ОПОРНЫЙ УЗЕЛ РОТОРА

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в узлах с подшипниками скольжения, предназначенных для работы в агрессивных средах в широком диапазоне температур и давлений, в частности в герметичных химических насосах с магнитной муфтой.

Известен узел аэродинамической опоры, состоящий из ротора, подшипников, которые контрятся с помощью гаек, цилиндрической керамической втулки, стальной оси, соединенной с керамической втулкой с помощью резьбы, компенсационной втулки, соединенной с керамической втулкой с помощью клея (а.с. №903601 МПК F16C 17/22).

Недостатками данной разработки являются недостаточная надежность фиксации втулки от проворота в агрессивных средах и невозможность использования этой конструкции при наличии осевой силы.

Решение проблемы фиксации керамических втулок на валу (оси) насосного агрегата осуществляется через упругую втулку (в виде ленточной пружины) посредством передачи на нее крутящего момента через шпонку или затяжкой пакета на валу. Упругая втулка передает момент на керамическую втулку за счет возникающих контактных усилий от скручивания. Таким образом на керамической втулке отсутствуют концентраторы напряжений в виде прорезей под шпонку или штифт (Пат. №2190785, МПК F16C 33/04; F16C 27/02).

Недостатком этой конструкции является ее ненадежность при работе, так как возникающие вибрации вала ослабляют контактные усилия на упругой втулке. Если металлические детали не химически стойки к среде (например, в соляной концентрированной кислоте), такое техническое решение невозможно применить.

Известна конструкция опорного узла металлического насосного агрегата с магнитной муфтой, содержащая подшипник скольжения, состоящий из двух втулок, двух колец, двух вкладышей. Кольца установлены в металлические обоймы, в которых они центрируются по наружному диаметру и фиксируются от проворота с помощью специальных пазов. Обойма фиксируется от проворота на валу с помощью паза, в который входит штифт, установленный в вал. Втулки подшипника скольжения, дистанционная втулка между ними и обоймы зажаты в пакете на валу вместе с крыльчаткой и ведомой магнитной муфтой. Кроме того, для компенсации температурных расширений вдоль оси вала в пакете также предусмотрены специальные упругие элементы. Отсутствие проворота на валу втулок подшипника обеспечивается затяжкой пакета с использованием упругих элементов, что позволяет поддерживать необходимый натяг при изменениях эксплуатационных температур и воздействии вибрации (Каталог фирмы «KSB», Германия).

Недостатками этой конструкции являются сложность конструкции опорного узла, содержащей большое количество элементов, необходимость их затяжки на валу, невозможность фиксации кольца в обойме на валу при выполнении обоймы и насоса в целом из полимерного материала для обеспечения химической стойкости, недостаточная надежность работы подшипникового узла при работе в агрессивных средах.

Технической задачей данной разработки является обеспечение высокой степени надежности работы подшипникового узла и насоса в целом благодаря фиксации на консольной неподвижной оси кольца, втулки подшипника скольжения через выступы в обойме и лыски в соответствующих деталях, так как лыски являются наименьшим концентратором напряжений, такое соединение защищает от повреждения более дорогостоящие и ответственные детали и узлы насоса. Такая конструкция подшипникового узла обеспечивает центрирование кольца, втулки даже при работе с низкотемпературными жидкостями. Кроме того, обойма, изготовленная из химически стойкого полимерного материала, выполняет функцию демпфирования втулки и кольца подшипника скольжения, так как изготовлена из химически стойкого материала. Данная конструкция подшипникового узла позволяет повысить ремонтопригодность основных узлов насоса, не допуская повреждений крыльчатки и ведомой муфты при заклинивании или повышенном трении в подшипнике скольжения.

Техническая задача решается с помощью опорного узла ротора насосного агрегата с магнитной муфтой, содержащего подшипник скольжения из химически стойкой керамики, состоящего из зафиксированных на неподвижной оси обойм, втулок, опорных колец и закрепленных во вращающемся роторе вкладышей. При этом внутренняя ступенчатая поверхность каждой обоймы фиксирует втулку и опорное кольцо за счет контакта выступов обоймы и лысок на ответных поверхностях. Обойма приведена на фиг.2 (в изометрии). Величина каждого выступа на обойме зависит от диаметра контактирующих поверхностей и контактного давления на узел. Обоймы выполнены из химически стойкого высокотемпературного материала. Наружная поверхность неподвижной оси, втулки, опорного кольца может иметь две лыски, расположенные под углом 180°. Каждый последующий выступ на внутренней ступенчатой поверхности обойм, как и соответствующие ему лыски неподвижной оси, втулки, опорного кольца расположены под углом 90° к предыдущему.

На фиг.1 изображен опорный узел в разрезе, на фиг.2 - обойма в изометрии, на фиг.3 изображено сечение А-А на фиг.2, поверхность неподвижной оси, на фиг.4 - сечение В-В на фиг.2.

Опорный узел ротора состоит из неподвижной оси 1, на которой зафиксированы две обоймы 2, два опорных кольца 3, две втулки 4. Между втулками 4 установлена дистанционная втулка 5. В роторе 6 центробежного насоса установлены два вкладыша 7 подшипника скольжения. Осевое перемещение ротора 6 центробежного насоса обеспечивается упором в торец болта 8 и торец на оси 1. Неподвижная ось 1, втулки 4 и опорные кольца 3 имеют лыски соответственно 9, 10, 11, контактирующие с выступами внутренней ступенчатой поверхности каждой обоймы 12, 13, 14. Неподвижная ось 1, болт 8 и ротор 6 могут быть выполнены как из металла, так и из футерованного полимера. Обоймы 2 обеспечивают фиксацию внутренней ступенчатой поверхностью на неподвижной оси одновременно опорного кольца 3 и втулки 4. Обоймы 2 выполнены из химически высокотермостойкого полимера. В случае появления в опорном кольце 3 трещин обойма 2 не допускает разлета его фрагментов под действием центробежных сил, предотвращая полное разрушение опорного кольца 3, что позволяет защитить от повреждения более дорогостоящие и ответственные детали и узлы центробежного насоса. При больших габаритах и передаваемых крутящих моментах на роторе насоса неподвижная ось 1, втулки 4, опорные кольца 3 имеют по две лыски соответственно, расположенные диаметрально противоположно, т.е. под углом 180°, а внутренняя ступенчатая поверхность обоймы имеет соответственно по два выступа на каждой ступени. Величина выступов в обойме 2 зависит от диаметра контактирующих поверхностей, контактной нагрузки на узел. Каждый последующий выступ на внутренней ступенчатой поверхности каждой обоймы 2, как и соответствующие им лыски, расположены под углом 90° к предыдущей. Обоймы 2 плотно охватывают наружный диаметр опорных колец 3, обеспечивая повышенную надежность, центрирование втулки 4 и опорных колец 3 относительно неподвижной оси 1 во всем диапазоне рабочих температур, позволяя не зажимать в пакет детали подшипника скольжения с целью их фиксации от проворота относительно оси 1. Подшипник скольжения данной конструкции воспринимает как радиальную, так и осевую силы. Осевую силу воспринимают торцы вкладышей 7 и противолежащие им поверхности установленных в обоймах 2 опорных колец 3. Обоймы 2, выступая как демпфер, позволяют иметь некоторые погрешности при сборке всего пакета подшипника скольжения на неподвижной оси 1, не вызывая монтажных напряжений в материале хрупких деталей подшипника скольжения, поскольку полимерный материал обоймы 2 имеет податливость. Болт 8 выполняет функцию упора для ограничения перемещения пакета на неподвижной оси 1, т.е. между ним и торцем обоймы 2 всегда имеется гарантированный зазор, который зависит от допусков на детали пакета и равен 0,1...0,8 мм. Пакет на неподвижной оси 1 не стянут, из-за чего никаких напряжений от сжатия по оси нет. При работе насоса всегда работает торец только одного вкладыша 7, переднего по отношению к крыльчатке, а торец заднего вкладыша работает в режиме трения только кратковременно при запуске. Ресурс подшипника скольжения данной конструкции не менее 45000 часов.

Таким образом, конструкция опорного узла ротора позволяет повысить ремонтопригодность основных узлов насоса, не допуская повреждений ротора насоса в составе крыльчатки и ведомой муфты при заклинивании или повышенном трении в подшипниках скольжения, обеспечивает защиту от повреждения более дорогостоящих ответственных деталей и узлов, не допускает разрушение опорных колец, позволяет обеспечить центрирование опорных колец, втулки при работе с низкотемпературными жидкостями.