RU2357105C2

RU2357105C2 - Bearing support of vane pump

Info

Publication number: RU2357105C2
Application number: RU2007128693/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Герасимов (RU); Владимир Сергеевич Герасимов; Родион Петрович Казанцев (RU); Родион Петрович Казанцев; 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: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-05-27
Also published as: RU2007128693A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention is related to bearing supports adjusted relative to coaxiality with the help of wedges, and may be mostly used in different vane pumps in NPP. To get according technical results every wedge is coupled with support body along cylindrical surface of longitudinal groove in the latter, and with its flat slant every wedge is coupled with response slant of body that envelopes the bearing. Wedges and support are fixed to body by helical joints. Wedges are equipped with set screws. Axis of all screws are parallel to body axis.

EFFECT: increase of shaft alignment accuracy due to uniformity of according operations with exclusion of adjustment operations.

3 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к подшипниковым опорам, регулируемым относительно соосности или осевого положения. Преимущественно изобретение может быть использовано в соответствующих конструктивных узлах насосов необъемного вытеснения (в том числе в случае применения воды в качестве смазочно-охлаждающей жидкости в опорах скольжения), например в энергетических лопастных насосах (в частности, питательных и т.п., а также в главных циркуляционных насосных агрегатах водоохлаждаемых реакторных установок, например на атомных электростанциях). Изобретение может быть использовано и в узлах центрирования вала (ротора) относительно корпуса (статора) других машин (компрессоров, электрических машин, крупных редукторов) в случае невозможности выполнения соосных и параллельных расточек для установки подшипников с необходимой точностью.The present invention relates to bearings, adjustable relative to alignment or axial position. Advantageously, the invention can be used in the respective structural units of non-displacement pumps (including in the case of using water as a cutting fluid in sliding bearings), for example, in energy vane pumps (in particular, power pumps, etc., as well as in main circulating pumping units of water-cooled reactor plants, for example, in nuclear power plants). The invention can be used in the centering nodes of the shaft (rotor) relative to the housing (stator) of other machines (compressors, electric machines, large gears) in case of impossibility to perform coaxial and parallel bores for mounting bearings with the necessary accuracy.

Известен подшипниковый узел центробежного компрессора [А.с. СССР №1673753, МПК⁵ F04D 29/04, F16C 17/02. - Опубл. 30.08.1991, Бюл. №32], содержащий корпус, установленный в расточке корпуса опорный подшипник, на наружной поверхности которого равномерно по окружности выполнены наклонные в продольном направлении плоские скосы, причем подшипниковый узел снабжен элементами центрирования подшипника в виде клиньев, каждый из которых установлен между расточкой корпуса и плоским срезом (скосом) наружной поверхности подшипника и прикреплен к торцу корпуса. Этому подшипниковому узлу присущи следующие недостатки. Для создания постоянного контактного напряжения на поверхности скосов использован перепад давлений, действующих на торцы подшипника при работе компрессора, что не всегда применимо. Кроме того, указанное выполнение требует установки уплотнения между корпусом и подшипником. При этом диапазон возможного радиального смещения вала ограничен величиной малого зазора между внутренней поверхностью расточки корпуса и наружной поверхностью подшипника, определяемой видом уплотнения. Например, в уплотнении с кольцами круглого сечения (как на чертеже, поясняющем изобретение) допускаемая величина бокового зазора не превышает 0,3 мм. Наконец, в этом подшипниковом узле исключена возможность самоустановки подшипника относительно рабочего положения вала.Known bearing the centrifugal compressor [A. USSR No. 1673753, IPC ⁵ F04D 29/04, F16C 17/02. - Publ. 08/30/1991, Bull. No. 32], comprising a housing, a thrust bearing installed in the housing bore, on the outer surface of which are uniformly inclined longitudinally inclined bevels in the longitudinal direction, the bearing assembly being provided with bearing centering elements in the form of wedges, each of which is installed between the housing bore and a flat cut (bevelled) on the outer surface of the bearing and attached to the end of the housing. The following disadvantages are inherent in this bearing assembly. To create a constant contact voltage on the surface of the bevels, a pressure differential is applied that acts on the ends of the bearing during compressor operation, which is not always applicable. In addition, this embodiment requires the installation of a seal between the housing and the bearing. Moreover, the range of possible radial displacement of the shaft is limited by the small gap between the inner surface of the housing bore and the outer surface of the bearing, determined by the type of seal. For example, in a seal with O-rings (as in the drawing explaining the invention), the permissible lateral clearance does not exceed 0.3 mm. Finally, the possibility of self-alignment of the bearing relative to the working position of the shaft is excluded in this bearing assembly.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности лопастных (например, центробежных) насосов, в частности в обеспечении их работоспособности путем увеличения точности центрирования вала за счет единообразия соответствующих операций на любом этапе эксплуатации насоса (наладка, обкатка, ревизия, ремонт с заменой вкладыша подшипника и т.д.) при исключении операций пригонки элементов подшипниковой опоры (в частности, элементов центрирования). При осуществлении предлагаемого изобретения могут быть получены следующие технические результаты:The problem solved by the invention is to increase the reliability of vane (for example, centrifugal) pumps, in particular, to ensure their efficiency by increasing the accuracy of centering the shaft due to the uniformity of the corresponding operations at any stage of operation of the pump (commissioning, running-in, inspection, repair with replacement of the bearing shell etc.) with the exception of fitting operations of bearing elements (in particular, centering elements). When implementing the invention, the following technical results can be obtained:

во-первых, обеспечение возможности самоустановки подшипника;firstly, the possibility of self-alignment of the bearing;

во-вторых, обеспечение постоянства необходимых контактных напряжений на сопрягаемых поверхностях скосов элементов центрирования при исключении необходимости установки уплотнений в зазорах между корпусом опоры и подшипником;secondly, ensuring the constancy of the necessary contact stresses on the mating surfaces of the bevels of the centering elements while eliminating the need to install seals in the gaps between the bearing housing and the bearing;

в-третьих, увеличение диапазона возможного радиального смещения вала;thirdly, an increase in the range of possible radial displacement of the shaft;

в-четвертых, снижение контактных напряжений в силовых сопряжениях элементов центрирования с подшипником и корпусом.fourthly, a decrease in contact stresses in the force mates of the centering elements with the bearing and the housing.

Как решение поставленной задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается подшипниковая опора, содержащая корпус, подшипник и элементы центрирования подшипника в виде клиньев, сопрягаемых с внутренней поверхностью корпуса. Предлагаемая подшипниковая опора отличается от прототипа тем, чтоAs a solution to the problem, which allows to achieve an effect with the specified characteristics, a bearing support is proposed, comprising a housing, a bearing and bearing centering elements in the form of wedges mating with the inner surface of the housing. The proposed bearing support differs from the prototype in that

на внутренней поверхности корпуса равномерно по окружности выполнены продольные пазы с поперечным сечением в виде сегмента круга, цилиндрическая поверхность каждого из которых предназначена для сопряжения с ответной поверхностью соответствующего клина, дальней от подшипника,longitudinal grooves with a cross-section in the form of a circle segment are made on the inner surface of the housing evenly around the circumference, the cylindrical surface of each of which is designed to interface with the corresponding surface of the corresponding wedge farthest from the bearing,

снабжена суппортом в виде охватываемого корпусом и охватывающего подшипник кольца, на наружной поверхности которого равномерно по окружности выполнены наклонные в продольном направлении плоские скосы, каждый из которых предназначен для сопряжения с ответным скосом на ближней к подшипнику поверхности соответствующего клина,equipped with a caliper in the form of a ring covered by the housing and covering the bearing, on the outer surface of which uniformly inclined longitudinal bevels are made along the circumference, each of which is designed to interface with the reciprocal bevel on the surface of the corresponding wedge closest to the bearing

снабжена винтовыми соединениями суппорта и каждого из клиньев с корпусом, у которых резьбовые отверстия выполнены параллельно оси корпуса в ступени последнего, обращенной к торцу суппорта, причем сквозные гладкие отверстия в суппорте выполнены с возможностью установки соответствующих винтов с зазором,equipped with screw connections of the caliper and each of the wedges with the housing, in which the threaded holes are made parallel to the axis of the housing in the step of the latter facing the end face of the caliper, and through smooth holes in the caliper are configured to install the corresponding screws with a gap,

снабжена установочными винтами, предназначенными для перемещения каждого из клиньев в процессе центрирования вала, резьбовые отверстия для которых выполнены параллельно оси корпуса в каждом из клиньев,equipped with set screws designed to move each of the wedges in the process of centering the shaft, threaded holes for which are made parallel to the axis of the housing in each of the wedges,

сопряжение суппорта с подшипником выполнено с возможностью самоустановки.the coupling of the caliper with the bearing is self-adjusting.

В частном случае вдоль наклонного плоского скоса на ближней к подшипнику поверхности каждого клина может быть выполнен продольный паз.In the particular case, along the inclined planar bevel, a longitudinal groove can be made on the surface of each wedge closest to the bearing.

Дополнение элементов центрирования за счет суппорта обеспечивает возможность самоустановки вала при соответствующем сопряжении суппорта и подшипника, например по выполненному на последнем узкому кольцевому пояску с малой угловой контактной жесткостью.The addition of centering elements due to the caliper provides the possibility of self-installation of the shaft with the appropriate coupling of the caliper and bearing, for example, made on the last narrow annular belt with low angular contact stiffness.

Использование винтовых соединений для крепления клиньев к корпусу обеспечивает постоянство необходимых контактных напряжений на сопрягаемых поверхностях скосов элементов центрирования, а также исключает необходимость в установке уплотнений (в зазорах между корпусом опоры и подшипником).The use of screw connections for attaching wedges to the housing ensures the constancy of the necessary contact stresses on the mating surfaces of the bevels of the centering elements, and also eliminates the need to install seals (in the gaps between the bearing housing and the bearing).

При этом использование винтового соединения для крепления суппорта к корпусу обеспечивает увеличение диапазона возможного радиального смещения вала (в пределах зазора в гладких отверстиях для соответствующих винтов в суппорте, т.е. с долей миллиметра до нескольких миллиметров).The use of a screw connection for attaching the caliper to the housing provides an increase in the range of possible radial displacement of the shaft (within the gap in the smooth holes for the corresponding screws in the caliper, i.e. with a fraction of a millimeter to several millimeters).

Взаимодействие корпуса и клиньев по цилиндрическим поверхностям, а суппорта и клиньев по плоским поверхностям (в частности, по краевым участкам скосов клиньев) обеспечивает снижение контактных напряжений в силовых сопряжениях элементов центрирования с подшипником и корпусом (в частности, предотвращает деформацию подшипника).The interaction of the housing and wedges on cylindrical surfaces, and the caliper and wedges on flat surfaces (in particular, on the edge sections of the bevels of the wedges) provides a reduction in contact stresses in the force mates of the centering elements with the bearing and the housing (in particular, prevents deformation of the bearing).

Продольные пазы на корпусе в качестве направляющих опор для клиньев, постоянство контактных напряжений на сопрягаемых скосах элементов центрирования, а также снижение контактных напряжений в силовых сопряжениях элементов центрирования с подшипником и корпусом увеличивают точность центрирования вала.Longitudinal grooves on the housing as guiding supports for wedges, constancy of contact stresses on mating bevels of centering elements, as well as reduction of contact stresses in force mates of centering elements with bearing and housing increase shaft centering accuracy.

Предлагаемая подшипниковая опора (в частном выполнении для радиального подшипника скольжения с двумя парами клиньев при горизонтальной компоновке лопастного насоса) поясняется чертежами:The proposed bearing support (in a particular embodiment for a radial plain bearing with two pairs of wedges with a horizontal arrangement of a vane pump) is illustrated by the drawings:

Фиг.1 - подшипниковая опора (продольный разрез);Figure 1 - bearing support (longitudinal section);

Фиг.2 - подшипниковая опора (поперечный разрез Г-Г);Figure 2 - bearing support (cross section GG);

Фиг.3 - подшипниковая опора (продольный разрез В-В);Figure 3 - bearing support (longitudinal section bb);

Фиг.4 - подшипниковая опора (продольный разрез Д-Д).Figure 4 - bearing support (longitudinal section DD).

В состав подшипниковой опоры вала 1 входят закрепленная на последнем втулка 2, образующая цапфу, радиальный подшипник скольжения, элементы центрирования и корпус 3. Подшипник скольжения составляют, например, вкладыш 4 и гильза 5.The composition of the bearing support of the shaft 1 includes a sleeve 2 fixed on the latter, forming a pin, a radial sliding bearing, centering elements and a housing 3. The sliding bearing is, for example, an insert 4 and a sleeve 5.

Элементы центрирования в виде клиньев 6 дополнены суппортом 7 в виде кольца, охватывающего гильзу 5 подшипника и охватываемого корпусом 3. С последним суппорт 7 скреплен посредством соединения винтами 8, а клинья 6 скреплены посредством соединения винтами 9. В ступени 10 на внутренней поверхности корпуса 3 параллельно продольной оси последнего со стороны торца суппорта 7 выполнены резьбовые отверстия 11 (например, четыре) под винты 8 и резьбовые отверстия 12 (например, по два на каждый клин) под винты 9. Сквозные гладкие отверстия 13 в суппорте 7 под винты 8 выполнены с возможностью установки винтов 8 с зазором, обеспечивающим требуемую величину радиального смещения суппорта 7.The centering elements in the form of wedges 6 are supplemented by a caliper 7 in the form of a ring covering the sleeve 5 of the bearing and covered by the housing 3. With the latter, the caliper 7 is fastened by connecting with screws 8, and the wedges 6 are fastened by connecting with screws 9. In step 10 on the inner surface of the housing 3 in parallel the longitudinal axis of the latter from the side of the end face of the caliper 7 has threaded holes 11 (for example, four) for screws 8 and threaded holes 12 (for example, two for each wedge) for screws 9. Through smooth holes 13 in the caliper 7 under Inta 8 is made with the possibility of installing screws 8 with a gap that provides the required value of the radial displacement of the caliper 7.

На обращенной к подшипнику внутренней поверхности корпуса 3, охватывающей суппорт 7, равномерно по окружности выполнены две пары продольных (в направлении оси корпуса 3) пазов с поперечным сечением в виде сегмента круга (с постоянной по длине паза высотой), цилиндрические поверхности 14 которых предназначены для сопряжения в качестве направляющих опор с ответной (дальней от подшипника) поверхностью соответствующего клина 6. На дальней от подшипника внешней поверхности суппорта 7, охватываемой корпусом 3, равномерно по окружности выполнены две пары наклонных в продольном направлении плоских скосов, поверхности 15 которых предназначены для сопряжения с ответными скосами клиньев 6.Two pairs of longitudinal (in the direction of the axis of the housing 3) grooves with a cross section in the form of a circle segment (with a constant height along the groove length), cylindrical surfaces 14 of which are designed for mates as guiding supports with a reciprocal (farthest from the bearing) surface of the corresponding wedge 6. On the outer surface of the caliper 7, covered by the housing 3, farthest from the bearing, uniformly made around ve pairs of longitudinal bevels inclined in the longitudinal direction, the surfaces 15 of which are designed to interface with the reciprocal bevels of the wedges 6.

Обращенная к суппорту 7 (ближняя к подшипнику) поверхность каждого из четырех клиньев 6 выполнена в виде наклонного в продольном направлении плоского скоса, поверхность 16 которого предназначена для сопряжения с одной из поверхностей 15 скосов на внешней поверхности суппорта 7. Обращенная к корпусу 3 (дальняя от подшипника) поверхность 17 каждого из клиньев 6 выполнена с поперечным сечением в виде сегмента круга и предназначена для сопряжения с цилиндрической поверхностью 14 одного из продольных пазов на внутренней поверхности корпуса 3. Для перемещения клиньев 6 от ступени 10 корпуса 3 в продольном направлении предназначены установочные винты 18, для которых в клиньях 6 параллельно продольной оси корпуса 3 выполнены резьбовые отверстия 19 (например, по одному на клин).The surface of each of the four wedges 6 facing the caliper 7 (closest to the bearing) is made in the form of a slant oblique in the longitudinal direction, the surface 16 of which is designed to mate with one of the surfaces 15 of the bevels on the outer surface of the caliper 7. Facing the housing 3 (distant from bearing) surface 17 of each of the wedges 6 is made with a cross section in the form of a circle segment and is designed to interface with the cylindrical surface 14 of one of the longitudinal grooves on the inner surface of the housing 3. For remescheniya wedges 6 of the stage 10 of the housing 3 in the longitudinal direction are set screws 18, which wedges 6 in parallel to the longitudinal axis of the housing 3 are formed screw holes 19 (e.g., one for each wedge).

Суппорт 7 и гильза 5 сопряжены (с возможностью самоустановки подшипника) по выполненному на гильзе 5 узкому пояску 20 с малой угловой контактной жесткостью. На плоском скосе каждого из клиньев 6 выполнен продольный паз 21.The caliper 7 and sleeve 5 are coupled (with the possibility of self-aligning the bearing) to a narrow belt 20 made on sleeve 5 with low angular contact stiffness. On the flat bevel of each of the wedges 6, a longitudinal groove 21 is made.

Центрирование вала 1 (на любом этапе эксплуатации подшипниковой опоры) осуществляют следующим образом. Ослабляют затяжку винтов 9, крепящих тот из клиньев 6 (например, верхний), в сторону которого следует сместить вал 1. Также ослабляют затяжку винтов 9, крепящих два смежных клина 6, и затяжку винтов 8, крепящих суппорт 7, обеспечивая возможность радиального перемещения последнего относительно боковых клиньев 6.Centering of the shaft 1 (at any stage of operation of the bearing support) is as follows. Weaken the tightening of the screws 9 securing the one of the wedges 6 (for example, the upper one), to which the shaft 1 should be shifted. Also, loosen the tightening of the screws 9 securing two adjacent wedges 6 and the tightening of the screws 8 securing the caliper 7, making it possible to radially move the latter relative to the side wedges 6.

Ввернув установочный винт 18 в резьбовое отверстие 19 верхнего клина 6 до упора наконечника стержня в ступень 10 корпуса 3 и продолжая вворачивать этот винт, перемещают верхний клин 6 от ступени 10 вдоль соответствующего паза корпуса 3 на необходимую величину. Затягивая винты 9, крепящие противолежащий (в данном примере, нижний) клин 6, перемещают последний в противоположном направлении, поджимая его к суппорту 7 и, соответственно, перемещая суппорт 7 в радиальном направлении до упора в верхний клин 6. Выворачивая установочный винт 18, выводят его стержень из контакта со ступенью 10 корпуса 3 и затягивают винты 9, крепящие верхний клин 6, поджимая его поверхность 16 к поверхности 15 суппорта 7. Получив (в результате одной или нескольких соответствующих операций) требуемую величину смещения вала 1, затягивают винты 8 и прижимают суппорт 7 к ступени 10 корпуса 3 с такой силой, при которой исключен их сдвиг вдоль стыка (из-за возникших при этом сил трения), а затем окончательно закрепляют клинья 6, затягивая винты 9.Screwing the set screw 18 into the threaded hole 19 of the upper wedge 6 until the rod tip stops in the step 10 of the housing 3 and continuing to screw this screw, move the upper wedge 6 from the step 10 along the corresponding groove of the housing 3 by the required amount. Tightening the screws 9 securing the opposite (in this example, lower) wedge 6, move the latter in the opposite direction, pressing it to the support 7 and, accordingly, moving the support 7 in the radial direction to the stop in the upper wedge 6. Turning the set screw 18, remove its core out of contact with the stage 10 of the housing 3 and tighten the screws 9 securing the upper wedge 6, pressing its surface 16 to the surface 15 of the caliper 7. Having received (as a result of one or more relevant operations) the required amount of displacement of the shaft 1, tightening m screws 8 and is pressed against a support 7 to the stage 10 of the housing 3 with a force at which expelled them to shift along a joint (due to the problems with the friction forces), and then finally fixed wedges 6 by tightening the screws 9.

Аналогичным образом перемещают вал 1 вниз, а также вправо или влево. После окончания центрирования все установочные винты 18 удаляют из подшипниковой опоры.In a similar manner, the shaft 1 is moved down and also to the right or left. After centering, all the set screws 18 are removed from the bearing support.

Claims

1. Bearing support of a vane pump, comprising a housing, a bearing and bearing centering elements in the form of wedges mating with the inner surface of the housing, characterized in that longitudinal grooves with a cross section in the form of a circle segment are made uniformly on the inner surface of the housing, each having a cylindrical surface of which is intended to interface with the counter surface of the corresponding wedge farthest from the bearing, equipped with a caliper in the form of a male housing and a female support ring ipnik, on the outer surface of which uniformly inclined longitudinally inclined bevels are made uniformly on the circumference, each of which is designed to interface with the reciprocal bevel on the surface of the corresponding wedge closest to the bearing, and screw connections of the caliper and each of the wedges with the housing, with threaded holes made parallel to the axis of the housing at the stage of the latter, facing the end face of the caliper, and through smooth holes in the caliper made with the possibility of installing the appropriate wines with a gap, as well as set screws, the threaded holes for which are made parallel to the axis of the housing in each of the wedges, while the caliper and bearing are coupled with the possibility of self-installation of the latter relative to the working position of the shaft.

2. The bearing support according to claim 1, characterized in that the bearing surface mating with the caliper is made in the form of a narrow annular belt with low angular contact stiffness.

3. The bearing support according to claim 1 or 2, characterized in that a longitudinal groove is made along the inclined plane bevel on the surface of each wedge proximal to the bearing.