RU2573150C1 - Support assembly - Google Patents
Support assembly Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573150C1 RU2573150C1 RU2014138959/11A RU2014138959A RU2573150C1 RU 2573150 C1 RU2573150 C1 RU 2573150C1 RU 2014138959/11 A RU2014138959/11 A RU 2014138959/11A RU 2014138959 A RU2014138959 A RU 2014138959A RU 2573150 C1 RU2573150 C1 RU 2573150C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- thrust bearing
- support
- heel
- bearing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
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.
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 51 F16C 17/04, опубл. 27.08.2007 г. ). В такой конструкции опорные поверхности самоустанавливающихся сегментов, контактирующие с опорной поверхностью пяты, образуя пару трения, содержат антифрикционное покрытие. В качестве антифрикционного покрытия используются пластмассовые покрытия, например, типа полиэфирэфиркэтон (PEEK), 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 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 (see RF Patent No. 2305212, IPC 51 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, долговечность, несущая способность упорного подшипника. В то же время ограничение во многих случаях площади трущихся поверхностей в связи с ограничением наружного диаметра упорного подшипника, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи пластовой жидкости, ограничивает грузоподъемность упорного подшипника, не позволяя достигнуть необходимых значений. Это ограничивает применение их при высоких температурах и осевых нагрузках.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, durability, bearing capacity of the thrust bearing. At the same time, the limitation in many cases of the area of rubbing surfaces due to the limitation of the outer diameter of the thrust bearing, for example, in the installation of submersible electric centrifugal pumps for producing reservoir fluid, limits the load capacity of the thrust bearing, preventing it from reaching the required values. This limits their use at high temperatures and axial loads.
Сегодня возникает значительная потребность в упорных подшипниках (опорных узлах), работоспособных при высоких температурах окружающей среды, при высоких оборотах вала и высоких осевых нагрузках от вала на упорные подшипники в условиях ограничения наружных диаметров упорных подшипников. Особенно высока потребность в таких упорных подшипниках (опорных узлах) в нефтедобывающей, газодобывающей отраслях, в атомной энергетике.Today, there is a significant need for thrust bearings (bearing units), operable at high ambient temperatures, at high shaft speeds and high axial loads from the shaft on thrust bearings under conditions of limited outer diameters of thrust bearings. The demand for such thrust bearings (bearing units) in the oil, gas, and nuclear industries is especially high.
Известен опорный узел, содержащий корпус, вал, расположенные вдоль оси вала, по крайней мере, две опорные секции, каждая из которых содержит упругий элемент, закрепленный на валу упор и закрепленную в корпусе опору, в кольцевой проточке, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора, закреплено антифрикционное кольцо, контактирующее с антифрикционным кольцом, установленным в держателе, который закреплен на основании опоры (см. Патент РФ №2235226, МПК 7 F16C 17/26, опубл. 10.04.2004 г.).Known support node comprising a housing, a shaft located along the axis of the shaft, at least two supporting sections, each of which contains an elastic element mounted on the shaft stop and fixed in the housing support, in an annular groove made on the inner end surface of the stop, the antifriction ring is fixed in contact with the antifriction ring installed in the holder, which is fixed on the base of the support (see RF Patent No. 2235226, IPC 7 F16C 17/26, published on 04/10/2004).
В такой конструкции допускаемая удельная нагрузка на антифрикционные вставки, изготовленные из керамики или из твердосплавных материалов, имеющих повышенную твердость и теплостойкость по сравнению с металлическими, пластмассовыми и композиционными материалами, позволяет использовать эти вставки в конструкциях опорного узла (упорного подшипника) повышенной грузоподъемности.In such a design, the permissible specific load on antifriction inserts made of ceramic or carbide materials having increased hardness and heat resistance compared to metal, plastic and composite materials allows these inserts to be used in the designs of the support unit (thrust bearing) of increased carrying capacity.
Недостатком данной конструкции является то, что антифрикционные кольца 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 СН8. Эти материалы являются дорогостоящими, что приводит 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. Недостаточная надежность крепления антифрикционных вставок и колец снижает грузоподъемность опорного узла. Все это приводит к снижению надежности опорного узла, в конечном счете всей установки, в которую он установлен, приводить к необходимости частого ремонта опорного узла для замены антифрикционных вставок и колец узла, к снижению межремонтного периода опорного узла, установки в целом, может привести к разрушению установки, в которую он установлен.The disadvantage of this design is that the antifriction 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 increases 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. Insufficient reliability of fastening anti-friction inserts and rings reduces the load capacity of the support node. All this leads to a decrease in the reliability of the support unit, ultimately the entire installation in which it is installed, leading to the need for frequent repair of the support unit to replace anti-friction inserts and rings of the unit, to a decrease in the overhaul period of the support unit, the installation as a whole, can lead to destruction installation in which it is installed.
Технической задачей изобретения является увеличение грузоподъемности опорного узла, повышение надежности его работы, увеличение межремонтного периода и долговечности его работы путем создания конструкции опорного узла работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.An object of the invention is to increase the load-bearing capacity of the support unit, increase the reliability of its operation, increase the overhaul period and the durability of its work by creating the design of the support unit operable under increased axial loads, shaft rotation frequencies and ambient temperature.
Данная техническая задача решается тем, что опорный узел, содержащий основание со встроенным радиальным подшипником, корпус, головку со встроенным радиальным подшипником, последовательно соединенные между собой, вал, расположенные вдоль оси вала опорные секции, каждая из которых содержит пяту, установленную на валу насоса с возможностью вращения совместно с валом и восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно него, подпятник, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты и закрепленный в корпусе. Опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника 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, образуя пару трения.This technical problem is solved in that the support assembly comprising a base with an integrated radial bearing, a housing, a head with an integrated radial bearing, connected in series with each other, a shaft, supporting sections located along the axis of the shaft, each of which contains a heel mounted on the pump 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 made with the possibility of perception of axial force from the heel side and fixed ny in the case. The supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing 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 contacts the carbide coating of the bearing surface of the thrust bearing, forming a friction pair.
Кроме того, опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника содержат твердосплавное покрытие толщиной 0.1 мм - 1.0 мм и более каждая.In addition, the supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing contain a carbide coating with a thickness of 0.1 mm - 1.0 mm or more each.
Кроме того, пята опорной секции со стороны, противоположной опорной поверхности с твердосплавным покрытием, содержит закрепленный на валу упругий элемент.In addition, the fifth of the support section from the side opposite to the carbide-coated support surface comprises an elastic element fixed to the shaft.
Кроме того, подпятник выполнен в виде корпуса с опорной поверхностью, контактирующей с пятой образованием пары трения, и сопрягаемого с ним основания, при этом поверхность корпуса подпятника, противоположная опорной поверхности, выполнена сферической или торовой, а сопрягаемая с ней поверхность основания подпятника выполнена конической или сферической.In addition, the thrust bearing is made in the form of a housing with a supporting surface in contact with the fifth formation of a friction pair and a base mating with it, while the surface of the thrust bearing body opposite to the supporting surface is spherical or torus, and the mating surface of the thrust bearing base is made conical or spherical.
Кроме того, подпятник на контактируемой с пятой поверхности имеет радиальные каналы.In addition, the thrust bearing on the fifth-contacting surface has radial channels.
Кроме того, опорная поверхность подпятника может содержать гидродинамические уклоны.In addition, the bearing surface of the thrust bearing may contain hydrodynamic slopes.
Кроме того, опорная поверхность подпятника может быть выполнена на упругих площадках-секторах.In addition, the supporting surface of the thrust bearing can be performed on elastic platforms-sectors.
Кроме того, опорная поверхность подпятника, выполненная на упругих площадках-секторах, может содержать гидродинамические уклоны.In addition, the supporting surface of the thrust bearing, made on elastic platforms, sectors, may contain hydrodynamic slopes.
Кроме того, опорный узел содержит упор-ограничитель, содержащий опорную секцию, расположенную на валу симметрично остальным опорным секциям, имеющую пяту и подпятник, при этом подпятник закреплен в корпусе, пята, закрепленная на валу без возможности вращения относительно него, установлена с возможностью передачи усилия от вала на подпятник, опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника 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 может контактировать с твердосплавным покрытием опорной поверхности подпятника, образуя пару трения.In addition, the support node contains a stop-stop containing a support section located symmetrically on the shaft of the remaining support sections, having a heel and a thrust bearing, the thrust bearing being fixed in the housing, a heel mounted on the shaft without rotation relative to it, is mounted with the possibility of transmitting force from the shaft to the thrust bearing, the supporting surface of the heel and the bearing surface of the thrust bearing contain a carbide coating, in particular, of tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a binder of nickel, at Ohm, the supporting surface of the heel with a carbide coating can contact the carbide coating of the bearing surface of the thrust bearing, forming a friction pair.
Кроме того, между основанием и головкой опорного узла перед опорными секциями установлены один или более теплообменников, содержащих корпус, закрепленный в корпусе опорного узла, и циркуляционный насос в виде шнека, закрепленный на валу.In addition, between the base and the head of the support unit, in front of the support sections, one or more heat exchangers are installed comprising a housing fixed in the housing of the support assembly and a circulation pump in the form of a screw mounted on the shaft.
На фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого опорного узла.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the claimed support node.
На фиг. 2 представлен выносной элемент I фиг. 1, на котором в увеличенном масштабе показана опорная секция опорного узла.In FIG. 2 shows the extension element I of FIG. 1, in which an enlarged scale shows a support section of a support assembly.
На фиг. 3 представлен разрез А-А фиг. 2, на котором показаны гидродинамические уклоны опорной поверхности подпятника.In FIG. 3 shows a section aa of FIG. 2, which shows the hydrodynamic slopes of the bearing surface of the thrust bearing.
На фиг. 4 представлен выносной элемент I фиг. 1, на котором показана опорная секция где опорная поверхность подпятника выполнена на упругих площадках-секторах.In FIG. 4 shows the extension element I of FIG. 1, which shows the support section where the bearing surface of the thrust bearing is made on elastic platforms-sectors.
На фиг. 5 представлен разрез Б-Б I фиг. 1, на котором опорная поверхность упругих площадок-секторов подпятника содержат гидродинамические уклоны.In FIG. 5 shows a section bB I of FIG. 1, on which the supporting surface of the elastic platforms, sectors of the thrust bearing contain hydrodynamic slopes.
На фиг. 6 представлен продольный разрез заявляемого опорного узла, на котором между основанием и головкой перед опорными секциями установлены один или более теплообменников.In FIG. 6 is a longitudinal section through the inventive support assembly, on which one or more heat exchangers are mounted between the base and the head in front of the support sections.
Опорный узел содержит основание 1 со встроенным радиальным подшипником 2, корпус 3, головку 4 со встроенным радиальным подшипником 5, последовательно соединенные между собой, вал 6, расположенные вдоль оси вала опорные секции 7, каждая из которых содержит пяту 8, установленную на валу 6 насоса с возможностью вращения совместно с валом 6 и восприятия осевой силы со стороны вала 6 и без возможности вращения относительно него, подпятник 9, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты 8 и закрепленный в корпусе 3. Опорная поверхность 10 пяты 8 и опорная поверхность 11 подпятника 9 содержат твердосплавные покрытия 12 и 13 соответственно, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля, при этом опорная поверхность 10 пяты 8 твердосплавным покрытием 12 контактирует с твердосплавным покрытием 13 опорной поверхности 11 подпятника 9, образуя пару трения. Поверхности пар трения могут формироваться и из покрытий других твердых сплавов.The support unit contains a
Основание 1, корпус 3 и головка 4 последовательно соединены между собой, например, посредством резьбы 14.The
Пята 8 установлена на валу 6 с возможностью вращения совместно с валом 6 и восприятия осевой силы со стороны вала 6 и без возможности вращения относительно него. Пята 8 может быть установлена на валу 6 с помощью шпонки 15 или шпонок. Для восприятия пятой 8 осевой силы (нагрузки) со стороны вала 6 на валу может быть установлено упорное кольцо 16 с упором 17. Для обеспечения одновременного контакта всех опорных поверхностей 10 пят 8 и с опорными поверхностями 11 подпятников 9 при работе и компенсации зазоров, возникающих при изготовлении вследствие технологических допусков, пята 8 опорной секции 7 со стороны противоположной опорной поверхности 10 с твердосплавным покрытием 12 содержит закрепленный на валу 6 упругий элемент 18. В качестве упругого элемента могут применяться, например, тарельчатые пружины.The
Подпятник 9 выполнен с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты 8 и закреплен в корпусе 3 с помощью втулок распорных 19. В распорных втулках 19 для удобства сборки опорного узла могут быть выполнены отверстия 20. Для компенсации зазоров могут быть применены шайбы 21. Шайбы 21 могут служить для обеспечения необходимого вылета или заглубления торцов вала 6 от посадочных поверхностей 22 и 23 основания 1 и головки 4.The thrust bearing 9 is made with the possibility of receiving axial force from the
Кроме того, подпятник 9 выполнен в виде корпуса 24 с опорной поверхностью 11, контактирующей с пятой 8 образованием пары трения, и сопрягаемого с ним основания 25. Поверхность 26 корпуса 24 подпятника 9, противоположная опорной поверхности 11, выполнена сферической или торовой, а сопрягаемая с ней поверхность 27 основания 25 подпятника 9 выполнена конической или сферической. Выполнение поверхности 26 корпуса 24 сферической или торовой, а поверхности 27 основания 25 подпятника конической или сферической зависит от технологических возможностей изготовителя и материалов сопрягаемых пар. Два штифта 28 одним концом закреплены на основании 25 подпятника 9 со стороны конической (или сферической) поверхности 27, а другим своим концом размещены в отверстиях, выполненных на торце корпуса 24 подпятника 9, содержащего сферическую (или торовую) поверхность 26, фиксируя его от вращения относительно продольной оси основания 25. Основание 25 подпятника 9 закреплено в корпусе 3 опорного узла с помощью втулок распорных 19. На контактируемой с пятой 8 поверхности 11 подпятника 9 выполнены радиальные каналы 29.In addition, the thrust bearing 9 is made in the form of a
Кроме того, опорная поверхность 11 подпятника 9 может содержать гидродинамические уклоны 30.In addition, the
Кроме того, опорная поверхность 11 подпятника 9 опорной секции 7 может быть выполнена на упругих площадках-секторах 31. Упругие площадки-сектора 31 могут быть расположены на ребрах 32, соединяющих эти площадки 31 с основанием 33 корпуса 24 подпятника 9, размещенным на основании 25 пяты 9. Опорная поверхность 11 площадок-секторов 31 подпятника 9 может содержать гидродинамические уклоны 30.In addition, the
Кроме того, опорный узел содержит упор-ограничитель 34, содержащий опорную секцию 35, имеющую пяту 36 и подпятник 37 и расположенную на валу 6 симметрично остальным опорным секциям 7, при этом подпятник 37 закреплен в корпусе 3 опорного узла с помощью втулок распорных 38. Пята 36 закреплена на валу 6 без возможности вращения относительно вала 6 и установлена с возможностью передачи усилия от вала 6 на подпятник 37. Пята 36 может быть установлена на валу 6 с помощью шпонки 15 или шпонок. Для восприятия пятой 36 осевой силы со стороны вала 6 на валу 6 может быть установлено упорное кольцо 39 с упором 40. Упорное кольцо 39 предназначено для восприятия осевой нагрузки (при возникновении таковой) от вала 6, противоположной осевым нагрузкам, воспринимаемым упорными кольцами 16 от вала 6. Опорная поверхность 10 пяты 36 твердосплавным покрытием 12 может контактировать с твердосплавным покрытием 13 опорной поверхности 11 подпятника 37, образуя пару трения. Упорное кольцо 39 ограничивает перемещение вала 6 в одном направлении вдоль оси опорного узла, а упорное кольцо 16 ограничивает перемещение вала 6 в другом направлении вдоль оси опорного узла. Таким образом, все опорные секции 7, 35 и вал 6 находятся зафиксированными в корпусе 3 опорного узла в продольном направлении, при этом основную продольную (осевую) нагрузку воспринимают опорные секции 7. При возникновении обратной осевой нагрузки эту нагрузку воспринимает опорная секция 35. Для циркуляции рабочей жидкости (масла) вокруг опорных секций с целью их охлаждения между упором 40 и пятой 36 может быть установлен переходник 41 с отверстиями 42 и выполнены отверстия 43 в пяте 36. Для обеспечения необходимого зазора или натяга между пятой и подпятником опорной секции 35 может быть установлено одно или несколько компенсационных колец 44.In addition, the support node includes a stop-
Кроме того, между основанием 1 и головкой 4 перед опорными секциями 7, 35 могут быть установлены один или более теплообменников 45, содержащие корпус 46, закрепленный в корпусе 3 опорного узла, и циркуляционный насос 47 в виде шнека, закрепленный на валу 6. Циркуляционный насос 47 в виде шнека скреплен посредством шпонки 48 с валом 6 с возможностью вращения относительно корпуса 46 теплообменника 45. Теплообменник может содержать фильтр 49 для очистки рабочей жидкости (масла). На наружной поверхности корпуса 46 теплообменника 45 для передачи тепла на корпус 3 опорного узла и далее в окружающую среду выполнены каналы 50. По этим каналам 50 рабочая жидкость проходит между корпусом 46 теплообменника 45 и корпусом 3 опорного узла.In addition, one or
В процессе работы опорного узла осевая нагрузка от вала 6 равномерно распределяется между всеми опорные секциями 7. Упорные кольца 16, установленные на валу 6, передают осевое усилие от вала 6 посредством упоров 17 пятам 8 опорных секций 7. Передача осевых усилий от упоров 17 пятам 8 может проводиться посредством упругих элементов 18. Упругие элементы 18 способствуют одновременному контакту в опорных секциях 7 всех опорных поверхностей 10 пят 8 и с опорными поверхностями 11 подпятников 9 при работе и компенсируют зазоры в опорных секциях 7, возникающих при изготовлении опорного узла вследствие технологических допусков на размеры деталей опорного узла. Пята 8, закрепленная на валу 6, например, с помощью шпонки 15 или шпонок, в процессе работы вращается совместно с валом и передает осевое усилие подпятнику 9. Подпятник 9 выполнен с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты 8 и закреплен в корпусе 3 с помощью втулок распорных 19. Для компенсации зазоров между подпятником 9 и втулок распорных 19 могут быть применены шайбы 21. Подпятник 9 посредством втулок распорных 19 и шайбы 21 передает осевое усилие корпусу 3. Радиальные нагрузки от вала 6 воспринимают радиальные подшипники 2 и 5, встроенные в основание 1 и головку 4 опорного узла. Опорная поверхность 10 пяты 8 и опорная поверхность 11 подпятника 9 содержат твердосплавные покрытия 12 и 13 соответственно, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля. Опорная поверхность 10 пяты 8 твердосплавным покрытием 12 контактирует с твердосплавным покрытием 13 опорной поверхности 11 подпятника 9, образуя пару трения.In the process of operation of the support unit, the axial load from the
Твердосплавное покрытие на опорные поверхности может наноситься, например, методом сверхзвукового газовоздушного 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. Это позволяет получить особо прочные твердосплавные покрытия. После нанесения покрытия поверхности трения обрабатываются с шероховатостью, необходимой для поверхностей трения подшипников скольжения. Высокая твердость опорных поверхностей из твердосплавных покрытий увеличивает срок службы пар трения опорного узла, как пяты, так и подпятника, приводит к увеличению грузоподъемности, повышению надежности, снижению себестоимости упорного подшипника и к увеличению межремонтного периода эксплуатации опорного узла, соответственно и установки, в которую установлен опорный узел. Высокая температурная стойкость твердосплавного покрытия по сравнению полимерными, композиционными, металлическими, например, баббитовыми, покрытиями позволяет повысить грузоподъемность и надежность опорного узла особенно при работе их при высоких оборотах вала 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 опорного узла. Малая толщина твердосплавного покрытия по сравнению с вставками и кольцами из антифрикционных материалов, как карбид кремния и твердые сплавы, позволяет уменьшить стоимость, габариты опорного узла.The carbide coating on the supporting surfaces can be applied, for example, by supersonic gas-air 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. This makes it possible to obtain particularly durable carbide coatings. After coating, the friction surfaces are machined with the roughness required for the friction surfaces of the sliding bearings. The high hardness of the support surfaces of carbide coatings increases the service life of the friction pairs of the support unit, both the heel and the thrust bearing, leads to an increase in load capacity, increased reliability, lower cost of the thrust bearing and to an increase in the overhaul period of operation of the support unit, respectively, of the installation in which it is installed reference node. The high temperature resistance of the carbide coating compared to polymer, composite, metal, for example, babbitt coatings, allows to increase the load-bearing capacity and reliability of the support unit, especially when working at high shaft speeds and at high ambient temperatures. The 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 support unit. The small thickness of the carbide coating compared to inserts and rings made of antifriction materials, such as silicon carbide and hard alloys, allows to reduce the cost and dimensions of the support unit.
Метод сверхзвукового газовоздушного напыления позволяет получить нано структурированные покрытия при использовании нанопорошка исходного материала, например, карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля. Это позволяет получить сверхпрочные твердосплавные покрытия для пар трения опорного узла.The supersonic gas-air spraying method makes it possible to obtain nanostructured coatings using nanopowder of the starting material, for example, tungsten carbide with a cobalt binder or tungsten carbide with a binder of nickel. This makes it possible to obtain heavy-duty carbide coatings for friction pairs of the support assembly.
Толщина твердосплавного покрытия выполняется исходя из применяемого метода нанесения покрытия, из условий работы опорного узла, в первую очередь она зависит от удельной осевой нагрузки на пяту, соответственно и на подпятник, частоты вращения вала, соответственно пяты, и необходимого срока службы опорного узла. В современном машиностроении востребованы упорные подшипники (опорные узлы) способные работать при повышенных температурах окружающей среды, высоких осевых нагрузках и повышенных частотах вращения вала. Например, сегодня возникает необходимость добычи пластовой жидкости с высокой температурой, более 170°С, из глубоких и сверхглубоких скважин, 4000 м и более. Это накладывают на упорные подшипники (опорные секции) устройств для гидравлической защиты погружного электродвигателя все более повышенные требования по надежности и грузоподъемности, 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. При необходимости работы при высоких температурах окружающей среды относительно непродолжительное время (1-2 года) и с частотой вращения вала до 3000 об/мин, толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях пар трения выполняется в пределах 0,1-0,3 мм. При частотах вращения вала до 6000 об/мин при средней продолжительности работы опорного узла толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях выполняется в пределах 0,2-0,5 мм. Для высоконагруженных опорных секций опорных узлов с высокой частой вращения вала, более 6000 об/мин, например, для гидравлических защит погружных электродвигателей, работающих в высокотемпературной среде, 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, продолжительного срока службы (5 лет и более) опорного узла толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях пар трения выполняется в пределах 0,4-1,0 мм и более. 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 thickness of the carbide coating is based on the applied coating method, from the operating conditions of the support unit, first of all, it depends on the specific axial load on the heel, respectively, on the thrust bearing, shaft rotation speed, respectively, of the heel, and the required service life of the support unit. In modern engineering, thrust bearings (support units) are capable of operating at elevated ambient temperatures, high axial loads and increased shaft speeds. For example, today there is a need to produce reservoir fluid with a high temperature, more than 170 ° C, from deep and ultra-deep wells, 4000 m or more. This imposes on the thrust bearings (support sections) of devices for hydraulic protection of a submersible electric motor more and more increased requirements for reliability and carrying capacity, 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. If it is necessary to work at high ambient temperatures for a relatively short time (1-2 years) and with a shaft rotation speed of up to 3000 rpm, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces of friction pairs is performed in the range 0.1-0.3 mm. At shaft rotation frequencies of up to 6000 rpm with an average duration of operation of the support unit, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces is within 0.2-0.5 mm. For highly loaded bearing sections of bearing blocks with a high frequent rotation of the shaft, more than 6000 rpm, for example, for hydraulic shields of submersible electric motors operating in a high-temperature environment, for pump units without axial support in pump sections with a compression assembly scheme depending on the pressure of the pump unit , the rotation frequency of the pump shaft, the depth of oil production, the long service life (5 years or more) of the support unit, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces of friction pairs is within 0, 4-1.0 mm or more. 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.
Упругие элементы 18 пяты 8, закрепленные на валу 6 со стороны, противоположной опорной поверхности 10 с твердосплавным покрытием 12, позволяют одновременно во всех опорных секциях обеспечить равномерный контакт опорных поверхностей 10 пят 8 и с опорными поверхностями 11 подпятников 9 и компенсировать зазоры, возникающие при изготовлении опорного узла. Упругие элементы 18 позволяют подпятнику самоустанавливаться в процессе работы, способствуя прилеганию трущихся поверхностей 10 и 11 пяты 8 и подпятника 9. Тем самым создается благоприятные условия для долговечной работы опорного узла за счет равномерного распределения осевой нагрузки по поверхности пяты 8 и подпятника 9, что значительно снижает износ трущихся поверхностей 10 и 11, повышает надежность, долговечность опорного узла, повышает межремонтный период опорного узла.The
Выполнение подпятника 9 в виде корпуса 24 с опорной поверхностью 11, контактирующей с пятой 8 образованием пары трения, и сопрягаемого с ним основания 25, где поверхность 26 корпуса 24 подпятника 9, противоположная опорной поверхности 11, выполнена сферической или торовой, а сопрягаемая с ней поверхность 27 основания 25 подпятника 9 выполнена конической или сферической, при работе опорного узла позволяет за счет возможности смещения сферической (или торовой) поверхности 26 корпуса 24 подпятника 9 относительно конической (или сферической) поверхности 27 основания 25 подпятника 9 обеспечить параллельность трущихся поверхностей 10 и 11 пяты 8 и подпятника 9. Это приводит к полному контакту этих сопрягающихся поверхностей 10 и 11 трения, приводит к увеличению поверхности трения, приводит к снижению удельного давления на единицу площади и уменьшению вибраций. Это позволит повысить грузоподъемность, надежность, увеличит межремонтный период и долговечность опорного узла.The execution of the
Радиальные канавки 29 на контактируемой с пятой поверхности подпятника 9, постоянно пропуская через себя циркулирующее масло, способствуют эффективному охлаждению трущихся поверхностей пяты 8 и подпятника 9, тем самым повышают надежность и долговечность работы опорного узла.The
Гидродинамические уклоны 30 на опорной поверхности 11 подпятника 9 при работе опорного узла способствуют вращающейся пяте 8 увлекать рабочую жидкость в клиновой зазор 51 между трущимися поверхностями 10 и 11 пяты 8 и подпятника 9. Гидродинамические уклоны 30 при меньших частотах вращения вала 6, соответственно и пяты 8, позволяют созданию условий, при котором между поверхностями трения 10 и 11 появляется устойчивый слой рабочей жидкости, например, масла, воды или газа, полностью разделяющий их. Тем самым способствуют созданию и повышению гидродинамической подъемной силы на пяту 8, снижению износа поверхностей трения 10 и 11 опорного узла, повышению грузоподъемности, надежности, долговечности опорного узла, увеличению межремонтного периода опорного узла, соответственно и установки в которую установлен опорный узел.The hydrodynamic slopes 30 on the supporting
Выполнение опорной поверхности 12 подпятника 9 на упругих площадках-секторах 31 позволяет каждой отдельно взятой площадке 31 за счет своей упругости, также за счет упругости ребра 32, на котором он установлен, в зависимости от нагрузки на опорную секцию 7 и в зависимости от частоты вращения вала 6, соответственно и пяты 8, занимать соответствующее положение вследствие гидродинамических сил, возникающих при вращении пяты 8, и создать подъемную силу на пяту 8. Тем самым исключается прямой контакт трущихся поверхностей 10 и 11, резко снижается трение и выделение тепла в паре трения опорной секции 7, повышается надежность и долговечность работы узла опоры. Также развитая поверхность подпятника 9 за счет площадок-секторов 31, ребер 32 и основания 33 корпуса 24 подпятника 9 способствует усиленному теплоотводу от поверхностей трения 10 и 12, тем самым увеличивая надежность и долговечность опорного узла.The implementation of the supporting
Гидродинамические уклоны 30 опорной поверхности подпятника при работе опорного узла способствуют вращающейся пяте 8 увлекать масло в клиновой зазор 51 между трущимися поверхностями 10 и 11 пяты 8 и подпятника 9. Гидродинамические уклоны 30 при меньших частотах вращения вала 6, соответственно и пяты 8, позволяют созданию условий, при котором между поверхностями трения 10 и 11 появляется устойчивый слой рабочей жидкости (масла), полностью разделяющей их. Тем самым гидродинамические уклоны способствуют созданию и повышению гидродинамической подъемной силы на пяту 8, способствуют увеличению грузоподъемности, снижению износа пар трения опорной секции, повышению надежности, долговечности опорного узла, увеличению межремонтного периода опорного узла.The
Размещение между основанием 1 и головкой 2 перед опорными секциями 7 и 35 одного или более теплообменников 45, содержащих корпус 46, закрепленный в корпусе 3 опорного узла, циркуляционный насос 47 в виде шнека, закрепленный на валу 3, обеспечивает при работе опорного узла интенсивный отвод тепла из зоны трения опорных поверхностей 10 и 11 за счет циркуляции масла вокруг корпуса 46 теплообменника 45. При этом циркуляционный насос 47 подает охлажденную рабочую жидкость (масло) в зону трения, тем самым охлаждает трущиеся поверхности 10 и 11. Корпус 46 теплообменника 45 отводит тепло к корпусу 3 опорного узла за счет циркуляции масла, корпус 3 опорного узла передает тепло окружающей ей среде. Это создает благоприятные условия для работы опорного узла, предотвращает перегрев рабочей жидкости (масла), что повышает грузоподъемность, надежность, увеличивает межремонтный период опорного узла.The placement between the
Выполнение таким образом опорного узла позволяет увеличить грузоподъемность опорного узла, повысить надежность его работы, увеличить межремонтный период и долговечность его работы путем создания конструкции опорного узла работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.The implementation of the support unit in this way allows to increase the load capacity of the support unit, to increase the reliability of its operation, to increase the turnaround time and the durability of its operation by creating a design of the support unit operable under increased axial loads, shaft rotation frequencies and ambient temperature.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014138959/11A RU2573150C1 (en) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | Support assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014138959/11A RU2573150C1 (en) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | Support assembly |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2573150C1 true RU2573150C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014138959/11A RU2573150C1 (en) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | Support assembly |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2573150C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU200208U1 (en) * | 2020-06-30 | 2020-10-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Виллина" (Ооо "Виллина") | Bearing assembly of the drive shaft of the pump unit |
RU200750U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU200749U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU200751U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU200748U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU202711U1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-03-03 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6565257B1 (en) * | 1998-09-23 | 2003-05-20 | Steven C. Kennedy | Submergible pumping system with thermal sprayed polymeric wear surfaces |
RU2235226C2 (en) * | 2002-07-02 | 2004-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Борец" | Support unit |
RU2305212C1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-08-27 | Васыль Сигизмундовыч Марцынковський | Lever balancing device for thrust bearing |
RU2368808C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-09-27 | Открытое акционерное общество Ливенское производственное объединение гидравлических машин (ОАО "Ливгидромаш") | Axial support for submersible screw-type pumps |
RU145388U1 (en) * | 2014-04-04 | 2014-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью ПК "Ремэлектропромнефть" | AXIAL SUPPORT OF THE LEADING SHAFT |
-
2014
- 2014-09-29 RU RU2014138959/11A patent/RU2573150C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6565257B1 (en) * | 1998-09-23 | 2003-05-20 | Steven C. Kennedy | Submergible pumping system with thermal sprayed polymeric wear surfaces |
RU2235226C2 (en) * | 2002-07-02 | 2004-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Борец" | Support unit |
RU2305212C1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-08-27 | Васыль Сигизмундовыч Марцынковський | Lever balancing device for thrust bearing |
RU2368808C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-09-27 | Открытое акционерное общество Ливенское производственное объединение гидравлических машин (ОАО "Ливгидромаш") | Axial support for submersible screw-type pumps |
RU145388U1 (en) * | 2014-04-04 | 2014-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью ПК "Ремэлектропромнефть" | AXIAL SUPPORT OF THE LEADING SHAFT |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU200750U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU200749U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU200751U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU200748U1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-11-11 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU202711U1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-03-03 | Сергей Викторович Яблочко | Combined pump bearing unit |
RU200208U1 (en) * | 2020-06-30 | 2020-10-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Виллина" (Ооо "Виллина") | Bearing assembly of the drive shaft of the pump unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2573150C1 (en) | Support assembly | |
CN105074299B (en) | Mechanical seal arrangement having sliding surfaces of differing hardness | |
US7665954B2 (en) | Hydrodynamic bearing runner for use in tilting pad thrust bearing assemblies for electric submersible pumps | |
JP6767475B2 (en) | Hybrid dynamic pressure radial gas bearing | |
JP2002276646A (en) | Radial bearing and transmittion using the radial bearing | |
JP2017207211A (en) | Decorative sheet | |
US20120257998A1 (en) | Runner with integral impellor pump | |
RU107299U1 (en) | RESISTANT BEARING SLIDING ASSEMBLY | |
JP2012031979A (en) | Thrust bearing | |
WO2015020774A1 (en) | Thermal management in bearing assemblies | |
RU160032U1 (en) | SUPPORT ASSEMBLY | |
JP5761560B2 (en) | Thrust support device | |
EP3607215B1 (en) | Improved efficiency journal bearing | |
JP2009257590A (en) | Water-lubrication segment type bearing device and water turbine | |
RU2558406C1 (en) | Thrust bearing | |
RU2748009C1 (en) | Module-section of submersible multistage centrifugal pump with integrated wear-resistant plain bearings | |
JP6435410B2 (en) | Axial plain bearing | |
RU145686U1 (en) | DEVICE FOR HYDRAULIC PROTECTION OF SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR (OPTIONS) | |
RU2339854C2 (en) | Pad thrust of axial hydrodynamic bearing of submersible drive pump unit for oil extraction | |
KR100782374B1 (en) | High Precision Radial Foil Bearing | |
RU145388U1 (en) | AXIAL SUPPORT OF THE LEADING SHAFT | |
RU2351813C1 (en) | Plain bearing | |
RU2534659C2 (en) | Axial journal bearing | |
CN221032914U (en) | Thrust bearing and thrust load system of mixed flow type turbine unit | |
JP2005249030A (en) | Water-lubrication segment type bearing device and water turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200930 |