RU2351813C1

RU2351813C1 - Plain bearing

Info

Publication number: RU2351813C1
Application number: RU2007126505/11A
Authority: RU
Inventors: Родион Петрович Казанцев (RU); Родион Петрович Казанцев; Леонид Федорович Медведев (RU); Леонид Федорович Медведев; Николай Николаевич Павлов (RU); Николай Николаевич Павлов; Юрий Михайлович Паутов (RU); Юрий Михайлович Паутов; Сергей Юрьевич Щуцкий (RU); Сергей Юрьевич Щуцкий
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения"
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-04-10
Also published as: RU2007126505A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to bearings allowing adjusting the gap between segments that make friction bearing bush, and can be primarily incorporated with various wing pumps at nuclear power stations. Proposed bearing incorporates stator bush to be fitted in the housing and having antifriction elements locked, on both end face sides, with the help of clamping rings (8) with tapered parts (11, 12). Note that clamping rings (8) locking segments (6) arranged in the housing allow an elastic strain along the bearing axis. At least, one of the gap between segments (6) of cylindrical lengthwise-separated bush accommodates flexible compensator spring (9) arranged to provide for working surface continuity on the remaining part of the bush circumference. This invention aims, first, at preventing irregular centering effect of clamping rings on antifriction elements over the circumference. Second, it reduces discreteness/increases continuity of the stator bush working surface and its area, particularly, in the case a horizontal shaft. Finally, it allows increasing the area of the stator bush continuous working surface in the bearing loaded area to the maximum tolerable value.

EFFECT: reduced pump vibration, increased load-bearing capacity of siliconised-graphite surface plain bearing.

4 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к подшипниковым опорам скольжения, у которых в паре трения по меньшей мере одна из рабочих поверхностей выполнена из силицированного графита (или других антифрикционных материалов с близкими характеристиками). Преимущественно изобретение может быть использовано в соответствующих конструктивных узлах лопастных насосов, предназначенных для перекачивания горячих жидкостей под высоким давлением, например, на атомных электростанциях: в главных циркуляционных насосных агрегатах водоохлаждаемых реакторных установок, в питательных и аварийно-питательных насосах (например, для подачи воды из конденсатора турбины в парогенератор), а также в насосах систем безопасности и т.п.The present invention relates to sliding bearings, in which in a friction pair at least one of the working surfaces is made of siliconized graphite (or other antifriction materials with similar characteristics). Advantageously, the invention can be used in the respective structural units of vane pumps intended for pumping hot liquids under high pressure, for example, in nuclear power plants: in the main circulation pump units of water-cooled reactor plants, in feed and emergency feed pumps (for example, for supplying water from turbine condenser in the steam generator), as well as in pumps of safety systems, etc.

Силицированный графит (как антифрикционный подшипниковый материал) характеризуется температуростойкостью (по меньшей мере, до 300°С) и допускает применение воды в качестве смазочно-охлаждающей жидкости. Но вследствие повышенной хрупкости антифрикционные элементы из силицированного графита необходимо связывать с несущими элементами из металла. А для обеспечения работоспособности подшипниковой опоры при изменении распределения температур по ее элементам необходимо учитывать более низкий коэффициент линейного расширения силицированного графита по сравнению со сталью и другими сплавами.Siliconized graphite (as an antifriction bearing material) is characterized by temperature resistance (at least up to 300 ° C) and allows the use of water as a cutting fluid. But due to the increased fragility, antifriction elements made of siliconized graphite must be connected with the supporting elements made of metal. And to ensure the operability of the bearing support when changing the temperature distribution among its elements, it is necessary to take into account the lower coefficient of linear expansion of siliconized graphite in comparison with steel and other alloys.

Известен подшипниковый узел скольжения [А.с. СССР №584120, МПК² F16C 17/02. - Опубл. 15.12.1977, бюл. №46], в котором втулка подшипника (статорная втулка), предназначенная для установки в корпусе, выполнена в виде обоймы, в продольных пазах которой с цилиндрическими посадочными поверхностями посредством упорных колец закреплены стержневые вкладыши, имеющие соответствующие посадочные поверхности. При этом поверхность каждого вкладыша статорной втулки на его дальней от цапфы (втулки цапфы, втулки вала, роторной втулки) стороне по крайней мере на участке, примыкающем к одному из торцов вкладыша, предназначена для взаимодействия с упорным (поджимным) кольцом и выполнена цилиндрической с радиусом, равным внутреннему радиусу указанного кольца.Known bearing node sliding [A. S. USSR No. 584120, IPC ² F16C 17/02. - Publ. 12/15/1977, bull. No. 46], in which the bearing sleeve (stator sleeve), intended for installation in the housing, is made in the form of a cage, in the longitudinal grooves of which with cylindrical seating surfaces through the thrust rings are fixed rod liners having corresponding seating surfaces. Moreover, the surface of each insert of the stator sleeve on its side farthest from the journal (journal sleeve, shaft sleeve, rotor sleeve), at least in a section adjacent to one of the ends of the insert, is designed to interact with a thrust (pressing) ring and is made cylindrical with a radius equal to the inner radius of the specified ring.

Этому подшипниковому узлу свойственны следующие недостатки. В результате дискретного (по окружности) характера рабочей поверхности статорной втулки при вращении вала происходит колебательное смещение центра вала от центра подшипника. В случае дискретного характера рабочей поверхности роторной втулки площадь взаимодействия статорной и роторной втулок колеблется, что увеличивает пульсации нагрузок на стержневые вкладыши. Рост температуры статорной втулки ослабляет посадку стержневых вкладышей в частично открытых цилиндрических пазах обойм, а также центрирующее воздействие поджимных колец на эти вкладыши, что создает условия для проворачивания некоторых из стержневых вкладышей в пазах и соответствующего искажения формы рабочей поверхности статорной втулки. Возникающие вибрации на статические напряжения накладывают дополнительные напряжения, приводящие к усталостным разрушениям.This bearing assembly has the following disadvantages. As a result of the discrete (on the circumference) nature of the working surface of the stator sleeve during rotation of the shaft, an oscillatory displacement of the center of the shaft from the center of the bearing occurs. In the case of a discrete nature of the working surface of the rotor sleeve, the interaction area of the stator and rotor bushings fluctuates, which increases the ripple loads on the rod liners. An increase in the temperature of the stator sleeve weakens the fit of the rod liners in the partially open cylindrical grooves of the cages, as well as the centering effect of the compression rings on these liners, which creates the conditions for turning some of the rod liners in the grooves and the corresponding distortion of the shape of the working surface of the stator sleeve. The resulting vibrations on static stresses impose additional stresses, leading to fatigue fractures.

Из описания нижнего радиального подшипника в насосах реакторной установки с РБМК-1000 [см. Митенков Ф.М. и др. Главные циркуляционные насосы АЭС. - 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1989, С.72, С.73 (рис.3.19), С.74, а также Будов В.М. Насосы АЭС. - М.: Энергоатомиздат, - 1986, С.320, С.321 (Рис.7.29)] известен гидростатический подшипник, в корпусе которого дополнительно установлен подшипник скольжения, включающий втулку из силицированного графита, выполненную из шести отдельных сегментов, поджимаемых в осевом и радиальном направлениях двумя коническими кольцами, расположенными с обоих торцов втулки, за счет усилия, создаваемого одним упругим элементом (упругой мембраной). Этот подшипник предназначен для работы в аварийном и пусковом режимах, причем обеспечение постоянного радиального зазора при изменении рабочей температуры является техническим результатом.From the description of the lower radial bearing in the pumps of the reactor plant with RBMK-1000 [see Mitenkov F.M. etc. The main circulation pumps of nuclear power plants. - 2nd ed. - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 72, p. 73 (Fig. 3.19), p. 74, as well as V. Budov. NPP pumps. - M .: Energoatomizdat, - 1986, S.320, S.321 (Fig.7.29)] known hydrostatic bearing, in the housing of which is additionally installed a sliding bearing, including a sleeve of siliconized graphite made of six separate segments, pressed in axial and radial directions by two conical rings located at both ends of the sleeve, due to the force created by one elastic element (elastic membrane). This bearing is designed to operate in emergency and starting conditions, and ensuring a constant radial clearance when the operating temperature changes is a technical result.

Этому подшипнику скольжения свойственны следующие недостатки. Усилия, создаваемого одним упругим элементом, взаимодействующего лишь с одним коническим кольцом, может оказаться недостаточно для преодоления силы трения между корпусом подшипника и втулкой и обеспечения центрирующего действия другого конического кольца, расположенного с противоположного торца втулки. Возможная несоосность упругого элемента и прилегающего к нему конического (поджимного) кольца влечет неравномерное (по окружности) осевое нагружение последнего и, как следствие, перекос поджимного кольца и сегментов втулки.This sliding bearing has the following disadvantages. The force created by one elastic element interacting with only one conical ring may not be enough to overcome the frictional force between the bearing housing and the sleeve and ensure the centering action of another conical ring located at the opposite end of the sleeve. The possible misalignment of the elastic element and the conical (compression) ring adjacent to it entails uneven (circumferential) axial loading of the latter and, as a result, the bias of the compression ring and the segments of the sleeve.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности лопастных (например, центробежных) насосов, работающих в широком диапазоне температуры перекачиваемой среды, в частности в обеспечении работоспособности путем снижения уровня вибраций насоса, а также повышения нагрузочной способности подшипниковых опор скольжения в случае выполнения рабочей поверхности статорной втулки из силицированного графита.The problem solved by the invention is to increase the reliability of vane (for example, centrifugal) pumps operating in a wide temperature range of the pumped medium, in particular, to ensure operability by reducing the level of vibration of the pump, as well as increasing the load capacity of sliding bearings if the working surface of the stator siliconized graphite bushings.

При осуществлении предлагаемого изобретения могут быть получены следующие технические результаты:When implementing the invention, the following technical results can be obtained:

во-первых, предотвращение неравномерности центрирующего воздействия поджимных колец на антифрикционные сегменты, а также неравномерности осевого нагружения поджимных колец по окружности;firstly, prevention of uneven centering action of the clamping rings on the antifriction segments, as well as uneven axial loading of the clamping rings around the circumference;

во-вторых, уменьшение дискретности (увеличение сплошности) рабочей поверхности статорной втулки и увеличение площади указанной поверхности (в частности, при горизонтальном расположении вала увеличение площади сплошной рабочей поверхности статорной втулки в нагруженной зоне подшипника до максимально возможной величины).secondly, a decrease in discreteness (increase in continuity) of the working surface of the stator sleeve and an increase in the area of the indicated surface (in particular, with a horizontal arrangement of the shaft, an increase in the area of the continuous working surface of the stator sleeve in the loaded area of the bearing to the maximum possible value).

Как решение поставленной задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается подшипник скольжения, у которого антифрикционные сегменты статорной втулки, предназначенной для установки в корпусе, закреплены с обоих торцов посредством поджимных колец, снабженных коническими частями. Предлагаемая опора отличается от прототипа тем, что:As a solution to the problem, which allows to achieve an effect with the indicated characteristics, a sliding bearing is proposed, in which the antifriction segments of the stator sleeve intended for installation in the housing are fixed from both ends by means of compression rings equipped with conical parts. The proposed support differs from the prototype in that:

антифрикционные сегменты выполнены в виде секторов цилиндрической втулки, разделенной в продольном направлении,antifriction segments are made in the form of sectors of a cylindrical sleeve, divided in the longitudinal direction,

по крайней мере в один из промежутков между антифрикционными элементами введен упругий компенсатор, выполненный с возможностью поддержания сплошности рабочей поверхности на остальной части окружности статорной втулки,at least in one of the gaps between the anti-friction elements, an elastic compensator is introduced, made with the possibility of maintaining the continuity of the working surface on the rest of the circumference of the stator sleeve,

поджимные конические кольца выполнены с возможностью упругой деформации в направлении продольной оси подшипника.compression conical rings are made with the possibility of elastic deformation in the direction of the longitudinal axis of the bearing.

В частном случае упругий компенсатор может быть выполнен в виде плоской пружины, поверхность которой снабжена выступами, предназначенными для взаимодействия со смежными антифрикционными сегментами и распределенными так, что линии действия реакций указанных сегментов различны. При этом в свободном состоянии толщина пружины с выступами должна превышать сумму зазоров между антифрикционными сегментами, возможных в рабочем диапазоне температур элементов подшипниковой опоры.In the particular case, the elastic compensator can be made in the form of a flat spring, the surface of which is equipped with protrusions designed to interact with adjacent antifriction segments and distributed so that the reaction lines of the indicated segments are different. In this free state, the thickness of the spring with the protrusions should exceed the sum of the gaps between the antifriction segments that are possible in the operating temperature range of the bearing elements.

Упругий компенсатор в виде плоской пружины может быть дополнительно зафиксирован от радиального перемещения посредством помещения его оконечностей в пазах ограничительных элементов, препятствующих исчезновению созданной при сборке подшипника упругой деформации поджимных колец (в направлении продольной оси подшипника). В качестве таких элементов могут быть применены, например, пружинные упорные кольца, помещенные в кольцевые канавки на внутренней поверхности корпуса подшипника.An elastic compensator in the form of a flat spring can be additionally fixed from radial movement by placing its extremities in the grooves of the restrictive elements that prevent the elastic compression of the compression rings created during assembly of the bearing (in the direction of the longitudinal axis of the bearing). As such elements can be applied, for example, spring thrust rings placed in the annular grooves on the inner surface of the bearing housing.

Предотвращение неравномерности центрирующего воздействия поджимных колец на антифрикционные сегменты и неравномерности осевого нагружения поджимных колец по окружности обеспечено за счет возможности упругой деформации каждого из этих колец в направлении продольной оси подшипника.The non-uniformity of the centering effect of the compression rings on the antifriction segments and the unevenness of the axial loading of the compression rings around the circumference are prevented due to the possibility of elastic deformation of each of these rings in the direction of the longitudinal axis of the bearing.

Уменьшение количества разрывов рабочей поверхности статорной втулки и, следовательно, уменьшение дискретности (увеличение сплошности) и увеличение площади указанной поверхности (соответственно, увеличение нагрузочной способности опоры) обеспечено за счет выполнения антифрикционных сегментов в виде секторов цилиндрической втулки, разделенной в продольном направлении, и за счет введения упругих компенсаторов. В случае горизонтального расположения вала увеличение площади сплошной рабочей поверхности статорной втулки в нагруженной зоне подшипника до максимально возможной величины обеспечено за счет возможности расположения упругого компенсатора в ненагруженной зоне подшипника.A decrease in the number of discontinuities in the working surface of the stator sleeve and, therefore, a decrease in discreteness (increase in continuity) and an increase in the area of this surface (respectively, an increase in the bearing capacity of the support) are ensured by antifriction segments in the form of sectors of a cylindrical sleeve divided in the longitudinal direction, and due to introducing elastic compensators. In the case of a horizontal shaft arrangement, an increase in the area of the continuous working surface of the stator sleeve in the loaded zone of the bearing to the maximum possible value is ensured by the possibility of the location of the elastic compensator in the unloaded zone of the bearing.

Предлагаемый подшипник скольжения (в частном выполнении с одним упругим компенсатором в виде плоской пружины) поясняется чертежами:The proposed plain bearing (in particular, with one elastic compensator in the form of a flat spring) is illustrated by the drawings:

Фиг.1 - подшипник скольжения (продольный разрез);Figure 1 - plain bearing (longitudinal section);

Фиг.2 - подшипник скольжения (продольный разрез, элемент А);Figure 2 - plain bearing (longitudinal section, element A);

Фиг.3 - подшипник скольжения (продольный разрез Е-Е);Figure 3 - plain bearing (longitudinal section EE);

Фиг.4 - подшипник скольжения (продольный разрез Б-Б);Figure 4 - plain bearing (longitudinal section BB);

Фиг.5 - упругий компенсатор в рабочем состоянии;Figure 5 - elastic compensator in working condition;

Фиг.6 - упругий компенсатор в свободном состоянии.6 is an elastic compensator in a free state.

В состав подшипниковой опоры вала 1 входят закрепленная на последнем роторная втулка, образующая цапфу и включающая, например, обойму 2 со стержневыми антифрикционными элементами 3, и радиальный подшипник скольжения.The composition of the bearing support of the shaft 1 includes a rotor sleeve fixed on the latter, forming a pin and including, for example, a cage 2 with rod anti-friction elements 3, and a radial plain bearing.

Подшипник скольжения включает корпус 4, установленный в раме 5, и разрезную статорную втулку, которую составляют антифрикционные сегменты 6, а также поджимные кольца 7 и 8. Отдельные антифрикционные сегменты 6 выполнены путем разделения цилиндрической втулки, например, из силицированного графита в продольном направлении по меньшей мере на два сектора (в данном случае на три одинаковых). Число секторов выбирают, вообще говоря, таким, чтобы остаток от его арифметического деления на число дискретных (в данном случае стержневых) антифрикционных элементов роторной втулки отличался от нуля.The sliding bearing includes a housing 4 mounted in the frame 5, and a split stator sleeve, which is composed of antifriction segments 6, as well as compression rings 7 and 8. The individual antifriction segments 6 are made by separating a cylindrical sleeve, for example, of siliconized graphite in the longitudinal direction at least at least two sectors (in this case, three identical). The number of sectors is chosen, generally speaking, such that the remainder of its arithmetic division by the number of discrete (in this case, rod) antifriction elements of the rotor sleeve differs from zero.

В один из тангенциальных промежутков между антифрикционными сегментами 6 введен упругий компенсатор 9, выполненный в виде плоской пружины. Поверхность последней снабжена выступами 10, предназначенными для взаимодействия со смежными антифрикционными сегментами 6 и распределенными так, что различны линии действия реакций указанных сегментов на выступы. При этом толщина пружины с выступами (в свободном состоянии) выполнена большей суммы промежутков (по дуге внутренней поверхности корпуса 4) между антифрикционными сегментами 6, возможных в рабочем диапазоне температур элементов подшипниковой опоры.In one of the tangential gaps between the anti-friction segments 6, an elastic compensator 9 is introduced, made in the form of a flat spring. The surface of the latter is provided with protrusions 10, designed to interact with adjacent antifriction segments 6 and distributed so that the lines of action of the reactions of these segments on the protrusions are different. In this case, the thickness of the spring with protrusions (in the free state) is made greater than the sum of the gaps (along the arc of the inner surface of the housing 4) between the antifriction segments 6, which are possible in the operating temperature range of the bearing elements.

Поджимные кольца 7 и 8 снабжены коническими частями 11 и 12, каждая из которых выполнена сужающейся в направлении от кольца. Сопрягаемая с внешней поверхностью конической части поджимного кольца посадочная поверхность каждого из антифрикционных сегментов 6 выполнена на обоих концах ближней к цапфе стороне сегмента 6. Пружинные упорные кольца 13 и 14, помещенные в кольцевые канавки на внутренней поверхности корпуса 4 вблизи его торцов, служат ограничительными элементами, препятствующими исчезновению созданной при сборке подшипника упругой деформации поджимных колец 7 и 8 (в направлении продольной оси подшипника).The compression rings 7 and 8 are provided with conical parts 11 and 12, each of which is made tapering in the direction from the ring. The landing surface of each of the antifriction segments 6, mating with the outer surface of the conical part of the clamping ring, is made at both ends of the segment 6 side closest to the trunnion. preventing the disappearance of the elastic deformation of the compression rings 7 and 8 created during assembly of the bearing (in the direction of the longitudinal axis of the bearing).

В процессе сборки подшипника антифрикционные сегменты 6 вместе с упругим компенсатором 9 запрессовывают в корпус 4, образуя рабочую поверхность статорной втулки требуемой правильной формы. При этом сплошность рабочей поверхности нарушает единственный зазор, в котором расположен деформированный упругий компенсатор 9. Но при горизонтальном расположении вала 1 этот зазор всегда может быть оставлен в ненагруженной зоне подшипника, что увеличивает площадь сплошной рабочей поверхности статорной втулки в нагруженной зоне до максимально возможной величины. Введя в соприкосновение с посадочными поверхностями каждого из антифрикционных сегментов 6 конические части 11 и 12 поджимных колец 7 и 8, упруго деформируют последние (в направлении продольной оси подшипника) и фиксируют полученное деформированное состояние, поместив пружинные упорные кольца 13 и 14 в кольцевые канавки, выполненные на внутренней поверхности корпуса 4.During the assembly of the bearing, the antifriction segments 6 together with the elastic compensator 9 are pressed into the housing 4, forming the working surface of the stator sleeve of the required regular shape. In this case, the continuity of the working surface violates the only gap in which the deformed elastic compensator 9 is located. But with a horizontal arrangement of the shaft 1, this gap can always be left in the unloaded bearing area, which increases the area of the continuous working surface of the stator sleeve in the loaded zone to the maximum possible value. Having brought into contact with the seating surfaces of each of the antifriction segments 6, the conical parts 11 and 12 of the compression rings 7 and 8, elastically deform the latter (in the direction of the longitudinal axis of the bearing) and fix the resulting deformed state by placing the spring thrust rings 13 and 14 in the annular grooves made on the inner surface of the housing 4.

Если при увеличении температур элементов подшипниковой опоры скольжения корпус 4 и поджимные кольца 7 и 8 будут расширяться более сильно, чем антифрикционные сегменты 6, то взаимодействие элементов подшипника будет происходить следующим образом.If, with increasing temperatures of the elements of the sliding bearing, the housing 4 and the compression rings 7 and 8 will expand more strongly than the antifriction segments 6, then the interaction of the bearing elements will occur as follows.

Упругодеформированные поджимные кольца 7 и 8 воздействуют с двух сторон на антифрикционные сегменты 6, создавая равномерные по окружности каждого кольца усилия, одинаково прижимающие внешнюю поверхность конических частей 11 и 12 к сопрягаемым с ними посадочным поверхностям каждого из указанных сегментов. Деформированный упругий компенсатор 9 создает тангенциальное усилие, прижимающее все антифрикционные сегменты 6 боковыми сторонами друг к другу, а внешней поверхностью к корпусу 4. Под действием указанных усилий антифрикционные сегменты 6 сохранят взаимодействие с корпусом 4 и требуемую правильную форму образуемой ими рабочей поверхности, а также первоначальную сплошность последней, причем по всей ширине статорной втулки.The elastically deformed compression rings 7 and 8 act on both sides of the antifriction segments 6, creating uniform forces on the circumference of each ring, equally pressing the outer surface of the conical parts 11 and 12 to the mating surfaces of each of these segments. The deformed elastic compensator 9 creates a tangential force, pressing all antifriction segments 6 laterally to each other, and the outer surface to the housing 4. Under the action of these forces, the antifriction segments 6 will retain the interaction with the housing 4 and the required correct shape of the working surface they form, as well as the original the continuity of the latter, and over the entire width of the stator sleeve.

Claims

1. The sliding bearing containing a stator sleeve intended for installation in a housing in which antifriction segments are fixed at both ends by means of compression rings provided with conical parts, characterized in that the antifriction segments are made in the form of sectors of a cylindrical sleeve, divided in the longitudinal direction, in at least one of the tangential gaps between the antifriction segments introduced elastic compensator, made with the possibility of maintaining the continuity of the working surface on the rest of the circumference of the stator sleeve, the pinch rings are capable of elastic deformation along the longitudinal axis of the bearing.

2. The bearing according to claim 1, characterized in that the elastic compensator is made in the form of a flat spring with protrusions designed to interact with adjacent antifriction segments and distributed over its surface so that the lines of action of the reactions of these elements are different, while in the free state the thickness springs with protrusions exceeds the sum of the gaps between the antifriction segments possible in the operating temperature range of the bearing elements.

3. The bearing according to claim 2, characterized in that the elastic compensator in the form of a flat spring is additionally fixed from radial movement by placing its extremities in the grooves of the restrictive elements that prevent the elastic deformation of the compression rings from disappearing in the direction of the longitudinal axis of the bearing created during the assembly of the bearing.

4. The bearing according to claim 3, characterized in that the spring thrust rings placed in the annular grooves on the inner surface of the bearing housing are used as restrictive elements.