RU2199682C2

RU2199682C2 - Support unit of bearing device

Info

Publication number: RU2199682C2
Application number: RU2000131058A
Authority: RU
Inventors: А.В. Арон; Ю.П. Шишкин; А.Н. Соболенко; И.Н. Кукушкин
Original assignee: Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention can be used in turbocharged ship engines. Proposed support unit of bearing device contains hollow housing with oil feed union and radial sliding bearing fixed inside hollow housing. Radial sliding bearing is made in form of segment self-aligning inserts-pads placed in bearing housing and is system of holes and grooves to deliver oil to segment self-aligning inserts-pads. Bearing is furnished with ring-cage fixed on bearing housing and two rings-seals at its both end faces. Rings-seals are tightly fitted on hollow housing and are provided with projection on inner end face surfaces over entire perimeter at smaller diameter. Invention provides operation at no vibration and enlarges range of shaft speed. EFFECT: increased load-carrying capacity of radial sliding bearing. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при эксплуатации судовых двигателей с газотурбинным наддувом в качестве опоры вращающегося вала газотурбонагнетателя. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the operation of marine engines with gas turbine supercharging as a support for the rotating shaft of a gas turbocharger.

Известен опорный узел газотурбонагнетателя (ГТН) серии VTR, состоящий из вала ротора, опорного однорядного подшипника качения, масляного картера, крышки масляного картера, разбрызгивающего масляного диска лабиринтной втулки /Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей. - Л.: Судостроение, 1986, с. 14-15/. Known is the support node of a gas turbocharger (GTN) of the VTR series, consisting of a rotor shaft, a single-row thrust bearing, an oil sump, an oil sump cover, a spray disk of a labyrinth sleeve / Mezheritsky A.D. Turbochargers for marine diesel engines - L .: Shipbuilding, 1986, p. 14-15 /.

У подобных опорных узлов имеется ряд недостатков:
- закупорка масляных каналов приводит к преждевременному выходу подшипника качения из строя;
- неправильная сборка демпфирующих колец способствует смещению ротора газотурбонагнетателя;
- разрушение подшипника ведет к просаживанию вала ротора и разрушению лабиринтных уплотнений /Иванец В.Ф. Особенности эксплуатации и ремонта ГТН типа VTR-200. - Рыбное хозяйство, 1981, 3, с. 44-45/;
- высокий уровень шума при эксплуатации.Such support nodes have several disadvantages:
- blockage of oil channels leads to premature failure of the rolling bearing;
- incorrect assembly of the damping rings contributes to the displacement of the rotor of the gas turbocharger;
- the destruction of the bearing leads to the seating of the rotor shaft and the destruction of the labyrinth seals / Ivanets V.F. Features of operation and repair of GTN type VTR-200. - Fisheries, 1981, 3, p. 44-45 /;
- high noise level during operation.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является подшипниковое устройство, используемое для поддержания вала агрегата (ротора турбокомпрессора дизеля) и состоящее из стального стакана и опорного узла. Опорный узел состоит из полого корпуса со штуцером для подачи масла, через который масло подается на радиальный подшипник скольжения, выполненный в виде втулки. Радиальный подшипник скольжения запрессован в полый корпус и воспринимает радиальные нагрузки при работе агрегата (турбокомпрессора). Смазывание радиального подшипника скольжения может быть автономным от масляного насоса или обеспечиваться масляной системой дизеля /Кита В. Ф. Устройство и ремонт турбокомпрессоров судовых ДВС. Изд-во "Транспорт", 1972, с. 119/. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a bearing device used to support the unit shaft (rotor of a turbocharger of a diesel engine) and consisting of a steel cup and a support unit. The support unit consists of a hollow housing with a fitting for oil supply, through which oil is supplied to a radial plain bearing, made in the form of a sleeve. The radial plain bearing is pressed into the hollow housing and accepts radial loads during operation of the unit (turbocharger). Lubrication of a radial plain bearing can be autonomous from the oil pump or provided by the diesel oil system / Kit V.F. Design and repair of turbochargers for marine ICEs. Publishing house "Transport", 1972, p. 119 /.

Анализ рассмотренной конструкции опорного узла подшипникового устройства позволяет выявить ряд существенных недостатков:
- конструкция радиального подшипника скольжения, выполненного в виде втулки со значительными осевыми размерами, определяет наличие значительного кромочного давления, что значительно повышает вероятность схватывания сопряженных поверхностей;
- при наличии всего одного масляного клина цапфа вала занимает положение, близкое к концентричному, при котором жесткость масляного клина мала и возникает опасность вибраций;
- масло, поступающее на смазку подшипника, содержит растворенный воздух, а в случае использования масляной системы дизеля и выхлопные газы, что приводит к изменению вязкости масла и нарушению сплошности смазочного слоя. Вследствие энергичного перемешивания масла в процессе работы с диспергированными газами увеличивается пенообразование, особенно на выходе из радиального подшипника скольжения из-за резкого падения давления. Вспенивание и нарушение сплошности смазочного слоя понижает несущую способность радиального подшипника скольжения /Фукс И.Г., Фомина О.Н., Чесноков А.А., Бабыштова К. М. Деаэрационные свойства гидравлических масел. - Химия и технология теплив и масел, 1987, 1, с. 42-45/.Analysis of the considered design of the bearing unit of the bearing device reveals a number of significant disadvantages:
- the design of the radial plain bearing, made in the form of a sleeve with significant axial dimensions, determines the presence of significant edge pressure, which greatly increases the likelihood of setting of mating surfaces;
- if there is only one oil wedge, the shaft journal occupies a position close to concentric, in which the rigidity of the oil wedge is small and there is a risk of vibration;
- the oil supplied to the bearing grease contains dissolved air, and in the case of using the diesel oil system and exhaust gases, which leads to a change in the viscosity of the oil and disruption of the continuity of the lubricating layer. Due to vigorous mixing of the oil during operation with dispersed gases, foaming increases, especially at the exit of the radial plain bearing due to a sharp pressure drop. Foaming and discontinuity of the lubricating layer reduces the bearing capacity of a radial plain bearing / Fuchs I.G., Fomina ON, Chesnokov A.A., Babyshtova K.M. Deaeration properties of hydraulic oils. - Chemistry and technology is warm and oils, 1987, 1, p. 42-45 /.

Одним словом, конструкция опорного узла данного подшипникового устройства имеет возможность модернизации с целью повышения его надежности. In a word, the design of the support unit of this bearing device has the possibility of modernization in order to increase its reliability.

При создании изобретения ставилась задача повышения несущей способности опорного узла подшипникового устройства и устранения вспенивания масла на выходе его из опорного узла. When creating the invention, the task was to increase the bearing capacity of the bearing unit of the bearing device and to eliminate foaming of oil at the outlet of the bearing unit.

Поставленная задача решается тем, что в известный опорный узел подшипникового устройства, служащий для поддержания вала агрегата и содержащий полый корпус со штуцером для подачи масла и радиальный подшипник скольжения, зафиксированный внутри полого корпуса, предложено внести нижеописанные усовершенствования. Особенностью заявляемого опорного узла подшипникового устройства является то, что он имеет радиальный подшипник скольжения, выполненный в виде сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек, помещенных в корпус радиального подшипника скольжения (далее корпус подшипника), зафиксированный внутри полого корпуса. Корпус подшипника имеет систему отверстий и проточек для подачи масла в клиновой зазор между сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками и вращающимся валом агрегата. Кроме того, радиальный подшипник скольжения снабжен кольцом-сепаратором, зафиксированным на корпусе подшипника и имеющим разделительные выступы, а также снабжен двумя кольцами-уплотнениями с его обоих торцов, закрепленными герметично на полом корпусе и имеющими на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру выступ конкретной длины и конкретного внутреннего диаметра. The problem is solved in that in the known bearing unit of the bearing device, which serves to maintain the shaft of the unit and containing a hollow housing with a fitting for supplying oil and a radial plain bearing fixed inside the hollow housing, it is proposed to make the improvements described below. A feature of the claimed support unit of the bearing device is that it has a radial plain bearing, made in the form of segmented self-aligning pillow-shells placed in a housing of a radial plain bearing (hereinafter the bearing housing), fixed inside the hollow housing. The bearing housing has a system of holes and grooves for supplying oil to the wedge gap between the segmented self-aligning pillow liners and the rotating shaft of the unit. In addition, the radial plain bearing is equipped with a cage ring fixed on the bearing housing and having dividing protrusions, and is also equipped with two sealing rings from its both ends, sealed on the hollow housing and having a protrusion on the inner end surface of a smaller diameter around the entire perimeter specific length and specific inner diameter.

Включение в опорный узел подшипникового устройства радиального подшипника скольжения, выполненного в виде сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек, позволяет, за счет большего числа созданных гидродинамических клиньев, равномерно расположенных по окружности между валом и сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками, получить следующие преимущества: а) обеспечить безвибрационную работу и увеличить диапазон частоты вращения вала; б) обеспечить отсутствие кромочных давлений, что значительно снижает вероятность схватывания опорных поверхностей; в) при приработке и износе опорной поверхности сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек сохранять клиновую форму зазора. The inclusion in the support unit of the bearing device of a radial sliding bearing, made in the form of segmented self-aligning pillow-liners, allows, due to the greater number of created hydrodynamic wedges, evenly spaced around the circumference between the shaft and segmented self-aligning pillow-liners, to obtain the following advantages: a) ensure vibration-free work and increase the range of shaft speed; b) ensure the absence of edge pressures, which significantly reduces the likelihood of seizure of supporting surfaces; c) during running-in and wear of the supporting surface of the segmented self-aligning pillow-liners, keep the wedge-shaped shape of the gap.

Снабжение радиального подшипника скольжения кольцом-сепаратором с разделительными выступами обеспечивает разделение и направление сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек во время работы. The supply of the radial plain bearing with a ring-cage with dividing protrusions ensures the separation and direction of the segmented self-aligning pillow liners during operation.

Установка с обоих торцов радиального подшипника скольжения колец-уплотнений, закрепленных герметично (например, при помощи упругих уплотнительных колец) на полом корпусе и имеющих на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру выступ конкретной длины и конкретного внутреннего диаметра, значение которых можно рассчитать для конкретного опорного узла по известным методикам (например, Ден Г.Н., Шишкин Ю.П., Якименко А. И. Определение критической длины уплотнительного плавающего кольца при смазке подшипника маслом, содержащий растворенный хладагент. - В кн. Повышение эффективности холодильных машин. Межвуз. сб. науч. трудов. - Л. : ЛТИ им. Ленсовета, 1981, с. 57-61), позволяет предотвратить резкое падение давления масла в смазочном слое. Таким образом, реализация данных отличительных признаков позволяет организовать характер движения смазки в радиальном подшипнике скольжения таким образом, что исключает или значительно уменьшает нарушение сплошности смазочного слоя и вспенивание масла на выходе его из опорного узла, что приведет к повышению несущей способности подшипника. Installation of ring seals from both ends of the radial sliding bearing, which are sealed (for example, by means of elastic sealing rings) on a hollow body and having a protrusion of a specific length and a specific inner diameter on the inner end surface of a smaller diameter around the entire perimeter, the value of which can be calculated for specific support unit by known methods (for example, Den G.N., Shishkin Yu.P., Yakimenko A.I. Determination of the critical length of a sealing floating ring when lubricating an oil bearing m, containing dissolved refrigerant. - In the book Improving the efficiency of refrigeration machines. Interuniversity collection of scientific works. - L.: LTI named after Lensovet, 1981, pp. 57-61), it helps to prevent a sharp drop in oil pressure in the lubricating layer . Thus, the implementation of these distinguishing features allows you to organize the nature of the movement of the lubricant in the radial plain bearing in such a way that eliminates or significantly reduces the violation of the continuity of the lubricating layer and foaming of oil at the outlet of the bearing unit, which will increase the bearing capacity of the bearing.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид опорного узла подшипникового устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the support node of the bearing device.

Опорный узел подшипникового устройства используется для поддержания вала агрегата и состоит из полого корпуса 1 со штуцером 2 для подачи масла. Внутрь полого корпуса 1 запрессован радиальный подшипник скольжения с сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками 3, помещенными в корпус подшипника 4. Корпус подшипника 4 имеет радиальные сквозные отверстия 5 и на внутренней радиальной образующей поверхности кольцевую проточку 6, через которые масло поступает в клиновой зазор между сегментными самоустанавливающимися вкладышами-подушками 3 и вращающимся валом 7 агрегата. Кольцо-сепаратор 8 с разделительными выступами 9 неподвижно закреплено на корпусе подшипника 4. С обоих торцов радиальный подшипник скольжения имеет кольца-уплотнения 10 и 11, которые зафиксированы неподвижно на полом корпусе 1 и имеют на внутренней торцовой поверхности у меньшего диаметра по всему периметру выступ 12 конкретной длины и конкретного внутреннего диаметра. Кольца-уплотнения 10 и 11 в неподвижном соединении с полым корпусом 1 имеют упругие уплотнительные кольца 13 и 14. The bearing unit of the bearing device is used to support the shaft of the unit and consists of a hollow housing 1 with a fitting 2 for oil supply. A radial plain bearing is pressed inside the hollow housing 1 with segmented self-aligning pillow inserts 3 placed in the bearing housing 4. The bearing housing 4 has radial through holes 5 and an annular groove 6 on the inner radial forming surface through which oil enters the wedge gap between the segmented self-aligning pillow liners 3 and the rotating shaft 7 of the unit. The separator ring 8 with the separation protrusions 9 is fixedly mounted on the bearing housing 4. At both ends, the radial plain bearing has sealing rings 10 and 11, which are fixedly mounted on the hollow housing 1 and have a protrusion 12 on the inner end surface of the smaller diameter around the entire perimeter specific length and specific inner diameter. O-rings 10 and 11 in a fixed connection with the hollow body 1 have elastic sealing rings 13 and 14.

Работает опорный узел подшипникового устройства следующим образом. The bearing assembly of the bearing device operates as follows.

При пуске агрегата смазочное масло через штуцер 2, отверстия (на чертеже не обозначены) в полом корпусе 1, систему радиальных сквозных отверстий 5 и кольцевую проточку 6 на внутренней радиальной образующей поверхности корпуса подшипника 4 подается в сопряжение "сегментные самоустанавливающиеся вкладыши-подушки 3 - вал 7 агрегата", где создаются гидродинамические масляные клинья, количество которых соответствует количеству сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек 3. Для разделения и направления сегментных самоустанавливающиеся вкладышей-подушек 3 во время работы служат разделительные выступы 9 кольца-сепаратора 8. За счет большого числа масляных клиньев, равномерно расположенных по окружности, обеспечивается хорошее центрирование вала 7 агрегата и безвибрационная его работа. Далее смазочное масло через зазор в сопряжении "выступ 12 колец-уплотнений 10 и 11 - вращающийся вал 7 агрегата" выходит из опорного узла и поступает в систему смазывания агрегата, а затем опять на смазывание узлов агрегата. Наличие упругих уплотнительных колец 13 и 14 в неподвижном соединении колец-уплотнений 10 и 11 с полым корпусом 1 и определенная путем расчета величина вышеуказанного зазора, который определяется внутренним диаметром выступа 12 колец-уплотнений 10 и 11, и его осевая длина не дает резко падать давлению в смазочном слое и не приводит к вспениванию масла на выходе из опорного узла. When starting the unit, lubricating oil through fitting 2, holes (not indicated in the drawing) in hollow housing 1, a system of radial through holes 5 and an annular groove 6 on the inner radial forming surface of the bearing housing 4 is fed into the interface "segmented self-aligning pillows 3 - shaft 7 units ", where hydrodynamic oil wedges are created, the number of which corresponds to the number of segmented self-aligning pillow liners 3. For separation and direction of segmented self-aligning pillows during operation, the pillow-liners 3 serve as separating protrusions 9 of the separator ring 8. Due to the large number of oil wedges evenly spaced around the circumference, good alignment of the shaft 7 of the unit and its vibration-free operation are ensured. Further, the lubricating oil through the gap in conjunction "the protrusion 12 of the ring-seals 10 and 11 - the rotating shaft 7 of the unit" leaves the support unit and enters the lubrication system of the unit, and then again to lubricate the units of the unit. The presence of elastic sealing rings 13 and 14 in the fixed connection of the ring seals 10 and 11 with the hollow body 1 and determined by calculating the size of the above clearance, which is determined by the internal diameter of the protrusion 12 of the ring seals 10 and 11, and its axial length does not allow a sharp drop in pressure in the lubricating layer and does not cause foaming of oil at the outlet of the support unit.

Предлагаемый опорный узел подшипникового устройства по сравнению с ранее известными позволяет повысить несущую способность радиального подшипника скольжения, обеспечить безвибрационную работу и увеличить диапазон частоты вращения вала агрегата, обеспечить отсутствие кромочных давлений, что значительно снижает вероятность схватывания опорных поверхностей, при приработке и износе опорной поверхности сегментных самоустанавливающихся вкладышей-подушек сохранять клиновую форму зазора, а также исключить образования вспенивания масла на выходе из опорного узла, что, в конечном счете, повысит работоспособность оборудования системы смазывания агрегата. The proposed bearing unit of the bearing device, in comparison with the previously known, allows to increase the bearing capacity of the radial plain bearing, to provide vibration-free operation and increase the range of the rotational speed of the unit shaft, to ensure the absence of edge pressures, which significantly reduces the likelihood of setting bearing surfaces during running-in and wear of the bearing surface insert pillows to maintain a wedge-shaped gap, as well as to eliminate the formation of foaming oils and at the exit from the support unit, which, ultimately, will increase the efficiency of the equipment of the lubrication system of the unit.

Claims

The bearing assembly of the bearing device, comprising a hollow housing with an oil connection and a radial plain bearing, fixed inside the hollow housing, characterized in that the radial plain bearing is made in the form of segmented self-aligning pillow shells placed in a bearing housing having a system of holes and grooves for oil supply to the segmented self-aligning pillow liners, and is equipped with a separator ring fixed on the bearing housing and having dividing protrusions, and t It is also equipped with two sealing rings from its both ends, sealed tightly on the hollow body and having a protrusion on the inner end surface of a smaller diameter around the entire perimeter.