RU2062917C1

RU2062917C1 - Device for cooling and lubricating bearings

Info

Publication number: RU2062917C1
Authority: RU
Inventors: И.Г. Егоров; К.А. Атаманенко; В.Н. Викуловский; В.В. Евстигнеев; А.В. Огарков
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device has housing, shaft with dummy axial passageway, ball bearing fitted on the shaft, nozzle rings, oil pump with screw blades, and hydraulic filter with a filtering metallic grid. The end of the shaft is inserted in the inner space of the filter. The shaft has a baffle ring that is rigidly secured to the shaft and mounted inside the pipe line between the pump and filter. The baffle ring has the outer bevelled surface. The nozzle rings have jet nozzle openings. The openings are in communication with the dummy axial passageway through the radial nozzle openings. The cross-section area of each of the jet nozzle openings is greater than the cross-section area of the nozzle opening. The baffle ring is mounted inside the filter sleeve to guarantee face and radial spaces. The jet nozzle openings are inclined to the axes of the respective nozzle rings at acute angles. There is a tangential drain passage in the cover of the filter. EFFECT: improved cooling and lubricating. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к узлам и деталям машин и может быть использовано в вспомогательных устройствах для центрифуг, предназначенных для охлаждения, нагрева или теплоизоляции. The invention relates to components and details of machines and can be used in auxiliary devices for centrifuges intended for cooling, heating or thermal insulation.

Известно устройство для охлаждении подшипников качения маслом, содержащее неподвижно закрепленную форсунку, роликовый подшипник качения и установленное между форсункой и подшипником промежуточное кольцо с каналом, направленным на наружную поверхность внутреннего кольца роликового подшипника /1/. A device for cooling rolling bearings with oil, comprising a fixed nozzle, a roller bearing and an intermediate ring installed between the nozzle and the bearing with a channel directed to the outer surface of the inner ring of the roller bearing / 1 /.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для охлаждения и смазки подшипников, содержащее корпус, внутренний осевой и сообщающиеся с ним радиальные каналы, выполненные в валу с расположенными на нем шарикоподшипниками, а также насос охлаждающей и смазывающей среды, образующий с упомянутыми каналами магистраль для текучей среды /2/. Closest to the claimed invention is a device for cooling and lubricating bearings, comprising a housing, an internal axial and radial channels communicating with it, made in a shaft with ball bearings located on it, and a cooling and lubricating pump forming a fluid line with the said channels / 2 /.

Недостатком известных устройств является необходимое обеспечение соответствующего входного напора масла к валу. Кроме того, наличие загрязнений и твердых инородных частиц в масле может привести к преждевременному выходу подшипников из строя. A disadvantage of the known devices is the necessary provision of an appropriate input pressure of oil to the shaft. In addition, the presence of contaminants and solid foreign particles in the oil can lead to premature bearing failure.

Техническим результатом изобретения является повышение срока службы и надежности шарикоподшипников применительно к высокопроизводительному центробежному сепаратору сливкоотделителю с конической зубчатой передачей в приводном механизме, производительностью, например 20 м³/час.The technical result of the invention is to increase the service life and reliability of ball bearings in relation to a high-performance centrifugal separator cream separator with bevel gear in the drive mechanism, with a capacity of, for example, 20 m ³ / hour.

Это обеспечивается тем, что устройство для охлаждения и смазки подшипников, содержащее корпус, внутренний осевой и сообщающиеся с ним радиальные каналы, выполненные в валу с расположенными на нем шарикоподшипниками, а также насос охлаждающей и смазывающей среды, образующий с упомянутыми каналами магистраль для текучей среды, снабжено гидравлическим фильтром с внутренней полостью, закрепленным на конце вала и установленным в магистрали между насосом и гидравлическим фильтром отбойным кольцом, с обращенной к насосу наружной скошенной поверхностью, а также форсуночными кольцами с форсуночными отверстиями, направленными к прилегающему подшипнику и сообщающимися с каналами вала, при этом конец вала размещен в упомянутой плоскости гидравлического фильтра, насос выполнен винтовым, а площадь проходного сечения форсуночного отверстия меньше площади проходного сечения радиальных и внутреннего осевого каналов вала. Кроме этого, гидравлический фильтр может быть снабжен фильтрующей металлической сеткой и стаканом с окнами и осевым отверстием, а отбойное кольцо может иметь с противоположной относительно наружной скошенной поверхности стороны с цилиндрической поверхностью и торцевым уступом, размещенными в упомянутом стакане фильтра с гарантированными торцевым и радиальными зазорами для исключения соприкасания отбойного кольца и стакана при вращении вала. Далее, расположенные вдоль вала форсуночные отверстия могут быть отклонены под острым углом в сторону осей соответствующих форсуночных колец. Далее, фильтр может быть снабжен крышкой, имеющей внутреннюю полость и тангенциально расположенный сливной канал, сообщающийся с этой полостью. This is ensured by the fact that the device for cooling and lubricating the bearings, comprising a housing, an internal axial and radial channels communicating with it, made in a shaft with ball bearings located on it, as well as a cooling and lubricating medium pump forming a fluid line with said channels, equipped with a hydraulic filter with an internal cavity mounted on the end of the shaft and installed in the line between the pump and the hydraulic filter with a breaker ring, with the external beveled surface facing the pump surface, as well as nozzle rings with nozzle openings directed to the adjacent bearing and communicating with the channel of the shaft, while the shaft end is placed in the aforementioned plane of the hydraulic filter, the pump is made screw, and the area of the orifice of the nozzle orifice is smaller than the area of the orifice of the radial and internal axial channels shaft. In addition, the hydraulic filter can be equipped with a filtering metal mesh and a glass with windows and an axial bore, and the baffle ring can have sides with a cylindrical surface and an end ledge located on the filter glass with opposite end and radial clearances on the opposite relative to the outer beveled surface. exclusion of contact between the baffle ring and the glass during rotation of the shaft. Further, the nozzle openings located along the shaft can be deflected at an acute angle toward the axes of the respective nozzle rings. Further, the filter may be provided with a lid having an internal cavity and a tangentially located drain channel in communication with this cavity.

На фиг. 1 изображено устройство для охлаждения и смазки подшипников ротора центробежного сепаратора; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device for cooling and lubricating rotor bearings of a centrifugal separator; in FIG. 2 node I in FIG. 1; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1.

Устройство для охлаждения и смазки подшипников ротора центробежного сепаратора содержит корпус 1, неподвижно закрепленный на корпусе 1 кронштейн 2 и вал 3 центробежного сепаратора, на котором закреплены все детали ротора. Вал 3 выполнен с глухим осевым каналом 4 и радиальными отверстиями 5, 6, 7 и 8. На валу смонтированы сферический 9, радиально-упорный 10 и радиальные 11, 12, 13 шарикоподшипники. Над указанными шарикоподшипниками на валу 3 установлены форсуночные кольца 14, 15, 16. Шарикоподшипники 10 и 11 установлены на шестеренчатом валике 17, который имеет радиальные отверстия 18. Всего 4 таких отверстия, равнорасположенных по окружности. С помощью этих отверстий канал 4 сообщается с шариковыми полостями шарикоподшипников 10 /для обеспечения смазки и охлаждения подшипника/. A device for cooling and lubricating the bearings of a rotor of a centrifugal separator comprises a housing 1, a bracket 2 fixed to the housing 1, and a shaft 3 of a centrifugal separator, on which all rotor parts are fixed. The shaft 3 is made with a blind axial channel 4 and radial holes 5, 6, 7 and 8. A spherical 9, angular contact 10 and radial 11, 12, 13 ball bearings are mounted on the shaft. Over the specified ball bearings on the shaft 3, nozzle rings 14, 15, 16 are installed. Ball bearings 10 and 11 are mounted on a gear roller 17, which has radial holes 18. There are 4 of these holes equally spaced around the circumference. Using these holes, channel 4 communicates with ball cavities of ball bearings 10 / to provide lubrication and cooling of the bearing /.

Шестеренчатый валик 17 имеет конические эвольвентные зубья 19 ведомой конической шестерни зубчатой передачи. /Ведущая шестерня этой передачи на чертеже не показана/. Шестеренчатый валик 17 сцеплен с валом 3 с помощью эвольвентных шлицевых соединений 20 и 21 рессоры 22 с этими валами /3 и 17/. На шестеренчатом валике 17 установлено форсуночное кольцо 23, через которое осуществляется подвод охлаждающей и смазывающей жидкостей из осевого канала 4 вала 3 в шариковую полость шарикоподшипника 10. Для этого форсуночное кольцо 23 имеет радиально-осевые отверстия 24 и форсуночные отверстия 25 / фиг. 2/. Всего имеется по 4 равнорасположенных по окружности таких отверстия. Аналогичные отверстия 24 и 25 выполнены и на других форсуночных кольцах; т. е. 14, 15, 16 /фиг. 1/. Для того, чтобы обеспечивать эффективное охлаждение с и смазку подшипников площади проходного сечения отверстий 25 выбираются меньше площадей подводящих к ним радиально-осевых отверстий 24, 5, 6, 7, 8 не менее, чем в 4 раза. Следует отметить, что при необходимости обеспечить разные расходы охлаждающего масла через форсуночные кольца 14, 15, 16, 23 в них соответственно разными выбираются отверстия 25 /пo площади и по углу наклона отверстий к оси детали /. The gear roller 17 has bevel involute teeth 19 of the driven bevel gear of the gear train. / The pinion gear of this transmission is not shown in the drawing /. The gear roller 17 is coupled to the shaft 3 using involute spline connections 20 and 21 of the spring 22 with these shafts / 3 and 17 /. A nozzle ring 23 is installed on the gear roller 17, through which coolant and lubricating fluid are supplied from the axial channel 4 of the shaft 3 to the ball cavity of the ball bearing 10. For this, the nozzle ring 23 has radial-axial holes 24 and nozzle holes 25 / FIG. 2 /. In total there are 4 such holes equally spaced around the circumference. Similar holes 24 and 25 are made on other nozzle rings; i.e. 14, 15, 16 / Fig. 1/. In order to provide effective cooling with and lubrication of the bearings, the areas of the bore of the holes 25 are selected less than the areas of the radial-axial holes 24, 5, 6, 7, 8 leading to them at least 4 times. It should be noted that, if necessary, to ensure different costs of cooling oil through the nozzle rings 14, 15, 16, 23, holes 25 / are chosen differently according to the area and angle of inclination of the holes to the part axis /.

При уменьшенных значениях площадей проходных сечений отверстий 24, 5, 6, 7, 8 требуется больший напор подаваемой охлаждающей смазки. Это, помимо прочего, может привести к повышению температуры охлаждающей жидкости и ее перегреву. With reduced values of the areas of the bore holes 24, 5, 6, 7, 8, a larger pressure of the supplied cooling lubricant is required. This, among other things, can lead to an increase in the temperature of the coolant and its overheating.

Как видно из фиг. 2 и фиг. 1, форсуночные отверстия 25 расположены вдоль вала 3 и отклонены под острым углом в сторону оси соответствующего форсуночного кольца 23. Таким же образом направлены оси форсуночных отверстий форсуночных колец 14, 15, 16. As can be seen from FIG. 2 and FIG. 1, the nozzle openings 25 are located along the shaft 3 and are inclined at an acute angle to the axis of the corresponding nozzle ring 23. The axes of the nozzle openings of the nozzle rings 14, 15, 16 are likewise directed.

Шарикоподшипник 10 /фиг. 1/ имеет внутреннее кольцо 26 /фиг. 2/ и наружное кольцо 27, шарики 28 и сепаратор 29 шарикоподшипника. Ball bearing 10 / Fig. 1 / has an inner ring 26 / FIG. 2 / and the outer ring 27, the balls 28 and the ball bearing cage 29.

Устройство для охлаждения и смазки подшипников снабжено гидравлическим фильтром в виде стакана 30 с окнами 31 и осевым отверстием и охватывающего его фильтрующей металлической сетки 32, закрепленной с помощью пайки. Стакан 30 фильтра закреплен во внутренней полости крышки 33 с помощью винтов, установленной в корпусе 1 посредством болтов и имеющей тангенциально расположенный сливной канал 3, сообщающийся с полостью крышки. На крышке 33 установлен штуцер для удаления загрязненного осадка. В исходном положении устройства штуцер загружен или перекрыт клапаном /ни заглушки, ни соответствующего клапана на чертеже нет/. The device for cooling and lubricating the bearings is equipped with a hydraulic filter in the form of a cup 30 with windows 31 and an axial bore and a filtering metal mesh 32 surrounding it, fixed by soldering. The glass 30 of the filter is fixed in the inner cavity of the cover 33 with screws installed in the housing 1 by means of bolts and having a tangentially located drain channel 3 in communication with the cavity of the cover. A fitting is mounted on the lid 33 to remove contaminated sediment. In the initial position of the device, the nozzle is loaded or blocked by a valve / there is no plug or corresponding valve in the drawing /.

Стакан 30 выполнен с усеченной конической поверхностью 35 и внутренней цилиндрической поверхностью 36, охватывающей цилиндрическую поверхность 37 маслоотбойного кольца 38 с торцевым уступом 39 и наружной скошенной поверхностью 40. Между поверхностями 36 и 37, а также торцевым уступом 39 и кромкой усеченной поверхности 35 малого диаметра имеются гарантированные зазоры, исключающие соприкасание маслоотбойного кольца 38 со стаканом 30 гидравлического фильтра при вращении вала 3. Отбойное кольцо 38 неподвижно закреплено на валу с упором в установленную над ним втулку 41, имеющую винтовые лопасти 42, которая совместно с цилиндрическим каналом 43 гильзы 44 образует винтовой масляной насос. Отбойное кольцо 38 расположено в гидравлическом тракте масла /направление течения масла показано стрелками/ между насосом /детали 42, 44/ и гидравлическим фильтром /детали 30,32, 33/. Гильза 44 имеет окна 45 для забора нacocoм масла из масляной ванны, образованной нижней частью корпуса 1. The glass 30 is made with a truncated conical surface 35 and an inner cylindrical surface 36, covering the cylindrical surface 37 of the oil ring 38 with the end ledge 39 and the outer beveled surface 40. Between the surfaces 36 and 37, as well as the end ledge 39 and the edge of the truncated surface 35 of small diameter guaranteed clearances to prevent contact of the oil breaker ring 38 with the glass 30 of the hydraulic filter when the shaft 3 is rotated. The pickup ring 38 is fixedly mounted on the shaft with the stop in the installed over it the sleeve 41 having helical blades 42 which together with the cylindrical bore 43 of the sleeve 44 forms a helical oil pump. The baffle ring 38 is located in the hydraulic oil path / the direction of the oil flow is indicated by arrows / between the pump / part 42, 44 / and the hydraulic filter / part 30.32, 33 /. The sleeve 44 has windows 45 for suction of oil from the oil bath formed by the lower part of the housing 1.

В верхней части устройства шарикоподшипники 10, 11 установлены в стакане 46, а шарикоподшипники 12 и 13 соответственно во втулке 47 и гильзе 48, которая установлена в крышке 49. Между деталями 47, 48, 49 имеются радиальные зазоры а местах посадок, обеспечивающие возможность радиальных колебаний вала 1, а значит и ротора в районе подшипников 12 и 13 и корпуса этих подшипников, функции которого выполняет втулка 47 и гильза 48. Гильза 48 зажата между амортизаторами 50, а втулка 47 подпружинена пружинами 51. Пакет из стакана 46, гильзы 48, крышки 49 и амортизаторов 50 зажат с помощью болтов 52. In the upper part of the device, ball bearings 10, 11 are installed in the cup 46, and ball bearings 12 and 13, respectively, in the sleeve 47 and the sleeve 48, which is installed in the cover 49. There are radial clearances between the parts 47, 48, 49 at the landing places, which allow radial vibrations the shaft 1, and hence the rotor in the region of the bearings 12 and 13 and the housing of these bearings, the functions of which are performed by the sleeve 47 and the sleeve 48. The sleeve 48 is sandwiched between the shock absorbers 50, and the sleeve 47 is spring-loaded by the springs 51. A package of cup 46, sleeve 48, covers 49 and 50 shock absorbers by means of bolts 52.

Работает устройство следующим образом. В начальном положении нижняя часть корпуса с расположенными в ней деталями залита охлаждающей смазкой. При запуске центробежного сепаратора благодаря передаче вращающего момента от привода на ведомую коническую шестерню /с зубьями 19/ шестеренчатого валика 17 и на рессору 22 приводится во вращение вал 3. На представленных чертежах /см. фиг. 2, 1, 3/ отсутствует приводной двигатель и ведущая коническая шестерня конической зубчатой передачи. The device operates as follows. In the initial position, the lower part of the housing with the parts located in it is filled with cooling lubricant. When starting the centrifugal separator due to the transmission of torque from the drive to the driven bevel gear / with teeth 19 / of the gear roller 17 and to the spring 22, the shaft 3 is rotated. In the drawings / cm. FIG. 2, 1, 3 / there is no drive motor and bevel pinion gear.

Совместно с вращением вала 3 вращается втулка 41 с винтовыми лопастями 42 винтового масляного насоса. Под гидравлическим напором этого насоса охлаждающее масло подается через фильтрующую сетку 32 и окна 31 во внутреннюю полость стакана 30 гидравлического фильтра, а затем по осевому каналу 4 вала 3 и радиальные отверстия в нем 5, 6, 7, 8 в форсуночные кольца 14, 15, 16, 23. Из указанных форсуночных колец масло поступает к шарикоподшипникам 9, 10, 12, 13, обеспечивая их смазку и охлаждение. Жидкое масло стекает вниз и снова поступает на вход в винтовой насос к винтовой лопасти 42, а затем к фильтрующей металлической сетке 32 фильтра. В устройстве важно обеспечить невозможность попадания инородных частиц вместе с охлаждающей смазкой к шарикоподшипникам. Для этого выполнено специальное гидродинамическое уплотнение вала 3 в стакане 30 фильтра. Суть его в том, что на валу 3 установлено отбойное кольцо 38, имеющее с одного края наружную скошенную поверхность 40, а с другого цилиндрическую поверхность 37, ограниченную торцевым уступом 39. Вращаясь вместе с валом 3, закрепленное на нем отбойное кольцо 38 обеспечивает отброс попадающих на нее твердых и тяжелых частиц к периферии, исключая их попадание в зазор между поверхностями 36 и 37, а также между поверхностью 39 и кромкой между поверхностями 35 и 36. Образованное таким образом гидравлическое уплотнение эффективно противодействует проникновению инородных частиц вместе с маслом во внутреннюю полость фильтра /а затем и в канал 4 вала 3 и к подшипникам/ через указанные выше зазоры между вращающимися и неподвижными частями устройства /поверхностями 36, 37, 35, 39/. Together with the rotation of the shaft 3 rotates the sleeve 41 with screw blades 42 of the screw oil pump. Under the hydraulic pressure of this pump, cooling oil is fed through a filter screen 32 and a window 31 into the internal cavity of the hydraulic filter cup 30, and then through the axial channel 4 of the shaft 3 and the radial holes in it 5, 6, 7, 8 into the nozzle rings 14, 15, 16, 23. From these nozzle rings, the oil flows to the ball bearings 9, 10, 12, 13, ensuring their lubrication and cooling. The liquid oil flows down and again enters the screw pump inlet to the screw blade 42, and then to the filter metal mesh 32 of the filter. In the device, it is important to ensure that foreign particles cannot enter the ball bearings together with the cooling lubricant. To do this, a special hydrodynamic seal of the shaft 3 in the glass 30 of the filter. Its essence is that on the shaft 3 there is a baffle ring 38, which has a chamfered surface 40 on one side and a cylindrical surface 37 on the other side, bounded by an end ledge 39. Rotating together with the shaft 3, a bump ring 38 mounted on it ensures rejection on it solid and heavy particles to the periphery, excluding their falling into the gap between surfaces 36 and 37, and also between surface 39 and the edge between surfaces 35 and 36. The thus formed hydraulic seal effectively counteracts penetrations the foreign particles together with the oil into the internal cavity of the filter / and then into the channel 4 of the shaft 3 and to the bearings / through the above clearances between the rotating and stationary parts of the device / surfaces 36, 37, 35, 39 /.

Установка винтового насоса /детали 41, 42, 44/ в магистрали маслоподачи перед фильтром /детали 30, 32, 33/ обеспечивается путем наличия фильтра на конце вала 3 и установкой между насосом и фильтром отбойного кольца 38 с соответствующей конструкцией /наружная скошенная поверхностью 40 и соответствующее гидродинамическое уплотнение этого кольца в стакане 30/. При этом угол конуса 35 выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемое уплотнение через зазоры между отбойным кольцом 38 и стаканом 30. Installation of a screw pump / part 41, 42, 44 / in the oil supply line in front of the filter / part 30, 32, 33 / is ensured by the presence of a filter at the end of the shaft 3 and installation of a baffle ring 38 with an appropriate design / outer beveled surface 40 and the corresponding hydrodynamic seal of this ring in the glass 30 /. The angle of the cone 35 is selected so as to provide the desired seal through the gaps between the breaker ring 38 and the nozzle 30.

Оси форсуночных отверстий 25 /см. фиг.2/ вдоль вала отклонены под острым утлом к оси соответствующих форсуночных колец 14 15, 16, 23. Этот острый угол подбирается таким образом, чтобы обеспечивалось наиболее эффективное охлаждение шарикоподшипника за счет направления масла /с учетом действия центробежных сил/ в зазор между внутренним кольцом 27 /см. фиг. 2/ и сепаратором 29 шарикоподшипника. The axis of the nozzle openings is 25 / cm. figure 2 / along the shaft are deflected under acute angle to the axis of the respective nozzle rings 14 15, 16, 23. This acute angle is selected so as to ensure the most efficient cooling of the ball bearing due to the direction of the oil / taking into account the action of centrifugal forces / in the gap between the inner ring 27 / cm. FIG. 2 / and a ball bearing cage 29.

На работающем устройстве амортизаторы 450 обеспечивают возможность радиальных колебаний вала и их гашения. При скоплении осадка в нижней части устройства для его удаления в крышке 33 имеется сливной канал 34 /в том числе и при работе центробежного сепаратора/ и расположенная на оси крышки 33 сливная пробка. On a running device, shock absorbers 450 provide for radial shaft vibration and damping. When sediment accumulates in the lower part of the device for its removal, there is a drain channel 34 in the cover 33 / including during operation of the centrifugal separator / and a drain plug located on the axis of the cover 33.

Реализация изобретения позволяет одновременно обеспечить повышение расхода масла через подшипник, очистить масло от инородных частиц, обеспечить качественное разбрызгивание масла перед подшипниками. Кроме этого, расположение конца вала внутри гидравлического фильтра и наличие отбойного кольца позволяет обеспечить малые габариты устройства. ЫЫЫ2 The implementation of the invention can simultaneously provide increased oil flow through the bearing, clean the oil from foreign particles, and ensure high-quality oil spraying in front of the bearings. In addition, the location of the shaft end inside the hydraulic filter and the presence of a baffle ring allows for the small dimensions of the device. YYY2

Claims

1. A device for cooling and lubricating bearings, comprising a housing, an internal axial and radial channels communicating with it, made in a shaft with ball bearings located on it, and a cooling and lubricating pump, forming a fluid line with said channels, characterized in that it is equipped with a hydraulic filter with an internal cavity mounted on the end of the shaft and installed in the line between the pump and the hydraulic filter with a breaker ring with an external beveled surface facing the pump surface, as well as nozzle rings with nozzle openings directed to the adjacent bearing and communicating with the channel of the shaft, while the shaft end is placed in said cavity of the hydraulic filter, the pump is made screw and the area of the nozzle orifice is smaller than the area of the orifice of radial and internal axial channels shaft.

2. The device according to p. 1, characterized in that the hydraulic filter is equipped with a filtering metal mesh and a glass with windows and an axial bore, and the baffle ring is made with a cylindrical surface and an end step located on the opposite side relative to the outer beveled surface, placed in the filter glass with a guaranteed end and radial clearances to prevent contact between the baffle ring and the cup when the shaft rotates.

3. The device according to claim 1, characterized in that the nozzle openings are rejected at an acute angle toward the axes of the respective nozzle rings.

4. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the filter is provided with a cover with an internal cavity and a tangentially located drain channel communicating with the cavity of the cover.