RU2558406C1

RU2558406C1 - Thrust bearing

Info

Publication number: RU2558406C1
Application number: RU2014114630/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Михайлов
Original assignee: Александр Николаевич Михайлов
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-08-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: thrust bearing contains bearing plate installed on the shaft with possibility of rotation together with shaft and acceptance the axial force from the shaft side and without possibility of rotation relatively to it, the bearing plate containing self-setting segments and made with possibility to accept the axial force from the bearing plate side. The bearing plate support surface and support surface of the centre plate comprising support surfaces of the segments, contain hard facing, in particular, out of tungsten carbide with binding out of cobalt or tungsten carbide with binding out of nickel, at that the support surface of the bearing plate by the hard facing is in contact with the hard facing of the support surface of the centre plate created by the segments and creating friction pair. The support surface of the bearing plate and the support surface of the centre plate made by the segments contain hard facing with thickness 0.1-1.0 mm and over each. Segments contain the hydrodynamic slopes.

EFFECT: increased operation reliability of the thrust bearing, increased overhaul period and operation durability of the thrust bearing by means of creation of the thrust bearing structure operable at increased axial loads, rotation speeds of the shaft and work ambient temperature.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти.The invention relates to mechanical engineering and can be used, for example, in installations of submersible electric centrifugal pumps for oil production.

Известно устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя, содержащее закрепленную на валу пяту, выполненную в виде стального корпуса, имеющего керамическую или твердосплавную вставку, и жестко закрепленный в корпусе гидрозащиты подпятник, выполненный в виде керамического или твердосплавного кольца (см. патент РФ №46056, MПК⁷ F04D 13/00, опубл. 10.06.2005 г.).A device is known for hydraulic protection of a submersible electric motor, comprising a heel fixed to the shaft, made in the form of a steel body having a ceramic or carbide insert, and a thrust bearing made in the form of a ceramic or carbide ring rigidly fixed in the hydraulic protection case (see RF patent No. 46056, MPK ⁷ F04D 13/00, published on June 10, 2005).

В такой конструкции допускаемая удельная нагрузка на антифрикционные вставки, изготовленные из керамики или из твердосплавных материалов, имеющих повышенную твердость по сравнению с металлическими, пластмассовыми и композиционными материалами, позволяет использовать эти вставки в конструкциях упорного подшипника повышенной грузоподъемности для гидравлических защит погружного электродвигателя.In this design, the permissible specific load on antifriction inserts made of ceramics or from carbide materials having increased hardness compared to metal, plastic and composite materials allows these inserts to be used in designs of an axial bearing of increased load capacity for hydraulic protection of a submersible motor.

Недостатком данной конструкции является то, что вставка пяты, также кольца подпятника изготовлены из хрупких материалов - керамики или твердого сплава. В настоящее время наиболее часто для таких условий работы применяются вставки и кольца из керамики или из твердых сплавов карбида вольфрама со связкой из кобальта типа ВК8 или карбида вольфрама со связкой из никеля типа CH8. Эти материалы являются дорогостоящими, что приводит к удорожанию упорного подшипника. В то же время детали из этих материалов хрупкие, это предъявляет повышенные требования бережного отношения к ним при сборке узла, транспортировке, эксплуатации, ремонтных работах. Особые требования предъявляются к конструкции изделий из этих материалов при повышенных нагрузках на них. Детали из этих материалов не должны иметь концентраторов напряжений, резких переходов с одной толщины на другую, должны иметь равномерную нагрузку по всей поверхности трения. Каналы для охлаждения внутри и на опорных поверхностях пяты и подпятника из этих материалов создают концентраторы напряжения. Отсутствие охлаждения приводит к перегреву и разрушению опор, перегреву масла, например, погружного электродвигателя и ухудшению электроизоляционных свойств масла, к отказу электродвигателя. Изделия из этих материалов разрушаются при вибрационных нагрузках. Это приводит к снижению надежности упорного подшипника, в конечном счете всей установки, в которую он установлен, приводит к необходимости частого ремонта установки для замены антифрикционных вставок и колец упорного подшипника, к снижению межремонтного периода упорного подшипника, установки, может привести к разрушению установки, в которую он установлен.The disadvantage of this design is that the heel insert, also the thrust rings are made of brittle materials - ceramics or hard alloy. Currently, inserts and rings made of ceramics or hard alloys of tungsten carbide with a binder of cobalt type VK8 or tungsten carbide with a binder of nickel type CH8 are most often used for such working conditions. These materials are expensive, which leads to a rise in the cost of the thrust bearing. At the same time, the parts made of these materials are fragile, which makes it more demanding to take care of them during assembly, transportation, operation, and repair work. Particular requirements are imposed on the design of products made of these materials with increased loads on them. Parts from these materials should not have stress concentrators, abrupt transitions from one thickness to another, and should have a uniform load over the entire friction surface. Channels for cooling inside and on the supporting surfaces of the heel and the heel of these materials create stress concentrators. The lack of cooling leads to overheating and destruction of the supports, overheating of the oil, for example, a submersible electric motor and deterioration of the electrical insulation properties of the oil, to a failure of the electric motor. Products made of these materials are destroyed by vibration loads. This leads to a decrease in the reliability of the thrust bearing, ultimately the entire installation in which it is installed, leads to the need for frequent repair of the installation to replace the antifriction inserts and rings of the thrust bearing, to reduce the overhaul period of the thrust bearing, the installation, can lead to the destruction of the installation, in which it is installed.

Известен упорный подшипник, содержащий пяту, установленную на валу с возможностью вращения совместно с валом и восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно него, подпятник, содержащий самоустанавливающиеся сегменты и выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты (см. патент РФ №2305212, МПК F16C 17/04, опубл. 27.08.2007 г.). В такой конструкции опорные поверхности самоустанавливающихся сегментов, контактирующиеся с опорной поверхностью пяты, образуя пару трения, содержат антифрикционное покрытие. В качестве антифрикционного покрытия используются пластмассовые покрытия, например, типа полиэфирэфиркэтон (РЕЕК), политетрафторэтилен (PTFE), композиционные материалы или другие пластмассовые материалы. Данное техническое решение широко используется в современном машиностроении, т.к. в процессе вращения пяты совместно с валом самоустанавливающиеся сегменты подпятника в зависимости от частоты вращения вала занимают оптимальные положения для передачи осевой нагрузки, создавая гидродинамическую (аэродинамическую) подъемную силу на пяту. Тем самым снижается износ трущихся поверхностей.Known thrust bearing containing a heel mounted on the shaft with the possibility of rotation together with the shaft and the perception of axial force from the side of the shaft and without the possibility of rotation relative to it, a thrust bearing containing self-aligning segments and made with the possibility of perception of axial force from the side of the heel (see RF patent No. 2305212, IPC F16C 17/04, published on August 27, 2007). In this design, the supporting surfaces of the self-aligning segments in contact with the supporting surface of the heel, forming a friction pair, contain an antifriction coating. As an antifriction coating, plastic coatings are used, for example, such as polyetherethercatone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), composite materials or other plastic materials. This technical solution is widely used in modern engineering, as during the rotation of the heel, together with the shaft, the self-aligning thrust bearing segments, depending on the shaft rotation frequency, occupy optimal positions for transmitting axial load, creating a hydrodynamic (aerodynamic) lifting force on the heel. This reduces the wear of rubbing surfaces.

Однако при повышении температуры в зоне трения, соответственно и пластмассовых покрытий самоустанавливающихся сегментов, падает несущая способность упорного подшипника, так как пластмассы теряют несущую способность с повышением температуры. С повышением частоты вращения вала, с повышением нагрузки на вал, соответственно на упорный подшипник, увеличивается выделение тепла и повышение температуры в зоне трения пяты с подпятником. При этом снижается надежность и долговечность упорного подшипника. Сегодня возникает значительная потребность в упорных подшипниках, работоспособных при высоких температурах окружающей среды, при высоких оборотах вала и высоких осевых нагрузках от вала на упорные подшипники. Особенно высока потребность в таких упорных подшипниках в нефтедобывающей, газодобывающей отраслях, в атомной энергетике.However, with increasing temperature in the friction zone, respectively, of the plastic coatings of the self-aligning segments, the bearing capacity of the thrust bearing decreases, since the plastics lose their bearing capacity with increasing temperature. With increasing shaft speed, with increasing load on the shaft, respectively, on the thrust bearing, heat generation and temperature increase in the friction zone of the heel with the thrust bearing increase. This reduces the reliability and durability of the thrust bearing. Today, there is a significant need for thrust bearings, operable at high ambient temperatures, at high shaft speeds and high axial loads from the shaft on thrust bearings. Particularly high demand for such persistent bearings in the oil, gas and nuclear industries.

Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы упорного подшипника, увеличение межремонтного периода и долговечности работы упорного подшипника, путем создания конструкции упорного подшипника работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.The technical task of the utility model is to increase the reliability of the thrust bearing, increase the turnaround time and the longevity of the thrust bearing by creating a design of the thrust bearing that is operable under increased axial loads, shaft rotation frequencies and ambient temperature.

Данная техническая задача решается тем, что упорный подшипник содержит пяту, установленный на валу с возможностью вращения совместно с валом и восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно него подпятник, содержащий самоустанавливающиеся сегменты и выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты, отличающийся тем, что опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника, состоящая из опорных поверхностей самоустанавливающихся сегментов, содержат твердосплавное покрытие, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля, при этом опорная поверхность пяты твердосплавным покрытием контактирует с твердосплавным покрытием опорной поверхности подпятника, образованной самоустанавливающимися сегментами, образуя пару трения.This technical problem is solved in that the thrust bearing contains a heel mounted on the shaft with the possibility of rotation together with the shaft and the perception of axial force from the shaft side and without the possibility of rotation relative to it, a thrust bearing, containing self-aligning segments and configured to perceive axial force from the side of the heel, characterized in that the supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing, consisting of the supporting surfaces of the self-aligning segments, contain a carbide coating, in particular of tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a binder of nickel, while the supporting surface of the heel with a carbide coating is in contact with the carbide coating of the supporting surface of the thrust, formed by self-aligning segments, forming a friction pair.

Опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника, образованная самоустанавливающимися сегментами, содержат твердосплавное покрытие толщиной 0,1 мм-1,0 мм и более каждая.The supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing formed by self-aligning segments contain a carbide coating with a thickness of 0.1 mm-1.0 mm or more each.

Кроме того, самоустанавливающиеся сегменты подпятника содержат гидродинамические уклоны 19.In addition, self-aligning segments of the thrust bearing contain hydrodynamic slopes 19.

На фиг. 1 представлен заявляемый упорный подшипник.In FIG. 1 presents the inventive thrust bearing.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез А-А фиг. 1, на котором более подробно показаны самоустанавливающиеся сегменты упорного подшипника.In FIG. 2 is a cross-sectional view AA of FIG. 1, which shows in more detail self-aligning segments of a thrust bearing.

На фиг. 3 представлен разрез Б-Б фиг. 2, на котором самоустанавливающиеся сегменты подпятника упорного подшипника содержат гидродинамические уклоны.In FIG. 3 shows a section BB of FIG. 2, wherein the self-aligning thrust bearing thrust segments comprise hydrodynamic slopes.

Упорный подшипник содержит пяту 1 и подпятник 2. Пята 1 установлена на валу 3 с возможностью вращения совместно с валом и восприятия осевой силы со стороны вала 3 и без возможности вращения относительно него. Для этого пята 1 может быть закреплена к валу 3 шпонкой 4 или шпонками. Для восприятия пятой 1 осевой силы со стороны вала 3 на валу установлено упорное кольцо 5, которое опирается на пяту 1. Для воспрепятствования перемещения пяты 1 вдоль вала 3 в другом направлении вала служит упорное кольцо 6. Подпятник 2 содержит самоустанавливающиеся сегменты 7. Пята 1 опирается на самоустанавливающиеся сегменты 7 подпятника 2. Самоустанавливающиеся сегменты 7 подпятника 2 воспринимают осевую силу со стороны пяты 1. Самоустанавливающиеся сегменты 7 опираются опорными элементами 8, позволяющими сегментам 7 самоустанавливаться на основании 9 подпятника 2. Для ограничения перемещения самоустанавливающихся сегментов 7 в ограниченных пределах и не выпадения их из осевой опоры при транспортировке служат ограничительные элементы 10, установленные неподвижно в основании 9 подпятника. Подпятник 2 опирается основанием 9 на корпус 11 устройства 12, куда установлен упорный подшипник. Подпятник 2 закреплен основанием 9 в корпус 11 устройства 12, в которое установлен упорный подшипник, с помощью штифтов 13. Опорная поверхность 14 пяты 1 и опорная поверхность 15 подпятника 2, состоящая из опорных поверхностей 16 самоустанавливающихся сегментов 7, содержат твердосплавные покрытия 17 и 18, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля. Опорная поверхность 14 пяты 1 твердосплавным покрытием 17 контактирует с твердосплавным покрытием 18 опорной поверхности 15 подпятника 2, образованной самоустанавливающимися сегментами 7, образуя пару трения. Применение того или иного карбида вольфрама со связкой из кобальта или того или иного карбида вольфрама со связкой из никеля определяется наличием компонентов для твердосплавного покрытия и необходимостью получения требуемых характеристик твердосплавного покрытия. Поверхности пар трения могут формироваться и из других твердых сплавов.The thrust bearing contains a heel 1 and a thrust bearing 2. The heel 1 is mounted on the shaft 3 with the possibility of rotation together with the shaft and the perception of axial force from the side of the shaft 3 and without the possibility of rotation relative to it. For this, the heel 1 can be fixed to the shaft 3 with a key 4 or keys. To perceive the fifth axial force from the shaft 3, a thrust ring 5 is mounted on the shaft, which rests on the heel 1. To prevent the heel 1 from moving along the shaft 3 in the other direction of the shaft, the thrust ring 6. The thrust bearing 2 contains self-aligning segments 7. The heel 1 rests on the self-aligning segments 7 of the thrust bearing 2. The self-aligning segments 7 of the thrust bearing 2 receive axial force from the heel 1. The self-aligning segments 7 are supported by supporting elements 8, which allow the segments 7 to self-align on and the base 9 of the thrust bearing 2. To limit the movement of the self-aligning segments 7 to a limited extent and not to fall out of the axial support during transportation, restrictive elements 10 are used which are stationary in the base 9 of the thrust bearing. The thrust bearing 2 is supported by the base 9 on the housing 11 of the device 12, where the thrust bearing is installed. The thrust bearing 2 is fixed by the base 9 to the housing 11 of the device 12, in which the thrust bearing is mounted, using pins 13. The bearing surface 14 of the heel 1 and the bearing surface 15 of the thrust bearing 2, consisting of the supporting surfaces 16 of the self-aligning segments 7, contain carbide coatings 17 and 18, in particular, tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a binder of nickel. The supporting surface 14 of the heel 1 of the carbide coating 17 is in contact with the carbide coating 18 of the supporting surface 15 of the thrust bearing 2 formed by the self-aligning segments 7, forming a friction pair. The use of a particular tungsten carbide with a binder of cobalt or a particular tungsten carbide with a binder of nickel is determined by the presence of components for carbide coating and the need to obtain the required characteristics of a carbide coating. The surfaces of friction pairs can also be formed from other hard alloys.

Опорная поверхность 14 пяты 1 и опорная поверхность 15 подпятника 2, образованная самоустанавливающимися сегментами 7, содержат твердосплавные покрытия 17 и 18 толщиной 0,1 мм-1,0 мм и более каждая. Толщина твердосплавного покрытия наносится на опорные поверхности в зависимости от условий эксплуатации упорного подшипника.The supporting surface 14 of the heel 1 and the supporting surface 15 of the thrust bearing 2, formed by self-aligning segments 7, contain carbide coatings 17 and 18 with a thickness of 0.1 mm-1.0 mm or more each. The thickness of the carbide coating is applied to the bearing surfaces, depending on the operating conditions of the thrust bearing.

Кроме того, самоустанавливающиеся сегменты 7 подпятника 2 содержат гидродинамические уклоны 19.In addition, the self-aligning segments 7 of the thrust bearing 2 contain hydrodynamic slopes 19.

В процессе работы упорного подшипника пята 1 передает осевую силу от вращающегося вала 3 на подпятник 2. Для восприятия пятой 1 осевой силы со стороны вала 3 служит упорное кольцо 5, которое опирается на пяту 1. Для воспрепятствования перемещения пяты 1 вдоль вала 3 в другом направлении вала служит упорное кольцо 6. Пята 1 закреплена к валу 3 шпонкой 4 или шпонками, которые предотвращают вращение пяты 1 относительно вала 3. Вал 3 вращается совместно с пятой 1 относительно неподвижного подпятника 2. При этом опорная поверхность 14 пяты 1 и опорная поверхность 15 подпятника 2, состоящая из опорных поверхностей 16 самоустанавливающихся сегментов 7, образуют пару трения. Осевая сила от самоустанавливающихся сегментов 7 передается посредством опорных элементов 8 основанию 9 подпятника 2. Опорные элементы 8 позволяют сегментам 7 самоустанавливаться на основании 9 подпятника, тем самым создавая благоприятные условия восприятия осевой силы. Подпятник 2 закреплен основанием 9 в корпус 11 устройства 12, в которое установлен упорный подшипник, с помощью штифтов 13. Основание 9 подпятника 2 передает осевое усилие корпусу 11 устройства 12, в которое установлен упорный подшипник. Опорная поверхность 14 пяты 1 и опорная поверхность 15 подпятника 2, состоящая из опорных поверхностей 16 самоустанавливающихся сегментов 7, содержат твердосплавные покрытия 17 и 18, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля. Опорная поверхность 14 пяты 1 твердосплавным покрытием 17 контактирует с твердосплавным покрытием 18 опорной поверхности 15 подпятника 2, образованной самоустанавливающимися сегментами 7, образуя пару трения.In the process of operation of the thrust bearing, the heel 1 transfers the axial force from the rotating shaft 3 to the thrust bearing 2. For the fifth axial force to be received from the shaft 3 side, the thrust ring 5 is used, which rests on the heel 1. To prevent the heel 1 from moving along the shaft 3 in the other direction the thrust ring 6 serves as a shaft. Heel 1 is fixed to the shaft 3 with a key 4 or keys that prevent the heel 1 from rotating relative to the shaft 3. The shaft 3 rotates together with the heel 1 relative to the fixed thrust bearing 2. In this case, the supporting surface 14 of the heel 1 and the supporting surface The bearing 15 of the thrust bearing 2, consisting of the supporting surfaces 16 of the self-aligning segments 7, form a friction pair. The axial force from the self-aligning segments 7 is transmitted through the supporting elements 8 to the base 9 of the thrust bearing 2. The supporting elements 8 allow the segments 7 to self-align on the base 9 of the thrust bearing, thereby creating favorable conditions for the perception of axial force. The thrust bearing 2 is fixed by the base 9 to the housing 11 of the device 12 into which the thrust bearing is installed using pins 13. The base 9 of the thrust bearing 2 transfers axial force to the housing 11 of the device 12 into which the thrust bearing is mounted. The bearing surface 14 of the heel 1 and the bearing surface 15 of the thrust bearing 2, consisting of the bearing surfaces 16 of the self-aligning segments 7, comprise carbide coatings 17 and 18, in particular of tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a binder of nickel. The supporting surface 14 of the heel 1 of the carbide coating 17 is in contact with the carbide coating 18 of the supporting surface 15 of the thrust bearing 2 formed by the self-aligning segments 7, forming a friction pair.

Твердосплавное покрытие на опорные поверхности может наноситься, например, методом газовоздушного сверхзвукового напыления. При этом обеспечивается повышенная адгезия слоя твердого материала к опорным поверхностям за счет диффузии расплавленного сплава в материал опорной поверхности, механического сцепления с неровностями опорной поверхности, химического соединения сплава с материалом опорной поверхности. После нанесения покрытия поверхности трения обрабатываются с шероховатостью, необходимой для поверхностей трения подшипников скольжения. Высокая твердость опорных поверхностей из твердосплавных покрытий увеличивает срок службы пары трения упорных подшипников, как пяты, так и подпятника, приводит к повышению надежности, снижению себестоимости упорного подшипника и к увеличению межремонтного периода эксплуатации упорного подшипника, соответственно и установки, в которую установлен упорный подшипник. Высокая температурная стойкость твердосплавного покрытия по сравнению с полимерными, композиционными, металлическими, например баббитовыми, покрытиями позволяет повысить надежность упорных подшипников особенно при работе их при высоких оборотах вала с большими осевыми нагрузками и при высоких температурах окружающей среды. Высокая теплопроводность твердосплавного покрытия способствует повышенному отводу тепла из зоны трения пар трения, что повышает надежность и долговечность работы упорного подшипника. Малая толщина твердосплавного покрытия по сравнению с вставками и кольцами из антифрикционных материалов, как карбид кремния и твердые сплавы, позволяет уменьшить стоимость упорного подшипника. Применение пяты и подпятника из надежных конструюшонных материалов, например из высокопрочных износокоррози-онностойких нержавеющих сталей, с твердосплавным покрытием опорной поверхности пяты и твердосплавным покрытием опорной поверхности подпятника, состоящей из опорных поверхностей самоустанавливающихся сегментов, позволяет повысить надежность работы упорного подшипника, увеличить межремонтный период и долговечность работы упорного подшипника, путем создания конструкции упорного подшипника работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.The carbide coating on the supporting surfaces can be applied, for example, by gas-air supersonic spraying. This provides increased adhesion of the layer of solid material to the supporting surfaces due to the diffusion of the molten alloy into the material of the supporting surface, mechanical adhesion to irregularities of the supporting surface, chemical bonding of the alloy with the material of the supporting surface. After coating, the friction surfaces are machined with the roughness required for the friction surfaces of the sliding bearings. The high hardness of the supporting surfaces of carbide coatings increases the service life of the friction pair of the thrust bearings, both the heel and the thrust bearing, leads to increased reliability, lower cost of the thrust bearing and to an increase in the overhaul period of the operation of the thrust bearing, respectively, and the installation in which the thrust bearing is installed. The high temperature resistance of the carbide coating in comparison with polymer, composite, metal, for example babbitt coatings, improves the reliability of thrust bearings, especially when operating at high shaft speeds with high axial loads and at high ambient temperatures. High thermal conductivity of the carbide coating contributes to increased heat removal from the friction zone of friction pairs, which increases the reliability and durability of the thrust bearing. The small thickness of the carbide coating compared to inserts and rings made of antifriction materials, such as silicon carbide and hard alloys, reduces the cost of a thrust bearing. The use of the heel and the heel of reliable structural materials, for example, of high-strength wear-resistant stainless steels, with a hard-alloy coating of the bearing surface of the heel and the hard-alloy coating of the bearing surface of the heel, consisting of the bearing surfaces of the self-aligning segments, improves the reliability of the thrust bearing, increases the overhaul period and durability operation of the thrust bearing by creating a design of the thrust bearing operable with increased O loads, shaft speeds and ambient operating environment.

Толщина твердосплавного покрытия выполняется исходя из условий работы упорного подшипника, в первую очередь она зависит от удельной осевой нагрузки на пяту, соответственно на подпятник, частоты вращения вала, соответственно пяты. В современном машиностроении востребованы упорные подшипники, способные работать при повышенных температурах окружающей среды, высоких осевых нагрузках и повышенных частотах вращения вала. Например, интенсификация добычи нефти и потребность добычи нефти из глубоких скважин, 4000 м и более, накладывают на упорный подшипник устройства для гидравлической защиты погружного электродвигателя все более повышенные требования по надежности и "грузоподъемности", т.е. требования по восприятию значительных осевых нагрузок при высоких температурах пластовой жидкости. Это особенно актуально для насосных установок с насосами без осевых опор компрессионной схемы исполнения насосов. Для относительно слабонагруженных упорных подшипников гидравлических защит погружных электродвигателей, например, для насосных установок с осевой опорой в секциях насосов частотой вращения вала до 3000 об/мин, толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях пар трения выполняется в пределах 0,1-0,2 мм. При частотах вращения вала до 6000 об/мин, толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях выполняется в пределах 0,2-0,4 мм. Для средненагруженных упорных подшипников гидравлических защит погружных электродвигателей, например, для насосных установок без осевых опор в секциях насосов, "плавающих" и "пакетных" схем расположения рабочих колес в насосах, с частотой вращения вала до 3000 об/мин, и глубиной расположения насоса до 3 км толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях выполняется в пределах 0,3-0,5 мм, частотой вращения вала до 6000 об/мин, толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях выполняется в пределах 0,4-0,6 мм, т.д. Для высоконагруженных упорных подшипников гидравлических защит погружных электродвигателей, например для насосных установок без осевой опоры в секциях насосов с "компрессионной" схемой сборки в зависимости от напора насосной установки, частоты вращения вала насоса, глубины добычи нефти толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях пар трения выполняется в пределах 0,4-1,0 мм и более.The thickness of the carbide coating is based on the operating conditions of the thrust bearing, first of all, it depends on the specific axial load on the heel, respectively on the thrust bearing, shaft rotation frequency, respectively, of the heel. In modern engineering, thrust bearings are in demand, capable of operating at elevated ambient temperatures, high axial loads and increased shaft speeds. For example, the intensification of oil production and the need for oil production from deep wells, 4,000 m or more, impose increasingly high demands on the reliability and "payload" on the thrust bearing of the device for hydraulic protection of a submersible electric motor, i.e. requirements for the perception of significant axial loads at high temperatures of the reservoir fluid. This is especially true for pumping units with pumps without axial bearings of the compression design of the pumps. For relatively lightly loaded thrust bearings of hydraulic shields of submersible electric motors, for example, for pump units with axial support in pump sections with shaft speeds of up to 3000 rpm, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces of friction pairs is performed in the range 0.1-0.2 mm. At shaft rotation frequencies up to 6000 rpm, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces is within 0.2-0.4 mm. For medium-loaded thrust bearings of hydraulic shields of submersible electric motors, for example, for pumping units without axial bearings in sections of pumps, "floating" and "batch" arrangement of impellers in pumps, with a shaft speed of up to 3000 rpm, and a depth of the pump to 3 km the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces is within 0.3-0.5 mm, the shaft rotation speed is up to 6000 rpm, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces is within 0.4-0.6 mm, etc. . For heavily loaded thrust bearings of hydraulic protection of submersible electric motors, for example, for pump units without axial support in sections of pumps with a "compression" assembly scheme, depending on the pump head pressure, pump shaft speed, oil production depth, the carbide coating thickness on the supporting surfaces of friction pairs is performed in within 0.4-1.0 mm or more.

Гидродинамические уклоны 19 самоустанавливающихся сегментов 7 подпятника 2 при работе упорного подшипника способствуют вращающейся пяте увлекать масло в клиновой зазор 20 между подпятником 2 и пятой 1. Гидродинамические уклоны 19 при меньших частотах вращения вала 3, соответственно и пяты 2, позволяют создание условий, при которых между поверхностями трения появляется устойчивый слой рабочего вещества, например масла, воды или газа, полностью разделяющий их. Тем самым способствуют созданию и повышению гидродинамической подъемной силы на пяту 2, снижению износа поверхностей трения упорного подшипника, повышению надежности, долговечности упорного подшипника, увеличению межремонтного периода упорного подшипника, соответственно и установки 12, в которую установлен упорный подшипник.The hydrodynamic slopes 19 of the self-aligning segments 7 of the thrust bearing 2 during the operation of the thrust bearing help the rotary heel to entrain the oil into the wedge gap 20 between the thrust bearing 2 and the fifth 1. The hydrodynamic slopes 19 with lower rotational speeds of the shaft 3, respectively, of the heel 2, allow creating conditions under the friction surfaces a stable layer of a working substance, for example oil, water or gas, completely separating them. This contributes to the creation and increase of hydrodynamic lifting force on the heel 2, reduce wear of the friction surfaces of the thrust bearing, increase the reliability, durability of the thrust bearing, increase the overhaul period of the thrust bearing, respectively, and the installation 12 in which the thrust bearing is installed.

Выполнение таким образом упорного подшипника позволяет повысить надежность работы упорного подшипника, увеличить межремонтный период и долговечность работы упорного подшипника, путем создания конструкции упорного подшипника, работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.The implementation of the thrust bearing in this way improves the reliability of the thrust bearing, increases the overhaul period and the longevity of the thrust bearing by creating the design of the thrust bearing, which is operable under increased axial loads, shaft rotation frequencies and ambient temperature.

Claims

1. A thrust bearing containing a heel mounted on the shaft with the possibility of rotation together with the shaft and the perception of axial force from the shaft side and without the possibility of rotation relative to it, a thrust bearing containing self-aligning segments and made with the possibility of perception of axial force from the side of the heel, characterized in that the supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing, consisting of the supporting surfaces of the self-aligning segments, contain a carbide coating, in particular of tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a nickel binder, wherein the support surface contacts the heel carbide coated carbide coated thrust bearing surface formed by the tilting pad, forming a pair of friction.

2. The thrust bearing according to claim 1, characterized in that the bearing surface of the heel and the bearing surface of the thrust bearing formed by self-aligning segments contain a carbide coating with a thickness of 0.1-1.0 mm or more each.

3. The thrust bearing according to claim 1, characterized in that the self-aligning segments of the thrust bearing contain hydrodynamic slopes.