подшипник расположен в масляной ванне.

Другая альтернатива отличается тем, что в подшипниковых сегментах предусмотрены средства для подачи смазочного масла, которое через выходные отверстия на осевых и радиальных поверхностях скольжения попадает на них, причем преимущественно в каждом подшипниковом сегменте на осевой поверхности скольжения выполнено первое выходное отверстие, которое имеет форму проходящего в радиальном направлении удлиненного шлица и расположено, если смотреть в направлении вращения, в начале осевой поверхности скольжения, и причем в каждом подшипниковом сегменте выполнено второе выходное отверстие на радиальной поверхности скольжения, которое имеет форму проходящего в осевом направлении удлиненного шлица и расположено, если смотреть в направлении вращения, в начале радиальной поверхности скольжения. Выходные отверстия каждого подшипникового сегмента предпочтительно через соединительные каналы сообщены с общим маслоподающим отверстием.

Опора, согласно изобретению, дополнительно упрощена и отличается меньшими потерями на трение, если, согласно другому предпочтительному выполнению, ротор содержит вал, на валу ротора закреплено концентрично охватывающее вал ротора подшипниковое кольцо, которым ротор скользит по осевым поверхностям скольжения комбинированного радиально-осевого подшипника и с самим валом – по радиальным поверхностям скольжения комбинированного радиально-осевого подшипника.

Краткое описание фигур

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью примеров выполнения и чертежей, на которых

фиг.1 схематично изображает в упрощенном виде, частично в продольном разрезе опору ротора вертикально стоящего гидрогенератора с раздельными радиальным и осевым подшипниками в соответствии с уровнем техники;

фиг.2 – сравнимое с фиг.1 изображение опоры с комбинированным радиально-осевым подшипником, согласно предпочтительному примеру выполнения изобретения;

фиг.3 – в перспективе в радиальном направлении отдельный подшипниковый сегмент опоры на фиг.2, у которого к поверхностям скольжения целенаправленно внутри него подается смазочное масло.

Пути реализации изобретения

На фиг.2 в сравнимом с фиг.1 виде изображена опора с комбинированным радиально-осевым подшипником, согласно предпочтительному примеру выполнения изобретения. Одинаковые детали обозначены при этом, в основном, одинаковыми ссылочными позициями. Машина 10 вращается вокруг вертикальной оси 11 ротора, из которого на фиг.2 показан элемент вала 12. На валу 12 ротора посредством фланца 13 закреплено подшипниковое кольцо 14, которое служит исключительно осевой опорой.

Поэтому по своей осевой толщине оно может быть значительно уменьшено по сравнению с подшипниковым кольцом 14′ на фиг.1.

Ротор скользит подшипниковым кольцом 14 по верхней осевой (горизонтальной) поверхности 24 скольжения комбинированного (составленного из подшипниковых сегментов) радиально-осевого подшипника 21, который, в свою очередь, поддерживается в осевом направлении осевой опорой 23. Комбинированный радиально-осевой подшипник 21 продлен в радиальном направлении к валу 12 ротора с возможностью образования радиальной (вертикальной) поверхности 25 скольжения, по которой направляется вал 12 ротора. Комбинированный радиально-осевой подшипник 21 поддерживается для этого в радиальном направлении радиальной опорой 22. Поскольку радиальная поверхность 25 скольжения лежит намного дальше внутри, чем радиальная поверхность 19 скольжения известного подшипника на фиг.1, при равной частоте вращения ротора возникает намного меньшая окружная скорость, что вызывает меньшие потери на трение и, тем самым, меньший нагрев.

Комбинированный радиально-осевой подшипник 21 состоит преимущественно из отдельных подшипниковых сегментов 26 на фиг.3, которые имеют форму секторов кругового кольца и расположены кольцеобразно на расстоянии друг от друга вокруг оси 11 вращения или вала 12 ротора. На каждом из подшипниковых сегментов 26 выполнены при этом одна осевая и одна радиальная поверхности 24, 25, соответственно, скольжения. Каждый из подшипниковых сегментов имеет собственную радиальную опору 22, поверхность ввода усилий которой обозначена на фиг.3 кружком.

Комбинированный радиально-осевой подшипник 21 может быть расположен, в принципе, в масляной ванне. Предпочтительно, однако, в подшипниковых сегментах 26 на фиг.3 предусмотрены средства 29-32 для подачи смазочного масла, причем смазочное масло через выходные отверстия 27, 28 на осевых 24 и радиальных 25 поверхностях скольжения попадает на них. Средства имеют на осевой поверхности 24 скольжения первое выходное отверстие 27, которое имеет форму проходящего в радиальном направлении удлиненного шлица и расположено, если смотреть в направлении вращения, в начале осевой поверхности 24 скольжения. Выходящее из шлица смазочное масло распределяется, таким образом, посредством скользящего по поверхности 24 скольжения подшипникового кольца 14 в виде смазочной пленки по поверхности 24 скольжения. Аналогично на радиальной поверхности 25 скольжения выполнено второе выходное отверстие 28, которое имеет форму проходящего в осевом направлении удлиненного шлица и расположено, если смотреть в направлении вращения, в начале радиальной поверхности 25 скольжения.

Выходящее из выходных отверстий 27, 28 смазочное масло подводится через расположенное внутри подшипникового сегмента 26 радиальное маслоподающее отверстие 31 от заднего присоединительного патрубка 32 и распределяется через соединительные каналы 29, 30 по выходным отверстиям 27, 28. У сравнительно длинного выходного отверстия 27 предусмотрено при этом несколько распределенных по длине соединительных каналов.

Изобретение пояснялось на примере вертикально стоящего гидрогенератора. Понятно, что применение комбинированного, согласно изобретению, радиально-осевого подшипника не ограничено подобными гидрогенераторами.

В целом, благодаря изобретению создан комбинированный радиально-осевой подшипник, отличающийся следующими преимуществами:

– подшипник требует в осевом направлении меньше места. Вся машина может быть, следовательно, сконструирована более низкой;

– радиальный подшипник имеет в направлении вала меньший радиус. Это означает меньшую окружную скорость и за счет этого меньшие потери на трение;

– в целом, подшипник требует меньше деталей.

Формула изобретения

1. Подшипник для ротора гидрогенератора, вращающегося вокруг вертикальной оси (11) вращения, выполненный в виде подшипника скольжения и содержащий первые средства для осевого опирания в виде несущего подшипника, а также вторые средства для радиального опирания, первые и вторые средства объединены в один комбинированный радиально-осевой подшипник (21), который имеет одновременно горизонтальные осевые и радиальные поверхности (24, 25) скольжения и поддерживается в осевом направлении осевой опорой (23), а также содержит несколько отдельных сегментов (26), которые имеют форму секторов кругового кольца и расположены кольцеобразно на расстоянии друг от друга вокруг оси (11) вращения, при этом на каждом из подшипниковых сегментов (26) выполнены одна осевая (24) и одна радиальная (25) поверхности скольжения, отличающийся тем, что подшипниковые сегменты (26) имеют отверстия (31) с присоединительным патрубком (32) и соединительными каналами (29, 30) для подачи смазочного масла, причем смазочное масло через выходные отверстия (27, 28) направляется на осевые (24) и радиальные (25) поверхности скольжения подшипниковых сегментов (26).

2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что каждый подшипниковый сегмент (26) имеет собственную радиальную опору (22).

3. Подшипник по п.1 или 2, отличающийся тем, что комбинированный радиально-осевой подшипник (21) расположен в масляной ванне.

4. Подшипник по пп.1-3, отличающийся тем, что в каждом подшипниковом сегменте (26) на осевой поверхности (24) скольжения выполнено первое выходное отверстие (27), которое имеет форму проходящего в радиальном направлении удлиненного шлица и расположено, если смотреть в направлении вращения, в начале осевой поверхности (24) скольжения, при этом в каждом подшипниковом сегменте (26) на радиальной поверхности (25) скольжения выполнено второе выходное отверстие (28), которое имеет форму проходящего в осевом направлении удлиненного шлица и расположено, если смотреть в направлении вращения, в начале радиальной поверхности (25) скольжения.

5. Подшипник по п.4, отличающийся тем, что выходные отверстия (27, 28) каждого подшипникового сегмента (26) сообщены через соединительные каналы (29, 30) с общим маслоподающим отверстием (31).

6. Подшипник по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что ротор содержит вал (12), на валу (12) ротора закреплено концентрично охватывающее вал (12) подшипниковое кольцо (14), которым ротор скользит по осевым поверхностям (24) скольжения комбинированного радиально-осевого подшипника (21), при этом ротор с самим валом (12) скользит по радиальным поверхностям (25) скольжения комбинированного радиально-осевого подшипника (21).

РИСУНКИ