RU59756U1 - HYDRODYNAMIC THRUST BEARING ASSEMBLY (OPTIONS) - Google Patents
HYDRODYNAMIC THRUST BEARING ASSEMBLY (OPTIONS) Download PDFInfo
- Publication number
- RU59756U1 RU59756U1 RU2006120554/22U RU2006120554U RU59756U1 RU 59756 U1 RU59756 U1 RU 59756U1 RU 2006120554/22 U RU2006120554/22 U RU 2006120554/22U RU 2006120554 U RU2006120554 U RU 2006120554U RU 59756 U1 RU59756 U1 RU 59756U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- raceway
- washer
- dynamic
- thrust washer
- assembly
- Prior art date
Links
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
Узел упорного подшипника включает кольцеобразную опорную структуру, имеющую зубчатую концевую конфигурацию, кольцеобразную динамическую дорожку качения и кольцеобразную упорную шайбу, расположенную между зубчатой концевой конфигурацией и динамической дорожкой качения. Зубчатая концевая конфигурация задает множество опорных зон и множество прорезей между смежными опорными зонами. Упорная шайба расположена поверх зубцов опорной структуры. Зубчатая концевая конфигурация опорной структуры обеспечивает прерывистые опорные зоны и прерывистые не опорные зоны для упорной шайбы. Когда на узел подшипника действует осевая нагрузка, то упорная шайба упруго прогибается у не опорных зон и создает волнистость динамической поверхности шайбы с образованием первоначального гидродинамического жидкостного клина относительно сопряженной поверхности динамической дорожки качения. Созданная этой волнистостью постепенно сходящаяся геометрия способствует сильному гидродинамическому действию, которое вклинивает пленку смазки предсказуемой величины на динамическую поверхность раздела между упорной шайбой и динамической дорожкой качения в ответ на относительное вращение. Эта пленка смазки физически разделяет динамические поверхности упорной шайбы и динамической дорожки качения друг от друга, что минимизирует шероховатый контакт и уменьшает трение, износ и генерируемое подшипником тепло при одновременном обеспечении работы при комбинациях более высокой нагрузки и высокой скорости.The thrust bearing assembly includes an annular support structure having a gear end configuration, an annular dynamic raceway and an annular thrust washer located between the gear end configuration and the dynamic raceway. The serrated end configuration defines a plurality of support zones and a plurality of slots between adjacent support zones. The thrust washer is located on top of the teeth of the support structure. The serrated end configuration of the support structure provides discontinuous support zones and discontinuous non-support zones for the thrust washer. When an axial load acts on the bearing assembly, the thrust washer flexes elastically at non-support zones and creates a waviness of the dynamic surface of the washer with the formation of the initial hydrodynamic fluid wedge relative to the mating surface of the dynamic raceway. The gradually converging geometry created by this undulation contributes to a strong hydrodynamic effect, which wedges a lubricant film of a predictable magnitude on the dynamic interface between the thrust washer and the dynamic raceway in response to relative rotation. This grease film physically separates the dynamic surfaces of the thrust washer and the dynamic raceway from each other, which minimizes rough contact and reduces friction, wear and heat generated by the bearing while ensuring operation under combinations of higher load and high speed.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.
Данная полезная модель относится в целом к узлам упорных подшипников и в частности, узлам упорных подшипников, обеспечивающих гидродинамическую смазку нагружаемых поверхностей подшипника в ответ на относительное вращение.This utility model relates generally to thrust bearing assemblies and, in particular, thrust bearing assemblies providing hydrodynamic lubrication of the loaded bearing surfaces in response to relative rotation.
Уровень техникиState of the art
Технологии роторного бурения используют для проникновения в толщу земли с образованием скважин для добычи нефти или газа. Для бурения встречаемых при этом скальных пород используют буровое долото на конце полой бурильной колонны.Rotary drilling technologies are used to penetrate into the earth with the formation of wells for oil or gas. To drill the rocks encountered at the same time, a drill bit is used at the end of the hollow drill string.
Во многих случаях буровому долоту придается вращательное движение с помощью гидродинамического забойного двигателя, в котором используется герметичный узел подшипников, содержащий упорные и радиальные подшипники, которые направляют вращение бурового долота, и передают вес бурильной колонны на буровое долото. Герметичные узлы подшипников для гидравлических двигателей хорошо известны из уровня техники; например, смотри патенты США №№3370284, 5195754, 5248204, 5664891 и 6416225.In many cases, the drill bit is rotationally driven by the hydrodynamic downhole motor, which uses a sealed bearing assembly containing thrust and radial bearings that direct the rotation of the drill bit and transfer the weight of the drill string to the drill bit. Sealed bearing assemblies for hydraulic motors are well known in the art; for example, see US Pat. Nos. 3,370,284, 5,195,754, 5,248,204, 5,664,891 and 6,416,225.
Опорные подшипники, которые используются в герметичных узлах подшипников гидравлических двигателей, являются обычными роликовыми упорными подшипниками. При относительно небольшом размере эти подшипники сильно нагружаются, а контактные напряжения в подшипнике достигают чрезвычайно высоких уровней, в частности, во время большой ударной нагрузки. Дорожки качения упорных подшипников подвергаются повреждениям Бриннеллинга от сильных ударных сил, которые встречаются в операциях бурения, которые могут приводить к преждевременному выходу из строя подшипника.The thrust bearings, which are used in sealed hydraulic motor bearing assemblies, are conventional roller thrust bearings. With a relatively small size, these bearings are heavily loaded, and the contact stresses in the bearing reach extremely high levels, in particular during a large shock load. The raceways of thrust bearings are subject to Brinelling damage from strong impact forces that are encountered in drilling operations that may lead to premature bearing failure.
Для замены гидравлического двигателя в конце его срока службы, необходимо сначала вытянуть всю бурильную колонну из скважины. Время остановки, связанное с длительными процессами такой замены, может быть значительной составляющей стоимости бурения скважины, в частности, при скважинах большой глубины. Поэтому можно обеспечить значительное уменьшение стоимости бурения нефтяных и газовых скважин за счет увеличения надежности и срока службы опорных подшипников, используемых в гидравлических двигателях в нефтедобывающей промышленности.To replace the hydraulic motor at the end of its service life, you must first pull the entire drill string from the well. The shutdown time associated with lengthy processes of such replacement can be a significant component of the cost of drilling a well, in particular for wells of great depth. Therefore, it is possible to provide a significant reduction in the cost of drilling oil and gas wells by increasing the reliability and service life of thrust bearings used in hydraulic engines in the oil industry.
В патенте США №6460635 раскрыт реагирующий на нагрузку гидродинамический упорный подшипник, в котором упорный подшипник имеет динамическую поверхность и статичную поверхность. Упорный подшипник заключен между первой и второй поверхностями, которые выполнены с возможностью вращения относительно друг друга. Динамическая поверхность предпочтительно является по существу плоской поверхностью без прерываний, в то время как статичная поверхность имеет прерывания, вызванные несколькими поднутренными областями, задающими несколько областей прогиба. Коммерческие упорные подшипники, продаваемые в соответствии с патентом заявителя '635, изготавливаются посредством прорезания радиальных канавок в самом опорном элементе, что затрудняет машинную обработку подшипника, который выбрасывают при его износе.US Pat. No. 6,460,635 discloses a load-responsive hydrodynamic thrust bearing in which the thrust bearing has a dynamic surface and a static surface. The thrust bearing is enclosed between the first and second surfaces, which are made to rotate relative to each other. The dynamic surface is preferably a substantially flat surface without interruptions, while the static surface has interruptions caused by several undercut regions defining several deflection regions. Commercial thrust bearings sold according to the '635 patent of the applicant are manufactured by cutting radial grooves in the bearing element itself, which complicates the machining of the bearing that is discarded when it is worn.
Дополнительно к этому, коммерческие упорные подшипники, продаваемые в соответствии с патентом заявителя '635, имеют канавки на статичной стороне подшипника, за счет чего некоторые части подшипника становятся довольно тонкими. При значительном износе таких упорных подшипников они начинают вести себя как не гидродинамические подшипники, а как простые упорные шайбы. Это особенно проявляется при износе вращающихся уплотнений, что позволяет абразивной буровой жидкости проникать в подшипник. Обусловленный этим износ со временем делает подшипник все более тонким. В конечном итоге подшипник разваливается на секторы, когда наиболее тонкие части подшипника изнашиваются насквозь.In addition, commercial thrust bearings sold in accordance with the '635 patent of the applicant have grooves on the static side of the bearing, due to which some parts of the bearing become quite thin. With significant wear of such thrust bearings, they begin to behave as not hydrodynamic bearings, but as simple thrust washers. This is especially evident when the wear of the rotating seals, which allows abrasive drilling fluid to penetrate into the bearing. The resulting wear and tear makes the bearing thinner over time. Ultimately, the bearing falls apart into sectors when the thinnest parts of the bearing wear through.
Желательно иметь надежный, компактный, ударостойкий узел упорного подшипника для использования в механическом оборудовании, подвергаемом большим опорным нагрузкам, включая герметичные узлы подшипников для гидравлических двигателей нефтяной промышленности и другое вращающееся оборудование. Кроме того, желательно иметь узел упорного подшипника, который реагирует на нагрузку и обеспечивает гидродинамическую смазку динамических поверхностей подшипника в ответ на относительное вращение. Кроме того, желательно иметь узел упорного подшипника, который несет большие нагрузки при высоких скоростях при генерировании меньше тепла, чем не гидродинамические упорные подшипники, согласно уровню техники. Кроме того, желательно, чтобы упорный подшипник был недорогим.It is desirable to have a reliable, compact, impact-resistant thrust bearing assembly for use in mechanical equipment subjected to high support loads, including sealed bearing assemblies for hydraulic motors of the oil industry and other rotating equipment. In addition, it is desirable to have a thrust bearing assembly that responds to the load and provides hydrodynamic lubrication of the dynamic surfaces of the bearing in response to relative rotation. In addition, it is desirable to have a thrust bearing assembly that bears heavy loads at high speeds while generating less heat than non-hydrodynamic thrust bearings, according to the prior art. In addition, it is desirable that the thrust bearing is inexpensive.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Целью данной полезной модели является создание надежного, экономичного, ударостойкого упорного подшипника для использования в механическом оборудовании, подвергаемом высоким опорным нагрузкам, таком как герметичные узлы подшипников The purpose of this utility model is to provide a reliable, economical, impact resistant thrust bearing for use in mechanical equipment subjected to high support loads, such as sealed bearing assemblies
для забойных гидравлических двигателей нефтяной промышленности, используемых при бурении твердых скальных пород, и в другом вращающемся оборудовании.for downhole hydraulic motors of the oil industry used in drilling hard rock, and in other rotating equipment.
Другой целью данной полезной модели является создание компактного, гидродинамически смазываемого подшипника, который уменьшает опорное трение с обеспечением работы при более высоких нагрузках и более высоких скоростях при одновременной минимизации износа подшипника, предотвращении заклинивания и сохранении работоспособности даже при возникновении износа опорной поверхности раздела.Another purpose of this utility model is to create a compact, hydrodynamically lubricated bearing that reduces support friction while ensuring operation at higher loads and higher speeds while minimizing bearing wear, preventing seizure and maintaining operability even when bearing surface wear occurs.
Другой целью полезной модели является уменьшение создаваемого подшипником тепла для предотвращения вызываемого нагревом разрушения смазки, подшипника, эластомерных уплотнений и связанных с ними компонентами.Another purpose of the utility model is to reduce the heat generated by the bearing to prevent heat-induced destruction of the lubricant, bearing, elastomeric seals, and related components.
Другой целью полезной модели является создание компактного подшипника, который может выдерживать большие ударные нагрузки без повреждения при одновременном сохранении работы с низким трением.Another purpose of the utility model is to create a compact bearing that can withstand large impact loads without damage while maintaining low friction work.
Другой целью данной полезной модели является создание компактного подшипника, который обеспечивает работу с низким трением в широком диапазоне нагрузки при вращении по часовой стрелке или против часовой стрелки.Another purpose of this utility model is to create a compact bearing that provides low friction operation over a wide load range when turning clockwise or counterclockwise.
Другой целью данной полезной модели является создание надежного узла упорного подшипника для вращающегося оборудования посредством создания конструкции реагирующего на нагрузку, упруго прогибающегося подшипника, которая обеспечивает гидродинамическую смазку нагруженных гидродинамических поверхностей.Another purpose of this utility model is to create a reliable thrust bearing assembly for rotating equipment by creating a load-responsive, elastically deflecting bearing design that provides hydrodynamic lubrication of loaded hydrodynamic surfaces.
Узел упорного подшипника, согласно предпочтительному варианту выполнения данной полезной модели, обеспечивает улучшенную систему упорного подшипника для опоры и направления относительно вращаемого элемента. Система предпочтительно содержит в основном круговую кольцеобразную опорную структуру, имеющую зубчатую концевую конфигурацию, упорную шайбу в основном кольцеобразной конструкции и в основном круговую, кольцеобразную динамическую дорожку качения.The thrust bearing assembly, according to a preferred embodiment of this utility model, provides an improved thrust bearing system for bearing and direction relative to a rotatable member. The system preferably comprises a substantially circular annular support structure having a serrated end configuration, a thrust washer of a generally annular structure, and a substantially circular, annular dynamic raceway.
Предпочтительная зубчатая концевая конфигурация опорной структуры задает несколько опорных зон и несколько поднутренных (т.е. надрезанных) зон между смежными опорными зонами, при этом поднутренные зоны предпочтительно являются открытыми на конце, т.е. проходят через всю опорную структуру изнутри наружу. Упорная шайба расположена поверх зубцов опорной структуры.A preferred serrated end configuration of the support structure defines several support zones and several undercut (i.e. notched) zones between adjacent support zones, wherein the undercut zones are preferably open at the end, i.e. pass through the entire supporting structure from the inside out. The thrust washer is located on top of the teeth of the support structure.
Предпочтительная зубчатая концевая конфигурация опорной структуры обеспечивает прерывистую опору для упорной шайбы, а также обеспечивает прерывистые A preferred gear end configuration of the support structure provides intermittent support for the thrust washer and also provides intermittent
не опорные зоны. Когда на узел подшипника действует осевая нагрузка, то упорная шайба упруго прогибается в не опорных зонах. Этот прогиб вызывает волнистость динамической поверхности шайбы в ответ на приложенную нагрузку с образованием первоначального гидродинамического жидкостного клина относительно сопряженной поверхности динамической дорожки качения. Созданная этой волнистостью постепенно сходящаяся геометрия способствует сильному гидродинамическому действию, которое вклинивает пленку смазки предсказуемой величины на динамическую поверхность раздела между упорной шайбой и динамической дорожкой качения в ответ на относительное вращение. Эта пленка смазки физически разделяет динамические поверхности упорной шайбы и динамической дорожки качения друг от друга, что минимизирует шероховатый контакт и уменьшает трение, износ и генерируемое подшипником тепло при одновременном обеспечении работы при комбинациях более высокой нагрузки и высокой скорости.not supporting zones. When an axial load acts on the bearing assembly, the thrust washer flexes elastically in non-bearing areas. This deflection causes undulation of the dynamic surface of the washer in response to the applied load with the formation of the initial hydrodynamic fluid wedge relative to the mating surface of the dynamic raceway. The gradually converging geometry created by this undulation contributes to a strong hydrodynamic effect, which wedges a lubricant film of a predictable magnitude on the dynamic interface between the thrust washer and the dynamic raceway in response to relative rotation. This grease film physically separates the dynamic surfaces of the thrust washer and the dynamic raceway from each other, which minimizes rough contact and reduces friction, wear and heat generated by the bearing while ensuring operation under combinations of higher load and high speed.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Для лучшего понимания путей достижения указанных выше признаков, преимуществ и целей данной полезной модели, ниже приводится подробное описание полезной модели на основе предпочтительного варианта ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, которые включаются в описание в качестве его части.For a better understanding of the ways to achieve the above characteristics, advantages and goals of this utility model, the following is a detailed description of the utility model based on the preferred embodiment with reference to the accompanying drawings, which are included in the description as part of it.
Однако следует отметить, что прилагаемые чертежи лишь иллюстрируют типичный вариант выполнения данной полезной модели, и поэтому их не следует рассматривать как ограничивающие объем полезной модели, поскольку полезная модель может иметь другие одинаково эффективные варианты выполнения.However, it should be noted that the accompanying drawings only illustrate a typical embodiment of this utility model, and therefore should not be construed as limiting the scope of the utility model, since the utility model may have other equally effective embodiments.
На чертежах изображено:The drawings show:
фиг.1 - узел гидродинамического упорного подшипника, согласно предпочтительному варианту выполнения данной полезной модели, на виде сверху;figure 1 - node hydrodynamic thrust bearing, according to a preferred embodiment of this utility model, in a plan view;
фиг.1А - разрез по линии 1А-1А на фиг.1;figa is a section along the line 1A-1A in figure 1;
фиг.1В - частичный разрез по линии 1В-1В на фиг.1;figv is a partial section along the line 1B-1B in figure 1;
фиг.1С - узел гидродинамического упорного подшипника, согласно фиг.1, в разнесенной изометрической проекции;figs - node hydrodynamic thrust bearing, according to figure 1, in an exploded isometric view;
фиг.1D - частичный разрез, аналогичный фиг.1В, показывающий упругий прогиб под действием осевой нагрузки с преувеличенным для ясности прогибом, в увеличенном масштабе;fig.1D is a partial section similar to figv, showing the elastic deflection under the action of axial load with exaggerated deflection for clarity, on an enlarged scale;
фиг.2 - разрез альтернативного варианта выполнения узла гидродинамического упорного подшипника, согласно данной полезной модели, на виде сбоку;figure 2 is a section of an alternative embodiment of a node of a hydrodynamic thrust bearing, according to this utility model, in side view;
фиг.2А - разрез узла гидродинамического упорного подшипника, согласно фиг.2, в соединении с валом и корпусом, на виде с боку;figa - section node hydrodynamic thrust bearing, according to figure 2, in conjunction with the shaft and the housing, in a side view;
фиг.3-5 - разрез альтернативных вариантов выполнения узла гидродинамического упорного подшипника, согласно данной полезной модели, на виде сбоку; иFig.3-5 is a section of alternative embodiments of the node hydrodynamic thrust bearing, according to this utility model, in side view; and
фиг.6 и 7 - альтернативные варианты выполнения упорной шайбы, согласно данной полезной модели, на виде сверху.6 and 7 are alternative embodiments of the thrust washer, according to this utility model, in a plan view.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Предпочтительный вариант выполнения узла упорного подшипника, согласно данной полезной модели, обозначен на фиг.1 в целом позицией 2. На фиг.1-1D показаны иллюстрации предпочтительного варианта выполнения узла 2 упорного подшипника, согласно данной полезной модели. Как показано на фиг.2А, одной из первичных целей узла 2 упорного подшипника является передача осевой нагрузки между одним элементом, таким как корпус Н, и другим элементом, таким как вал S машины, где корпус Н и вал S выполнены с возможностью вращения относительно друг друга.A preferred embodiment of a thrust bearing assembly according to this utility model is indicated in FIG. 1 as a whole by 2. In FIGS. 1-1D, illustrations are shown of a preferred embodiment of a thrust bearing assembly 2 according to this utility model. As shown in FIG. 2A, one of the primary goals of the thrust bearing assembly 2 is to transmit an axial load between one member, such as housing H, and another member, such as the machine shaft S, where the housing H and shaft S are rotatable relative to each other friend.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, узел 2 упорного подшипника содержит три главных компонента: опорную структуру 6, упорную шайбу 8 и динамическую дорожку 10 качения. Упорная шайба 8 расположена между опорной структурой 6 и динамической дорожкой 10 качения. Упорная шайба 8 предпочтительно имеет динамическую поверхность 20 шайбы по существу плоской конфигурации и статическую поверхность 16 шайбы, которая находится в контакте с динамической дорожкой 10 качения и опорной структурой 6, соответственно. Динамическая дорожка 10 качения включает динамическую поверхность 18 дорожки качения по существу плоской конфигурации, которая обращена к динамической поверхности 20 упорной шайбы 8. Опорная структура 6 и динамическая дорожка 10 качения могут вращаться относительно друг друга. Упорная шайба 8 является неподвижной относительно опорной структуры 6 и поэтому является вращаемой относительно динамической дорожки 10 качения.According to a preferred embodiment, the thrust bearing assembly 2 comprises three main components: a support structure 6, a thrust washer 8 and a dynamic raceway 10. The thrust washer 8 is located between the support structure 6 and the dynamic raceway 10. The thrust washer 8 preferably has a dynamic washer surface 20 of a substantially flat configuration and a static washer surface 16 that is in contact with the dynamic raceway 10 and the support structure 6, respectively. The dynamic raceway 10 includes a dynamic surface 18 of the raceway of a substantially flat configuration that faces the dynamic surface 20 of the thrust washer 8. The support structure 6 and the dynamic raceway 10 can rotate relative to each other. The thrust washer 8 is stationary relative to the supporting structure 6 and therefore is rotatable relative to the dynamic raceway 10.
Опорная структура 6 предпочтительно является в основном кольцеобразным компонентом, который включает несколько в основном радиально ориентированных прорезей, задающих несколько пьедесталов 14, которые находятся в контакте и поддерживают статичную поверхность 16 упорной шайбы 8, как показано на фиг.1С. Пьедесталы 14 предпочтительно имеют концевую поверхность 13, которая находится в контакте со статичной поверхностью 16 шайбы. В результате, опорная структура 6 имеет зубчатый вид, при этом прорези 12 образуют зубцы. Прорези 12 предпочтительно открыты на конце, проходя по всей местной радиальной ширине опорной структуры 6. Как показано на фиг.1D, площадь концевой поверхности 13 основания задает опорную The support structure 6 is preferably a substantially annular component that includes several substantially radially oriented slots defining several pedestals 14 that are in contact and support the static surface 16 of the thrust washer 8, as shown in FIG. 1C. The pedestals 14 preferably have an end surface 13 that is in contact with the static surface 16 of the washer. As a result, the supporting structure 6 has a toothed appearance, while the slots 12 form the teeth. The slots 12 are preferably open at the end, extending over the entire local radial width of the support structure 6. As shown in FIG. 1D, the area of the end surface 13 of the base defines the support
зону шайбы, а площадь каждой прорези 12 между соседними пьедесталами 14 задает зону прогиба шайбы. Опора шайбы и зоны прогиба предпочтительно задают повторяющийся сектор узла 2 упорного подшипника.the washer zone, and the area of each slot 12 between adjacent pedestals 14 defines the deflection zone of the washer. The washer support and deflection zones preferably define a repeating sector of the thrust bearing assembly 2.
Число прорезей 12 в опорной структуре 6 обычно изменяется от минимально 2 до 10 для узлов подшипника, которые применяются в герметичных узлах подшипника гидравлических двигателей в нефтяной промышленности, в зависимости от размера упорной шайбы, толщины, материала упорной шайбы и необходимой несущей способности. Однако не существует верхнего предела для числа прорезей 12, которые используются в узлах 2 упорного подшипника большого размера, используемых в оборудовании, отличном от узлов упорного подшипника гидравлических двигателей.The number of slots 12 in the support structure 6 usually varies from a minimum of 2 to 10 for bearing assemblies that are used in sealed bearing assemblies of hydraulic motors in the oil industry, depending on the size of the thrust washer, thickness, thrust washer material and the required load bearing capacity. However, there is no upper limit for the number of slots 12 that are used in the large size thrust bearing assemblies 2 used in equipment other than the thrust bearing assemblies of hydraulic motors.
Как показано на фиг.1D, предусмотрена смазка 15 для смазки узла 2 упорного подшипника. Эта смазка может быть густой смазкой, сильно загруженной твердыми смазывающими веществами, такими как графит, дисульфит молибдена, политетрафторэтилен (PTFE), порошок фторида кальция или частицы меди в комбинации с одним или несколькими типами мыльной основы. Однако, с целью минимизации повреждения вращающегося уплотнения и тем самым удлинения срока службы узла 2 упорного подшипника смазка 15 предпочтительно является жидкой смазкой масляного типа, в частности, высоковязкой синтетической смазкой, имеющей вязкость 900 сантистокс или больше при температуре 40°С.As shown in FIG. 1D, a lubricant 15 is provided for lubricating the thrust bearing assembly 2. This grease can be a thick grease heavily loaded with solid lubricants such as graphite, molybdenum disulfite, polytetrafluoroethylene (PTFE), calcium fluoride powder or copper particles in combination with one or more types of soap base. However, in order to minimize damage to the rotating seal and thereby extend the life of the thrust bearing assembly 2, the lubricant 15 is preferably an oil type lubricant, in particular a high viscosity synthetic lubricant having a viscosity of 900 centistokes or more at 40 ° C.
Как также показано на фиг.1D, при передаче осевой нагрузки F через узел 2 упорного подшипника, согласно данному изобретению, прерывистая опора, обеспечиваемая пьедесталами 14 опорной структуры 6, приводит к упругому прогибу упорной шайбы 8, вызывающему изгибание упорной шайбы 8 в прорези 12 опорной структуры 6. Этот упругий прогиб для ясности показан на фиг.1D преувеличенно. Распределение нагрузки вызывает прогиб первоначально плоской динамической поверхности 20 шайбы и создает первоначальный сужающийся зазор между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы, известный как гидродинамический жидкостный клин 22. Наличие первоначального зазора обеспечивает развитие гидродинамического действия смазки при любом относительном вращении между упорной шайбой 8 и динамической дорожкой 10 качения.As also shown in FIG. 1D, when transmitting the axial load F through the thrust bearing assembly 2 according to this invention, the discontinuous support provided by the pedestals 14 of the support structure 6 leads to elastic deflection of the thrust washer 8, causing the thrust washer 8 to bend in the slot 12 of the thrust bearing structures 6. This elastic deflection is shown exaggeratedly in FIG. 1D for clarity. The load distribution causes deflection of the initially flat dynamic washer surface 20 and creates an initial tapering gap between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer, known as the hydrodynamic fluid wedge 22. The presence of the initial clearance ensures the development of the hydrodynamic action of the lubricant at any relative rotation between the thrust washer 8 and dynamic track 10 race.
Во время относительного вращения между опорной структурой 6 и динамической дорожкой 10 качения упорная шайба 8 остается неподвижной относительно опорной структуры 6, и относительное вращение происходит между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы, вызывая накачивание During relative rotation between the support structure 6 and the dynamic raceway 10, the thrust washer 8 remains stationary relative to the support structure 6, and relative rotation occurs between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer, causing inflation
гидродинамическим жидким клином 22 пленки смазки 15 на динамическую поверхность раздела между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы.a hydrodynamic liquid wedge 22 of a lubricant film 15 onto a dynamic interface between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer.
Относительная скорость и сужающийся зазор гидродинамического жидкостного клина 22 вызывают гидродинамическое расклинивающее действие, которое создает толщину пленки смазки и давление, создающее подъемное действие, которое отделяет динамическую поверхность 18 дорожки качения от динамической поверхности 20 шайбы. Толщина пленки изменяется от минимального значения h0 до максимального значения h1, как показано на фиг.1D. Создаваемое давление пленки достаточно велико для устранения непосредственного контакта трения между большинством зубцов динамической поверхности 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы. Пленка смазки уменьшает трение и улучшает рабочие характеристики подшипника, позволяя узлу 2 упорного подшипника работать с меньшим выделением тепла и выдерживать комбинации более высокой нагрузки и скорости, чем это возможно при обычных не гидродинамических упорных шайбах. Опорная система создает это действие гидродинамической смазки при любом направлении движения за счет симметрии конструкции. За счет создания гидродинамического давления прогиб упорной шайбы 8 увеличивается при относительном вращении по сравнению с прогибом в условиях статичной нагрузки.The relative speed and the narrowing gap of the hydrodynamic fluid wedge 22 cause a hydrodynamic proppant that creates a lubricant film thickness and a pressure that creates a lifting action that separates the dynamic surface 18 of the raceway from the dynamic surface 20 of the washer. The film thickness varies from a minimum value of h 0 to a maximum value of h 1 , as shown in fig.1D. The created film pressure is large enough to eliminate direct friction contact between most teeth of the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer. A grease film reduces friction and improves bearing performance, allowing the thrust bearing assembly 2 to operate with less heat and withstand combinations of higher load and speed than is possible with conventional non-hydrodynamic thrust washers. The support system creates this action of hydrodynamic lubrication in any direction of motion due to the symmetry of the structure. Due to the creation of hydrodynamic pressure, the deflection of the thrust washer 8 increases with relative rotation compared with the deflection under static load conditions.
Уменьшение температуры, обеспечиваемое за счет предпочтительного варианта выполнения данной полезной модели, имеет особое значение для применений, в которых эластомерное уплотнение вращающегося вала расположено вблизи подшипников для удерживания смазки подшипников и для исключения абразивных частиц. За счет уменьшения создаваемого подшипником тепла, уплотнения вращающегося вала могут работать более холодными, что продлевает срок службы уплотнений вращающегося вала, и тем самым продлевает срок службы оборудования за счет предотвращения потери смазки 15 и предотвращения проникновения абразивов в подшипники.The temperature reduction provided by the preferred embodiment of this utility model is of particular importance for applications in which the rotary shaft elastomeric seal is located near bearings to retain bearing lubrication and to prevent abrasive particles. By reducing the heat generated by the bearing, the rotary shaft seals can work colder, which extends the life of the rotary shaft seals, and thereby extends the life of the equipment by preventing loss of lubricant 15 and preventing the abrasives from entering the bearings.
Статичная поверхность 16 упорной шайбы 8 предпочтительно остается неподвижной относительно пьедесталов 14 опорной структуры 6 во время вращения за счет того, что трение на этой поверхности раздела значительно выше, чем на гидродинамически смазываемой поверхности раздела между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы. Для предотвращения возможного проскальзывания во время работы, а также во время запуска, статичная поверхность 16 шайбы и/или пьедесталы 14 должны быть снабжены шершавой поверхностью для обеспечения большого трения. Шершавость может быть обеспечена с The static surface 16 of the thrust washer 8 preferably remains stationary relative to the pedestals 14 of the support structure 6 during rotation due to the fact that the friction on this interface is much higher than on the hydrodynamically lubricated interface between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer. To prevent possible slippage during operation, as well as during start-up, the static surface 16 of the washer and / or pedestals 14 must be provided with a rough surface to provide great friction. Roughness can be achieved with
помощью пескоструйной обработки или травления или с помощью других одинаково подходящих способов. При желании узел 2 упорного подшипника может включать один или несколько противовращательных признаков для обеспечения сцепления между упорной шайбой 8 и опорной структурой 6 с целью предотвращения поворотного проскальзывания между упорной шайбой 8 и опорной структурой 6. Например, как показано на фиг.1А, противовращаетельный выступ 26 может входить в противовращательную выемку 28 для надежного предотвращения относительного вращения между опорной структурой 6 и упорной шайбой 8. Противовращательный выступ 26 может быть образован в опорной структуре 6 (как показано на фиг.1А) или на упорной шайбе 8 (как показано на фиг.4), при этом противовращательная выемка 28 образована на другой части.by sandblasting or etching, or by other equally suitable methods. If desired, the thrust bearing assembly 2 may include one or more anti-rotation features to provide adhesion between the thrust washer 8 and the support structure 6 in order to prevent rotational slippage between the thrust washer 8 and the support structure 6. For example, as shown in FIG. 1A, the anti-rotation protrusion 26 can enter the anti-rotation recess 28 to reliably prevent relative rotation between the support structure 6 and the thrust washer 8. The anti-rotation protrusion 26 can be formed in the support trukture 6 (as shown in Figure 1A) or to a thrust washer 8 (as shown in Figure 4), the anti-rotation recess 28 formed on the other part.
При желании упорная шайба 8 может включать один или несколько смазочных каналов 24 для облегчения подачи смазки 15 более эффективно и непосредственно в гидродинамический жидкостный клин 22 вне зависимости от гидростатического давления смазки 15 для принудительной подачи смазки.If desired, the thrust washer 8 may include one or more lubrication channels 24 to facilitate the supply of lubricant 15 more efficiently and directly to the hydrodynamic fluid wedge 22, regardless of the hydrostatic pressure of the lubricant 15 for forced lubrication.
Смазочные каналы 24 делают узел 2 упорного подшипника более пригодным для применений, имеющих низкое окружающее давление (как в применениях, где смазка 15 находится по существу под атмосферным давлением), для предотвращения недостаточной смазки. Смазочные каналы могут быть расположены также между пьедесталами 14 опорной структуры 6 для обеспечения дополнительной гибкости упорной шайбы 8, как показано на фиг.1D.Lubricating passages 24 make the thrust bearing assembly 2 more suitable for applications with low ambient pressure (as in applications where grease 15 is substantially at atmospheric pressure) to prevent insufficient lubrication. Lubricating channels may also be located between the pedestals 14 of the support structure 6 to provide additional flexibility for the thrust washer 8, as shown in FIG.
При применениях в глубине скважины, таких как герметичный узел подшипников гидравлического двигателя для нефтедобывающей промышленности, давление смазки обычно уравновешивается высоким окружающим гидростатическим давлением скважины. При таких применениях нет необходимости в смазочных каналах 24, поскольку высокое гидростатическое давление, присутствующее в скважине предотвращает образование любых зон без давления или пустот и автоматически нагнетает смазку 15 в гидродинамический жидкостный клин 22 с целью поддерживания непрерывной пленки на динамической поверхности раздела подшипника. В наземном оборудовании, где такое гидростатическое давление отсутствует, смазку 15 можно подавать для обеспечения подачи смазки на опорную динамическую поверхность посредством включения смазывающих каналов 24.For downhole applications, such as a sealed hydraulic motor bearing assembly for the oil industry, lubrication pressure is usually balanced by the high ambient hydrostatic pressure of the well. In such applications, there is no need for lubrication channels 24, since the high hydrostatic pressure present in the well prevents the formation of any zones without pressure or voids and automatically injects lubricant 15 into the hydrodynamic fluid wedge 22 to maintain a continuous film on the dynamic interface of the bearing. In ground equipment, where such hydrostatic pressure is absent, lubricant 15 can be supplied to provide lubricant to the supporting dynamic surface by turning on the lubricating channels 24.
На фиг.1-1D смазочные каналы 24 имеют форму ориентированных по существу радиально щелей или канавок, которые проходят по всей радиальной ширине упорной шайбы 8, однако смазочные каналы могут иметь другие подходящие формы без отхода от 1-1D, the lubrication channels 24 are in the form of substantially radially oriented slots or grooves that extend over the entire radial width of the thrust washer 8, however, the lubricant channels can have other suitable shapes without departing from
идеи или объема изобретения. Например, смазочные каналы 24 могут быть ориентированными по существу в осевом направлении отверстиями, как будет описано ниже применительно к фиг.7, или щелями, согласно фиг.6.ideas or scope of invention. For example, the lubrication channels 24 may be substantially axially oriented openings, as will be described below with reference to FIG. 7, or with slots according to FIG. 6.
Присутствие смазочных каналов 24 неизбежно уменьшает площадь контакта динамической поверхности 20 шайбы и увеличивает среднее контактное давление на динамическую поверхность 20 шайбы при заданной осевой нагрузке. Однако, увеличение контактного давления является относительно небольшим, если геометрия смазочных каналов 24 является небольшой. При включении смазочных каналов 24 в динамическую поверхность 20 шайбы, пересечения между смазочными каналами 24 и динамической поверхностью 20 шайбы должны быть снабжены разрывами кромки, такими как радиусы или фаски для минимизации разрывов пленки смазки.The presence of lubricating channels 24 inevitably reduces the contact area of the dynamic surface 20 of the washer and increases the average contact pressure on the dynamic surface 20 of the washer at a given axial load. However, the increase in contact pressure is relatively small if the geometry of the lubrication channels 24 is small. When the lubricating channels 24 are included in the dynamic surface 20 of the washer, the intersections between the lubricating channels 24 and the dynamic surface 20 of the washer should be provided with edge breaks, such as radii or chamfers, to minimize tearing of the lubricant film.
Желательно снабжать динамическую поверхность 20 упорной шайбы 8 жестким износостойким покрытием или подвергать другой подходящей обработке для получения износостойкой поверхности, и/или выполнять упорную шайбу 8 из износостойкого материала, имеющего хорошую стойкость к коррозионному истиранию, такого как отвержденная бериллиевая медь. Динамическая поверхность 18 дорожки качения и/или динамическая поверхность 20 шайбы может быть снабжена при желании любым походящим покрытием или слоем или подвергнута поверхностной обработке для обеспечения хороших трибологических свойств, такой как плакирование серебром, науглероживание, азотирование, нанесение слоя STELLITE (STELLITE является зарегистрированной торговой маркой фирмы Delloro Stellite Company для сплава на основе кобальта с твердой поверхностью), слоя COLMONOY (COLMONOY является зарегистрированной торговой маркой фирмы Wall Colmonoy Company для материала с твердой поверхностью), борирование и т.д. в зависимости от применяемых основного материала и сопрягаемого материала.It is desirable to provide the dynamic surface 20 of the thrust washer 8 with a hard wear-resistant coating or to undergo other suitable processing to obtain a wear-resistant surface, and / or to make the thrust washer 8 of a wear-resistant material having good resistance to corrosion, such as hardened beryllium copper. The dynamic surface 18 of the raceway and / or the dynamic surface 20 of the washer can be optionally coated with any suitable coating or layer or surface treated to provide good tribological properties, such as silver plating, carburizing, nitriding, applying a layer of STELLITE (STELLITE is a registered trademark Delloro Stellite Company for hard surface cobalt alloy), COLMONOY layer (COLMONOY is a registered trademark of Wall Colmonoy Company for a solid surface) borating etc. depending on the base material and mating material used.
Динамическая поверхность 18 динамической дорожки 10 качения должна быть мягче и менее износостойкой, чем динамическая поверхность 20 шайбы для наилучшего срока службы подшипника, и для достижения наилучшей переносимости условий перегрузки и при запуске под нагрузкой. Это может быть достигнуто посредством покрытия динамической поверхности 18 дорожки качения серебром или другим относительно мягким расходуемым покрытием. Это можно обеспечить также посредством изготовления динамической дорожки 10 качения из обычного композитного материала для подшипников, такого как пористая спеченная бронза, пропитанная PTFE; например, материала DPF для подшипников, продаваемого фирмой Glacier Garlock Bearings (GGB).The dynamic surface 18 of the dynamic raceway 10 should be softer and less wear resistant than the dynamic surface 20 of the washer for the best bearing life, and to achieve the best tolerance of overload conditions and when starting under load. This can be achieved by coating the dynamic surface 18 of the raceway with silver or another relatively soft sacrificial coating. This can also be achieved by manufacturing a dynamic raceway 10 from a conventional composite bearing material, such as porous sintered bronze impregnated with PTFE; for example, DPF material for bearings sold by Glacier Garlock Bearings (GGB).
Предпочтительно не наносить серебряное покрытие на динамическую поверхность 20 шайбы, так чтобы динамическая поверхность 20 шайбы была менее чувствительна к условиям перегрузки. Поскольку серебряное покрытие обуславливает меру пограничной смазки в условиях перегрузки, то предпочтительно наносить серебряное покрытие или другое подходящее расходуемое покрытие на сопряженную динамическую поверхность 18 дорожки качения вместо динамической поверхности 20 шайбы. Во время перегрузок при таком предпочтительном расположении покрытия, а также при запуске под нагрузкой, серебряное покрытие равномерно изнашивается на динамической поверхности 18 дорожки качения и не оказывает влияния на угол гидродинамического расклинивания непокрытой динамической поверхности 20 шайбы.It is preferable not to apply a silver coating to the dynamic surface of the washer 20, so that the dynamic surface 20 of the washer is less sensitive to overload conditions. Since the silver coating provides a measure of boundary lubrication under overload conditions, it is preferable to apply a silver coating or other suitable sacrificial coating to the mating dynamic surface 18 of the raceway instead of the dynamic surface 20 of the washer. During overloads with such a preferred arrangement of the coating, as well as when starting under load, the silver coating uniformly wears out on the dynamic surface 18 of the raceway and does not affect the hydrodynamic wedging angle of the uncoated dynamic surface 20 of the washer.
Хотя выше была указана бериллиевая бронза в качестве подходящего материала для упорной шайбы 8, можно применять любые альтернативные подходящие материалы с подходящими модулями упругости, прочностью, температурными свойствами и характеристиками пограничной смазки без отхода от идеи или объема данного изобретения, такие как (но не ограничиваясь этим) сталь, STELLITE, ковкий чугун, белый чугун и т.д. Однако, упорная шайба 8, выполненная из материала, имеющего больший модуль упругости, требует, чтобы опорная структура 6 имела другие пропорции, чем для упорной шайбы 8, выполненной из материала, имеющего меньший модуль упругости.Although beryllium bronze has been indicated above as a suitable material for the thrust washer 8, any alternative suitable materials with suitable moduli of elasticity, strength, temperature and boundary lubrication properties can be used without departing from the idea or scope of the present invention, such as, but not limited to ) steel, STELLITE, malleable cast iron, white cast iron, etc. However, a thrust washer 8 made of a material having a higher elastic modulus requires that the support structure 6 have different proportions than for a thrust washer 8 made of a material having a lower elastic modulus.
За счет правильного выбора гибкости упорной шайбы 8 и пропорций опорной структуры 6, можно регулировать гидродинамические рабочие характеристики для соответствия ожидаемым рабочим условиям и перекрытия широкого диапазона осевой нагрузки. Гибкость является функцией толщины 52 шайбы, размера и расположения смазочных каналов 24 (если они есть), модуля упругости упорной шайбы 8 и числа, формы и размера прорезей 12 и пьедесталов 14 опорной структуры 6. Ясно также, что можно изменять гидродинамические рабочие характеристики отдельных повторяющихся секторов внутри данного узла упорного подшипника для всех показанных и описанных различных вариантов выполнения реагирующих на нагрузку, упруго прогибающихся подшипников (смотри, например, фиг.4).Due to the correct choice of the flexibility of the thrust washer 8 and the proportions of the supporting structure 6, it is possible to adjust the hydrodynamic performance to meet the expected operating conditions and cover a wide range of axial load. Flexibility is a function of the thickness 52 of the washer, the size and location of the lubricating channels 24 (if any), the elastic modulus of the thrust washer 8, and the number, shape and size of the slots 12 and pedestals 14 of the support structure 6. It is also clear that the hydrodynamic performance of individual repeated sectors within a given thrust bearing assembly for all the various embodiments of load responsive, elastically deflecting bearings shown and described (see, for example, FIG. 4).
Динамическая поверхность 20 шайбы предпочтительно снабжена внутренним угловым разрывом 30 рельефа кромки и наружным угловым разрывом 32 рельефа кромки для уменьшения нагрузки кромки и высоких напряжений в кромке. Например, при применении данной полезной модели в герметичных узлах подшипников нефтедобывающих гидравлических двигателей, нагрузка кромки может вызываться неизбежными изгибающими моментами, прикладываемыми к вращающемуся валу гидравлического двигателя усилиями бурения.The dynamic surface 20 of the washer is preferably provided with an internal angular discontinuity 30 of the edge relief and an external angular discontinuity 32 of the edge relief to reduce edge load and high stresses in the edge. For example, when using this utility model in sealed bearing assemblies of oil-producing hydraulic motors, edge loading can be caused by unavoidable bending moments applied to the rotating shaft of the hydraulic motor by drilling forces.
Как показано на фиг.1А, динамическая дорожка 10 качения предпочтительно снабжена поднутрением 34, предпочтительно периферийным поднутрением, которое создает гибкий выступ 36. Когда происходит нагрузка кромки подшипника, то изгиб гибкого выступа 36 значительно уменьшает напряжения в кромке на упорной шайбе 8. Гибкий выступ 36 выполнен с достаточной жесткостью для обеспечения опоры для упорной шайбы 8, но достаточно гибким для значительного уменьшения вызванного нагрузкой напряжения в кромке с целью уменьшения износа динамической поверхности 20 шайбы и динамической поверхности 18 дорожки качения.As shown in FIG. 1A, the dynamic raceway 10 is preferably provided with an undercut 34, preferably a peripheral undercut, which creates a flexible protrusion 36. When the bearing edge is loaded, bending the flexible protrusion 36 significantly reduces stress in the edge of the thrust washer 8. Flexible protrusion 36 made with sufficient rigidity to provide support for the thrust washer 8, but flexible enough to significantly reduce stress caused by the load in the edge in order to reduce wear of the dynamic surface 20 washers and a dynamic surface 18 raceways.
В показанном на фиг.1-1D варианте выполнения наружный диаметр 38 опорной структуры и наружный диаметр 40 шайбы больше наружного диаметра 42 дорожки качения. Эта конфигурация, которая является обычной в упорных роликовых подшипниках, согласно уровню техники, позволяет направлять (т.е. менять боковое положение) опорную структуру 6 и упорную шайбу 8 за счет точной посадки в отверстии корпуса (не изображено), и позволяет динамической дорожке 10 качения иметь зазор с отверстием корпуса. Внутренний диаметр 44 опорной структуры и внутренний диаметр 46 шайбы больше внутреннего диаметра 48 дорожки качения. Эта конфигурация, которая является обычной в уровне техники, позволяет направлять (т.е. менять боковое положение) динамическую дорожку 10 качения за счет точной посадки на валу (не изображен), и позволяет опорной структуре 6 и упорной шайбе 8 иметь зазор с валом. При желании, опорная структура 6 может быть интегральной частью корпуса, и/или динамическая дорожка 10 качения может быть интегральной частью вала.In the embodiment shown in FIGS. 1-1D, the outer diameter 38 of the support structure and the outer diameter 40 of the washer are larger than the outer diameter 42 of the raceway. This configuration, which is common in thrust roller bearings, according to the prior art, allows you to direct (i.e. change the lateral position) of the support structure 6 and thrust washer 8 due to the exact fit in the bore of the housing (not shown), and allows the dynamic track 10 rolling elements have a gap with the opening of the housing. The inner diameter 44 of the support structure and the inner diameter 46 of the washer is larger than the inner diameter 48 of the raceway. This configuration, which is usual in the prior art, allows you to direct (i.e. change the lateral position) the dynamic raceway 10 due to the exact fit on the shaft (not shown), and allows the supporting structure 6 and thrust washer 8 to have a clearance with the shaft. If desired, the support structure 6 may be an integral part of the housing, and / or the dynamic raceway 10 may be an integral part of the shaft.
Под действием больших забойных ударных нагрузок обычные роликовые подшипники, используемые в герметичных узлах подшипников гидравлических двигателей, подвергаются усталостному повреждению и бриннелированию (например, зазубриванию) поверхностей дорожки качения. Предпочтительный вариант выполнения данного изобретения обеспечивает выдерживание намного более высоких моментальных ударных нагрузок за счет гидродинамической пленки смазки на динамической поверхности раздела между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы, и большой динамической площади опоры, которые (пленка и площадь) совместно обеспечивают классический эффект амортизации за счет сдавливания пленки. Когда моментальный удар приводит к быстрому сжатию пленки смазки, то она не может мгновенно удаляться. Величина и длительность нагрузки определяют уменьшение толщины пленки и нагрузку, для которой обеспечивается опора. В целом, предпочтительный вариант выполнения данного изобретения обеспечивает Under the action of large downhole shock loads, conventional roller bearings used in sealed bearing assemblies of hydraulic motors undergo fatigue damage and brinelling (for example, notching) of raceway surfaces. A preferred embodiment of the invention provides the ability to withstand much higher instantaneous impact loads due to the hydrodynamic lubricant film on the dynamic interface between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer, and a large dynamic bearing area, which (film and area) together provide a classic effect depreciation due to compression of the film. When an instant impact results in a quick compression of the lubricant film, it cannot be removed instantly. The magnitude and duration of the load determines the decrease in film thickness and the load for which support is provided. In General, a preferred embodiment of the present invention provides
выдерживание ударных нагрузок, которые более чем в три раза превышают предел динамической номинальной нагрузки.withstand shock loads that are more than three times the dynamic rated load limit.
В некоторых применениях, таких как вращающиеся отклонители в нефтедобывающей промышленности, упорные подшипники должны начинать вращение в условиях сильной нагрузки, которые могут приводить к большому пусковому моменту и преждевременному износу упорной шайбы 8 и/или дорожки 10 качения. Как показано на фиг.1, 1А, 1С, 2 и 4, это можно при желании устранять посредством пропускания сжатой смазки через ряд отверстий 50 передачи давления в динамической дорожке 10 качения, которые соединены с поверхностью раздела между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы. Это создает первоначальную гидростатическую пленку, которая смазывает динамическую поверхность 18 дорожки качения и динамическую поверхность 20 шайбы во время запуска и улучшает толщину пленки во время вращения.In some applications, such as rotating deflectors in the oil industry, thrust bearings must begin to rotate under heavy load conditions, which can lead to high starting torque and premature wear of the thrust washer 8 and / or raceway 10. As shown in FIGS. 1, 1A, 1C, 2, and 4, this can be eliminated if desired by passing compressed lubricant through a series of pressure transmission holes 50 in the dynamic raceway 10, which are connected to the interface between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 washers. This creates an initial hydrostatic film that lubricates the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer during start-up and improves the thickness of the film during rotation.
Данная полезная модель была первоначально предназначена для улучшения стойкости к износу упорных подшипников, используемых в оборудовании, таком как герметичные узлы подшипников забойных гидравлических двигателей в нефтедобывающей промышленности, и для обеспечения работы при комбинациях высокой нагрузки и высокой скорости, невозможных при современном состоянии конструкции роликовых подшипников, согласно уровню техники. Основной принцип работы, согласно данному изобретению, применим также к вращающемуся оборудованию многих других типов, при этом вращающимся элементом или элементами является корпус подшипника или вал, или оба. Примеры такого оборудования включают, но не ограничиваясь этим, забойные буровые долота, забойное управляемое вращающееся оборудование, вращающееся оборудование управления скважиной и оборудование, используемое для разработки и углубления месторождений, и насосы, где подшипники сильно нагружаются, и другие применения, где пространство может быть ограничено, а условия работы являются трудными.This utility model was originally designed to improve the wear resistance of thrust bearings used in equipment, such as sealed bearings of downhole hydraulic motors in the oil industry, and to ensure operation with high load and high speed combinations that are impossible with the current state of the design of roller bearings, according to the prior art. The basic principle of operation according to this invention is also applicable to many other types of rotating equipment, wherein the rotating element or elements is a bearing housing or shaft, or both. Examples of such equipment include, but are not limited to, downhole drill bits, downhole guided rotating equipment, rotary well control equipment and equipment used to develop and deepen fields, and pumps where bearings are heavily loaded, and other applications where space may be limited and working conditions are difficult.
Для специалистов в данной области техники понятно, что геометрию различных раскрытых здесь вариантов выполнения данной полезной модели можно изготавливать с использованием любых различных процессов, таких как обычная машинная обработка, электроразрядная машинная обработка, точное литье, литье под давлением, ковка и т.д.It will be understood by those skilled in the art that the geometry of the various embodiments of this utility model disclosed herein can be made using any various processes, such as conventional machining, electric discharge machining, precision casting, injection molding, forging, etc.
Узел 2 упорного подшипника, согласно предпочтительному варианту выполнения данной полезной модели, является более экономичным, чем упорные подшипники, согласно патенту '635, поскольку прорези 12, образующие опорные и не опорные зоны, согласно данной полезной модели, создаются с помощью машинной обработки в опорной The thrust bearing assembly 2, according to a preferred embodiment of this utility model, is more economical than thrust bearings according to the '635 patent, since the slots 12 forming support and non-support zones according to this utility model are created by machining in the support
структуре 6, а не в упорной шайбе 8. Упорная шайба 8 является более экономичной и более простой по конструкции. С помощью предпочтительного варианта выполнения данной полезной модели и, в частности, с помощью варианта выполнения, показанного на фиг.3, на упорной шайбе 8 нет зон, которые были бы слишком тонкими, поскольку прорези 12 выполнены в опорной структуре 6, а не в упорной шайбе 8. В результате, вариант выполнения, согласно фиг.3, включающий упорную шайбу 8, способен выдерживать значительный износ без разрушения на секторы. Кроме того, экономичную и простую упорную шайбу 8 можно удалять и заменять, в то время как более сложную опорную структуру 6 можно повторно использовать несколько раз перед заменой.structure 6, not the thrust washer 8. The thrust washer 8 is more economical and simpler in design. Using the preferred embodiment of this utility model and, in particular, using the embodiment shown in FIG. 3, there are no zones on the thrust washer 8 that would be too thin since the slots 12 are made in the support structure 6 and not in the abutment washer 8. As a result, the embodiment according to FIG. 3, including a thrust washer 8, is able to withstand significant wear without breaking into sectors. In addition, the economical and simple thrust washer 8 can be removed and replaced, while the more complex support structure 6 can be reused several times before replacing.
Признаки, указанные в этом описании и обозначенные одинаковыми позициями, имеют одинаковую функцию. В альтернативном варианте выполнения, показанном на фиг.2 и 2А, динамическая дорожка 10 качения выполнена с возможностью направления с помощью корпуса Н, в то время как опорная структура 6 и упорная шайба 8 выполнены с возможностью направления валом S. Наружный диаметр 38 опорной структуры и наружный диаметр 40 шайбы меньше наружного диаметра 42 дорожки качения. Это позволяет направлять (т.е. располагать в боковом направлении) динамическую дорожку 10 качения посредством точной посадки в отверстии корпуса Н, и позволяет опорной структуре 6 и упорной шайбе 8 иметь зазор с отверстием корпуса, как показано на фиг.2А. Внутренний диаметр 44 опорной структуры и внутренний диаметр 46 шайбы больше внутреннего диаметра 48 дорожки качения. Эта конфигурация, которая является обычной в роликовых подшипниках, согласно уровню техники, позволяет направлять (т.е. менять боковое положение) опорную структуру 6 и упорную шайбу 8 за счет точной посадки на валу S, и позволяет динамической дорожке 10 качения иметь зазор с валом S, как показано на фиг.2А. При желании, опорная структура 6 может быть интегральной частью вала S, и/или динамическая дорожка 10 качения может быть интегральной частью корпуса Н.The characteristics indicated in this description and denoted by the same positions have the same function. In the alternative embodiment shown in FIGS. 2 and 2A, the dynamic raceway 10 is configured to be guided by the housing H, while the support structure 6 and the thrust washer 8 are configured to guide the shaft S. The outer diameter 38 of the support structure and the outer diameter of the 40 washer is less than the outer diameter of the 42 raceway. This allows you to direct (i.e. laterally) the dynamic raceway 10 by precisely fitting in the opening of the housing H, and allows the support structure 6 and the thrust washer 8 to have a gap with the opening of the housing, as shown in FIG. 2A. The inner diameter 44 of the support structure and the inner diameter 46 of the washer is larger than the inner diameter 48 of the raceway. This configuration, which is common in roller bearings, according to the prior art, allows to direct (i.e. change the lateral position) the support structure 6 and the thrust washer 8 due to the exact fit on the shaft S, and allows the dynamic raceway 10 to have a clearance with the shaft S, as shown in FIG. 2A. If desired, the support structure 6 may be an integral part of the shaft S, and / or the dynamic raceway 10 may be an integral part of the housing N.
Показанный на фиг.3 вариант выполнения является упрощением варианта выполнения, показанного на фиг.1-1D, и является идентичным во всех отношениях, за исключением смазочных каналов 24, противовращательного выступа 26, противовращательной выемки 28, поднутрения 34, гибкого выступа 36 и отверстий 50 передачи давления варианта выполнения, согласно фиг.1-1D, исключенных с целью упрощения в варианте выполнения, согласно фиг.3. Пограничные поверхности опорной структуры и/или упорной шайбы можно выполнять шершавыми для исключения поворотного скольжения между ними, т.е. между пьедесталами 14 и статичной поверхностью 16 шайбы.The embodiment shown in FIG. 3 is a simplification of the embodiment shown in FIGS. 1-1D, and is identical in all respects except for the lubrication channels 24, the anti-rotation protrusion 26, the anti-rotation recess 28, the undercut 34, the flexible protrusion 36 and the holes 50 pressure transmission of the embodiment of FIGS. 1-1D, excluded for the sake of simplification in the embodiment of FIG. 3. The boundary surfaces of the support structure and / or thrust washer can be made rough to prevent rotational sliding between them, i.e. between the pedestals 14 and the static surface 16 of the washer.
Анализ методом конечных элементов подтвердил, что при статичной нагрузке упорной шайбы 8 с геометрией, показанной на фиг.3, упругое смещение упорной шайбы 8 создает первоначальный зазор между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы с образованием гидродинамического жидкостного клина. Наличие этого первоначального зазора обеспечивает развитие действия гидродинамической смазки, как только начинается относительное вращение между упорной шайбой 8 и динамической дорожкой 10 качения, при условии, что смазка имеет достаточно большое давление для подачи смазки в гидродинамический жидкостный клин.The finite element analysis confirmed that with a static load of the thrust washer 8 with the geometry shown in FIG. 3, the elastic displacement of the thrust washer 8 creates an initial clearance between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer with the formation of a hydrodynamic fluid wedge. The presence of this initial clearance ensures the development of the action of hydrodynamic lubrication as soon as the relative rotation between the thrust washer 8 and the dynamic raceway 10 begins, provided that the lubricant has a sufficiently high pressure to supply lubricant to the hydrodynamic fluid wedge.
В показанном на фиг.3 варианте выполнения динамическая поверхность 20 шайбы является по существу плоской поверхностью без прерываний (т.е. канавок, прорезей отверстий). Это делает максимальным площадь контактной поверхности упорной шайбы 8, и минимизирует среднее опорное давление для данной нагрузки.In the embodiment shown in FIG. 3, the dynamic surface 20 of the washer is a substantially flat surface without interruptions (i.e., grooves, slotted holes). This maximizes the contact surface area of the thrust washer 8, and minimizes the average reference pressure for a given load.
Как показано на фиг.4, упорная шайба 8 может включать противовращательный выступ 26, который входит в зацепление с одной из прорезей 12 опорной структуры 6, при этом прорезь выполняет ту же роль, что и противовращательная выемка 28 на фиг.1А. Противовращательный выступ 28 локально увеличивает жесткость упорной шайбы 8, что изменяет жесткость и гидродинамические рабочие характеристики этой части упорной шайбы 8 по сравнению с жесткостью соседней части упорной шайбы 8. Понятно, что противовращательный выступ 26 можно выполнять с разными формами и размерами, приспособленными для вхождения в зацепление с прорезями 12.As shown in FIG. 4, the thrust washer 8 may include an anti-rotation protrusion 26, which engages with one of the slots 12 of the support structure 6, while the slot performs the same role as the anti-rotation recess 28 in FIG. 1A. The anti-rotation protrusion 28 locally increases the stiffness of the thrust washer 8, which changes the stiffness and hydrodynamic performance of this part of the thrust washer 8 compared to the rigidity of the adjacent part of the thrust washer 8. It is clear that the anti-rotation protrusion 26 can be made with different shapes and sizes adapted to fit meshing with slots 12.
Как показано на фиг.5, упорная шайба 8 может включать ослабленную геометрию 25 между пьедесталами 14 для увеличения гибкости упорной шайбы 8 без уменьшения площади динамической поверхности 20 шайбы. Во всех остальных отношениях вариант выполнения, показанный на фиг.5, идентичен с вариантом выполнения, показанным на фиг.3. Также как вариант выполнения, согласно фиг.3, вариант выполнения, согласно фиг.5, предпочтительно подходит для применений, где существует достаточно большое давление смазки для подачи смазки в вызванный нагрузкой первоначальный сужающийся зазор между динамической поверхностью 18 дорожки качения и динамической поверхностью 20 шайбы.As shown in FIG. 5, the thrust washer 8 may include weakened geometry 25 between the pedestals 14 to increase the flexibility of the thrust washer 8 without reducing the dynamic surface area of the washer 20. In all other respects, the embodiment shown in FIG. 5 is identical to the embodiment shown in FIG. 3. Also as an embodiment of FIG. 3, an embodiment of FIG. 5 is preferably suitable for applications where there is a sufficiently large lubricant pressure to supply lubricant to the load-induced initial tapering gap between the dynamic surface 18 of the raceway and the dynamic surface 20 of the washer.
На фиг.6 показано, что смазочные каналы 24 не обязательно должны пронизывать всю радиальную ширину упорной шайбы 8. Вместо этого эти смазочные каналы 24 могут при желании пронизывать лишь часть ширины и все еще выполнять подачу смазки в применениях с низким давлением смазки.Figure 6 shows that the lubrication passages 24 need not penetrate the entire radial width of the thrust washer 8. Instead, these lubrication passages 24 may, if desired, penetrate only a portion of the width and still supply lubricant in low lubrication pressure applications.
На фиг.7 показан на виде сверху вариант выполнения упорной шайбы 8, в котором смазочные каналы 24 состоят из ориентированных по существу в осевом направлении сквозных отверстий. Использование отверстий минимизирует потерю несущей нагрузку площади при одновременном обеспечении соединения для подачи смазки в гидродинамический жидкостный клин, а также обеспечении дополнительной гибкости упорной шайбы 8 в промежутках между пьедесталами 14 опорной структуры 6.Figure 7 shows a top view of an embodiment of a thrust washer 8, in which the lubricating channels 24 consist of through holes that are oriented substantially in the axial direction. The use of holes minimizes the loss of load-bearing area while providing a connection for supplying lubricant to the hydrodynamic fluid wedge, as well as providing additional flexibility for the thrust washer 8 between the pedestals 14 of the supporting structure 6.
Динамическая поверхность 20 шайбы является по существу плоской и без перерывов, за исключением небольшого прерывания, вызванного отверстиями, образующими смазочные каналы 24. В показанной в качестве примера на фиг.7 геометрии, имеются два отверстия в одном ряду и три отверстия в другом ряду. Это обеспечивает хорошую подачу смазки в гидродинамический жидкостный клин под нагрузкой.The dynamic surface 20 of the washer is essentially flat and without interruptions, with the exception of a slight interruption caused by the holes forming the lubricating channels 24. In the geometry shown as an example in FIG. 7, there are two holes in one row and three holes in the other row. This provides a good supply of lubricant to the hydrodynamic fluid wedge under load.
Различные предпочтительные варианты выполнения данного изобретения относятся к конструкции реагирующих на нагрузку, упруго прогибающихся подшипников, которая обеспечивает гидродинамическую смазку динамических поверхностей подшипника в ответ на относительное вращение. Конструкция с гидродинамической смазкой позволяет подшипнику нести большие нагрузки при высоких скоростях с созданием меньшего тепла, чем в не гидродинамических упорных подшипниках, согласно уровню техники, позволяет смазывать подшипник жидкими смазками типа масла, и позволяет подшипнику выдерживать более высокие ударные нагрузки, чем обычные роликовые упорные подшипники. В отличие от роликовых упорных подшипников, упорный подшипник, согласно данному изобретению, может выдерживать высокие ударные нагрузки без «бриннелирования» в результате классического эффекта сжатия пленки и намного большей опорной площади.Various preferred embodiments of the present invention relate to the design of load-responsive, elastically deflecting bearings, which provides hydrodynamic lubrication of the dynamic surfaces of the bearing in response to relative rotation. The design with hydrodynamic lubrication allows the bearing to carry large loads at high speeds with less heat than in non-hydrodynamic thrust bearings, according to the prior art, allows the bearing to be lubricated with liquid greases such as oil, and allows the bearing to withstand higher shock loads than conventional roller thrust bearings . Unlike roller thrust bearings, the thrust bearing according to this invention can withstand high impact loads without “brinelling” as a result of the classic film compression effect and a much larger bearing area.
С учетом изложенного выше понятно, что данная полезная модель хорошо приспособлена для достижения всех указанных выше целей и признаков, совместно с другими целями и признаками, присущими раскрытому здесь устройству.In view of the foregoing, it is clear that this utility model is well suited to achieve all of the above goals and features, together with other goals and features inherent in the device disclosed here.
Для специалистов в данной области техники понятно, что данную полезную модель можно легко выполнять в других специальных формах без отхода от идеи или существенных характеристик. Поэтому данный вариант выполнения следует рассматривать лишь в качестве иллюстрации и не ограничивающим объема полезной модели, указанного формулой полезной модели, а не предшествующим описанием, и поэтому все изменения, которые входят в смысл и диапазон эквивалента формулы полезной модели, должны охватываться ею.For specialists in this field of technology it is clear that this utility model can be easily performed in other special forms without departing from the idea or essential characteristics. Therefore, this embodiment should be considered only as an illustration and not limiting the scope of the utility model indicated by the utility model formula, and not the previous description, and therefore all changes that make sense and the range of the equivalent utility model formula should be covered by it.
Claims (32)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006120554/22U RU59756U1 (en) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | HYDRODYNAMIC THRUST BEARING ASSEMBLY (OPTIONS) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006120554/22U RU59756U1 (en) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | HYDRODYNAMIC THRUST BEARING ASSEMBLY (OPTIONS) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU59756U1 true RU59756U1 (en) | 2006-12-27 |
Family
ID=37760488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006120554/22U RU59756U1 (en) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | HYDRODYNAMIC THRUST BEARING ASSEMBLY (OPTIONS) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU59756U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468310C2 (en) * | 2007-06-28 | 2012-11-27 | Линде Акциенгезельшафт | Turbine expansion engine |
| RU2560202C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Thrust bearing of liquid friction (versions) |
-
2006
- 2006-06-13 RU RU2006120554/22U patent/RU59756U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468310C2 (en) * | 2007-06-28 | 2012-11-27 | Линде Акциенгезельшафт | Turbine expansion engine |
| RU2560202C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Thrust bearing of liquid friction (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060171616A1 (en) | Hydrodynamic thrust bearing assembly | |
| US20070160314A1 (en) | Bidirectional hydrodynamic thrust bearing | |
| US6460635B1 (en) | Load responsive hydrodynamic bearing | |
| US10151148B2 (en) | Composite metallic elastomeric sealing components for roller cone drill bits | |
| JP2832800B2 (en) | Plain bearing assembly | |
| US6170830B1 (en) | Dual functioning seal for rock bits | |
| JP5005549B2 (en) | Self-lubricating guide member | |
| US6305483B1 (en) | Multi-piece rotary cone drill bit seal | |
| US7117961B2 (en) | Dynamic seal with soft interface | |
| GB2415210A (en) | Seal for roller cone drill bit | |
| CN101858385B (en) | Metal matrix inlaid elastic self-lubricating sliding bearing | |
| US20150192172A1 (en) | Coast down bushing for magnetic bearing systems | |
| RU59756U1 (en) | HYDRODYNAMIC THRUST BEARING ASSEMBLY (OPTIONS) | |
| CN201696498U (en) | Metal-based embedded elastic self-lubricating sliding bearing | |
| CN212028321U (en) | PDC radial centralizing sliding bearing | |
| RU61331U1 (en) | BIDIRECTIONAL HYDRODYNAMIC THRESHOLD BEARING | |
| CN215257401U (en) | Novel bearing structure of magnetic sliding vane pump | |
| RU2754280C1 (en) | Thrust sliding bearing (options) | |
| JPH1082423A (en) | Sliding bearing | |
| CN220816285U (en) | Tooth-shaped lubricating oil belt device | |
| US11085491B1 (en) | Self lubricating bearing sleeve | |
| Watterson | Tribology: A Simple Guide to the Study of Friction | |
| RU2357140C2 (en) | Sealing of horizontal shafts or axes | |
| CN118622177A (en) | Novel flexible bearing sealing system | |
| US20160281434A1 (en) | Seal assembly and a roller cone drill bit comprising such a seal assembly |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20100614 |