Обойма гібридного гідродинамічного і гідростатичного підшипника та змащувальна система для прокатного стана

Реферат: Підшипники прокатного стана містять обойми (20) з певними кількостями гідростатичних подушок (30, 40), які переважно з'єднані з гідродинамічними підшипниками, також сформованими в обоймі. Кожна подушка (30, 40) має ізольований канал (136, 146) для мастила, який пристосований для з'єднання з окремим ізольованим маслопроводом (50). В деяких варіантах виконання ізольоване джерело стисненого мастила живиться спеціальним виходом нагнітального насоса. У цей спосіб кожна гідростатична подушка має спеціальне джерело стисненого мастила, подача якого не переривається втратами тиску мастила в інших подушках підшипника або будь-де у змащувальній системі прокатного стана. UA 111980 C2 (12) UA 111980 C2 UA 111980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область Винаходу Варіанти виконання представленого винаходу відносяться до гідродинамічних підшипників клітей прокатного стану, які утримують шийки обертових прокатних валиків, які використовуються для прокатування металів з одержанням довгих полотен. Точніше, варіанти виконання представленого винаходу відносяться до гібридних підшипників, які мають подушки гідростатичних підшипників в обоймах гідродинамічних підшипників, і до змащувальних систем, які надають ізольоване джерело стисненого мастила для кожної відповідної подушки підшипника. Опис Попереднього Рівня Техніки Фіг. 1 зображає відомий підшипник 10 кліті прокатного стану, який утримує з можливістю обертання валик 12 прокатного стану за допомогою його шийки 14 і компліментарної обертової втулки 16. Підшипник 10 утримується своїм корпусом 18, який, у свою чергу, утримується в кліті прокатного стану (не зображена). Обойма 20 підшипника розташована між шийкою 14 прокатного валика/втулкою 16 підшипника і корпусом 18 підшипника і фіксується в корпусі підшипника. Обойма 20 підшипника надає поверхню гідродинамічного підшипника для повного гідродинамічного змащування (тобто, самостворювана плівка стисненого рідкого мастила між обоймою підшипника і втулкою (16) підшипника) в межах швидкості обертання валика, прикладеного радіального навантаження, в'язкості мастила та робочих конструкційних параметрів. У випадку, коли будь-який з таких робочих параметрів знаходиться за межами інтервалу конструкційних параметрів, наприклад, під час фази запуску прокатного стану або при малій швидкості прокатування і високих навантаженнях для одержання спеціальних металургійних властивостей, підшипник 10 може не створювати достатню гідродинамічну рідку плівку для бажаної операції. Відсутність рідкої плівки підвищує потенційну небезпеку небажаного контакту металевих поверхонь між обоймою підшипника і шийкою 14 прокатного валика/втулкою 16 підшипника і потенційне зношення підшипника або його поламку. В минулому, в обоймі 20 підшипника формували одну або більшу кількість подушок 30, 40 гідростатичного підшипника. Подушки 30, 40 гідростатичного підшипника з'єднуються з джерелом стисненого рідкого мастила 50 для створення додаткової рідкої плівки мастила між обоймою 20 підшипника і шийкою 14 прокатного валика/втулкою 16 підшипника. Гідростатичні підшипники, які мають як гідродинамічні так і гідростатичні ознаки, є гібридними гідростатичними підшипниками. Такі підшипники функціонують тільки як "чисті" гідростатичні підшипники зі швидкістю 0 об/хв; при будь-якій іншій швидкості вони функціонують з гібридними характеристиками як гідростатичного так і гідродинамічного підшипника. Посилаючись на Фіг. 1 і 2, бачимо, що стиснене мастило 50 подається до кожної з відповідних подушок 30, 40 підшипника по спільному каналу 22 для мастила, сформованому в осьовому кінці обойми 20 підшипника, який розгалужується з наданням відповідних верхніх по потоку каналів 32, 42, гідравлічних постійних дроселів 34, 44 і нижніх по потоку каналів 36, 46. Гідравлічні постійні дроселі 34, 44 є типово дроселями visco-jet, які ізолюють відповідні подушки 30, 40 підшипників одна від одної у випадку неочікуваного руйнування рідкої плівки в одній з подушок, що повинно сприяти швидкому потоку мастила крізь ділянку руйнування і потенційне послаблення потоку мастила до іншої нормально функціонуючої подушки підшипника. Багато обойм 20 підшипників в кліті прокатного стану використовують спільний живильний трубопровід 52 для стисненої текучої субстанції, з'єднаний з одним або більшою кількістю нагнітальних насосів 60. Насос 60 приймає кондиціоноване рідке мастило (наприклад, охолоджене і відфільтроване масло з бажаними значеннями в'язкості) крізь свій вхід 62 і випускає більш стиснуте масло крізь свій вихід 64 у спільний трубопровід 52 для подачі масла. Відомі підшипники кліті прокатного стану зображені і описані в патентах №№.US 5000584 і US 6468194, на які тут робляться посилання. Як попередньо описано, одна або більша кількість обойм 20 підшипників прокатного стану, які мають багато подушок 30, 40 гідростатичних підшипників, які використовують спільне джерело стисненого мастила (наприклад, спільний трубопровід 52), знижують ризик одночасної втрати тиску мастила завдяки протіканню у спільному джерелі мастила, що обмежує втрату потоку з кожної подушки 30, 40 підшипника за допомогою стопорного клапану у з'єднанні маслопроводу 50 і каналів 42 і 32 обойм (не зображені). У випадку падіння тиску масла зверху по потоку від гідравлічного постійного дроселя 34, 44 у відповідних верхніх по потоку каналах 32, 42 для мастила зберігається частковий тиск так, що відповідна подушка підшипника здатна зберігати плівку стисненої текучої субстанції протягом принаймні короткого періоду часу. Подібним чином, гідравлічні постійні дроселі 34, 44 уповільнюють потік стисненого мастила у відповідну подушку 30, 40 підшипника, яка зазнала втрати тиску. Наприклад, у випадку невикористання гідравлічних постійних дроселів, якщо подушка 30 гідростатичного підшипника 1 UA 111980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 не зберігає гідростатичну рідку плівку і зазнає швидкої втрати тиску, то інтенсивність потоку стисненого мастила в подушку підшипника буде зростати з ймовірністю послаблення подачі стисненого масла до іншої подушки 40 або інших підшипників, які використовують спільне джерело стисненого масла. Гідравлічні постійні дроселі 34, 44 в силу своєї природи створюють перепони і уповільнюють потік масла крізь них, коли швидкість потоку зростає, таким чином, що потребується додатковий тиск текучої субстанції для подолання перешкод. В типовому прокатному стані повинні створюватися додаткові 3000 psi (фунт/квадратний дюйм) (20700 кПа) тиску масла для подолання гідравлічних постійних дроселів visco-jet. Додаткові вимоги до тиску підвищують необхідні продуктивності насосів системи і пов'язані з роботою насосів грошові витрати на енергію. Короткий опис винаходу Відповідно, варіанти виконання представленого винаходу включають гібридні гідродинамічні/гідростатичні підшипники прокатного стану з відповідними гідростатичними подушками, які передбачають приймання відповідних ізольованих джерел стисненого мастила, на які не діють втрати тиску мастила, пов'язані з іншими подушками. Підшипники прокатного стану представленого винаходу враховують усунення гідравлічних постійних дроселів, зв'язаних з гідростатичними подушками, і, у свою чергу, їх потреби у подачі мастила під вищим тиском, необхідним для подолання опору потоку, пов'язаного з гідравлічними постійними дроселями. Робота підшипників представленого винаходу без гідравлічних постійних дроселів може зменшити грошові витрати завдяки придбанню і використанню насосів з низьким вихідним тиском мастила, а також зменшити споживання енергії, необхідної для роботи насосів низького тиску. Ілюстративний варіант виконання представленого винаходу містить обойму гібридного гідродинамічного/гідростатичного підшипника для прокатного стану, яка містить шийку прокатного валика. Обойма має головним чином кільцеву форму, яка має внутрішню поверхню для вставляння з можливістю обертання шийки прокатного валика прокатного стану. У внутрішній поверхні виконана певна кількість виїмок гідростатичних підшипників. Обойма підшипника має окремий ізольований канал для мастила, сполучений потоком текучої субстанції з кожною відповідною гідростатичною подушкою. Кожен відповідний канал для мастила пристосований для з'єднання з окремим ізольованим джерелом стисненого мастила. Інший варіант виконання представленого винаходу включає гібридну гідродинамічну/гідростатичну підшипникову систему для прокатного стану, яка містить шийку прокатного валика. Система містить обойму підшипника, яка має головним чином кільцеву форму, яка, у свою чергу, має внутрішню поверхню для вставляння з можливістю обертанні шийки прокатного валика прокатного стану. Обойма підшипника має певну кількість гідростатичних подушок, сформованих у внутрішній поверхні, і окремий ізольований канал для мастила, сполучений потоком текучої субстанції з кожною відповідною гідростатичною подушкою. Окреме ізольоване джерело стисненого мастила з'єднане з кожним ізольованим каналом для мастила. Додатковий варіант виконання представленого винаходу спрямований на спосіб змащування гідростатичного підшипника в підшипниковій системі для шийки прокатного валика кліті прокатного стану. Спосіб включає передбачення обойми підшипника, яка має головним чином кільцеву форму, яка, у свою чергу, має внутрішню поверхню для встановлення з можливістю обертання шийки прокатного валика прокатного стану. Передбачена обойма підшипника також має певну кількість гідростатичних подушок, сформованих у її внутрішній поверхні, і окремий ізольований канал для мастила, сполучений потоком текучої субстанції з кожною відповідною гідростатичною подушкою. Обойма підшипника встановлюється в кліть прокатного стану. Окреме ізольоване джерело стисненого мастила передбачене для кожного ізольованого каналу для мастила. Кожен відповідний канал для мастила і джерело з'єднані між собою для забезпечення потоку мастила між собою. Гібридні гідродинамічні/гідростатичні підшипники прокатного стану представленого винаходу містять обойми з певною кількістю гідростатичних подушок. Кожна подушка має ізольований канал для мастила, який пристосований для з'єднання з окремим ізольованим джерелом стисненого мастила. В деяких варіантах виконання ізольоване джерело стисненого мастила живиться спеціальним виходом нагнітального насосу. У цей спосіб кожна гідростатична подушка має спеціальне джерело стисненого мастила, подача якого не переривається втратами тиску мастила в інших подушках підшипника системи прокатного стану. Ознаки представленого винаходу можуть використовуватися фахівцями у цій галузі разом або окремо в будь-якій комбінації або субкомбінації. Подальші ознаки варіантів виконання 2 UA 111980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 представленого винаходу і таким чином пропоновані переваги пояснюються далі детальніше з посиланням на спеціальні варіанти виконання, зображені на супровідних кресленнях. Короткий опис креслень Деталі представленого винаходу можуть бути легко зрозумілими шляхом розгляду наступного детального опису разом з супровідними кресленнями, на яких: Фіг. 1 зображає вид поперечного перерізу відомого гібридного гідродинамічного/гідростатичного підшипника прокатного стану, який має гідростатичні подушки; Фіг. 2 зображає схематичний вид відомої системи подачі стисненого масла подушки гідростатичного підшипника для гібридного гідродинамічного/гідростатичного підшипника; Фіг. 3 зображає вид в перспективі обойми гібридного підшипника прокатного стану у відповідності з ілюстративним варіантом виконання представленого винаходу; Фіг. 4 і 4А зображають відповідні види поперечного перерізу альтернативних варіантів виконання ізольованих каналів для мастила для подачі ізольованих джерел стисненого мастила до гідростатичних подушок обойми гібридного підшипника у відповідності з ілюстративними варіантами виконання представленого винаходу, проведеного по лінії 4-4 з Фіг. 3; Фіг. 5-7 зображають схематичні види альтернативних варіантів виконання ізольованих систем подачі стисненого мастила для частини гідродинамічного підшипника обойм гібридних підшипників у відповідності з ілюстративними варіантами виконання представленого винаходу; і Фіг. 8 зображає корпус кліті прокатного стану, який містить обойми гібридних підшипників і ізольовану систему подачі стисненого мастила у відповідності з ілюстративним варіантом виконання представленого винаходу. Для полегшення розуміння, там, де було можливо, використовувалися ідентичні позначення для вказання ідентичних елементів, які є спільними для фігур. Детальний опис Після розгляду наступного опису фахівці у цій галузі будуть чітко розуміти, що деталі представленого винаходу можуть легко використовуватися в гібридних гідродинамічних/гідростатичних підшипникових системах кліті прокатного стану і в системах подачі стисненого мастила для таких підшипників. Загальна конструкція і робота кліті прокатного стану, її відповідних підшипників прокатних валиків, які містять гідростатичні подушки, і систему подачі стисненого масла, яка спільно використовується багатьма подушками підшипників, попередньо описані з посиланням на Фіг. 1 і 2, а також в патентах US5000584 і US6468194, на які тут попередньо робилися посилання. Фіг. 3, 4 і 4А зображають варіанти виконання обойм 20 гібридних підшипників представленого винаходу. Обойма 20 підшипника має головним чином кільцеву форму, яка має внутрішню поверхню 24 з відомим облицювальним матеріалом, на який накладений бабіт, який здатен формувати самостворювану гідродинамічну плівку мастила разом з обертовою втулкою 16 підшипника (дивіться Фіг. 1). Системи живлення і подачі мастила для гідродинамічної частини обойми підшипника мають відому конструкцію і, коротко кажучи, детально тут не обговорюються. Обойма підшипника має певну кількість живильних вхідних каналів 22 для подачі масла, які, відповідно, відповідають кожній подушці 30, 40 гідростатичного підшипника, які сформовані у внутрішній поверхні 24. У варіанті виконання з Фіг. 4 відповідні окремі ізольовані канали 136, 146 для мастила сформовані в обоймі 20 підшипника і сполучені потоком текучої субстанції з кожною відповідною гідростатичною подушкою 30, 40. Кожен відповідний канал 136, 146 для мастила сполучений з каналом 22 для подачі масла, який сформований в осьовому кінці обойми 20 підшипника, який розташований поблизу її відповідних подушок 30, 40 підшипника. Кожен відповідний канал 22/136 і 22/146 для мастила пристосований для з'єднання з окремим ізольованим джерелом стисненого мастила 50, яке зображено як маслопровід. У варіанті виконання з Фіг. 4А відповідні канали 22/236 і 22/246 для мастила виходять з одного і того ж осьового кінця обойми 20 підшипника і, як у варіанті виконання з Фіг. 4, пристосовані для з'єднання з окремим відповідним ізольованим джерелом стисненого мастила і зображені як маслопроводи 50. Фіг. 5-7 схематично зображають альтернативні варіанти виконання систем подачі мастила подушки гідростатичного підшипника, які подають стиснене мастило 50 від окремих ізольованих джерел до кожної окремої подушки 30, 40 підшипника. Падіння тиску або порушення подачі потоку мастила до будь-якої однієї гідростатичної подушки 30, 40, як, наприклад, спричинене протіканням маслопроводу або руйнуванням гідростатичного підшипника між подушкою і шийкою 14 прокатного валика прокатного стану/втулкою 16 підшипника, саме по собі не припиняє подачу мастила до інших гідростатичних подушок в системі прокатного стану, якщо це 3 UA 111980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 не глобальне падіння тиску, спричинюване поламкою одного або більшої кількості насосів для подачі мастила. На Фіг. 5 кожна подушка 30, 40 гідростатичного підшипника в обоймі 20 підшипника живиться стисненим мастилом за допомогою спеціальних окремих незалежних насосів 60, відповідні виходи 64 яких з'єднані з нею відповідними маслопроводами 50 і каналами 236, 246 для масла. На Фіг. 6 насос 160 з багатьма виходами подає стиснене мастило до кожного з окремих відповідних маслопроводів 50 і каналів 236, 246 для масла крізь окремі спеціальні виходи 164. Насос 160 сконструйований так, що зміна тиску в будь-якому одному контурі для подачі мастила до подушки 30, 40 гідростатичного підшипника не припиняє подачу стисненого мастила до інших контурів для подачі мастила, з'єднаних з іншими виходами 164 насосу. Відповідний незалежний насос з багатьма виходами, придатний для застосування в реалізації на практиці представленого винаходу, є насосом з кульовим стопорним клапаном. На Фіг. 7 чотири виходи або випускний насос 260 з кульовим стопорним клапаном одночасно подають стиснене мастило до чотирьох окремих подушок гідростатичного підшипника крізь чотири незалежні та ізольовані виходи 264. Хоча ілюстративні варіанти виконання представленого винаходу використовують насоси з кульовим стопорним клапаном, може використовуватися будь-який тип насосу, який має один або більшу кількість ізольованих виходів за умови, що вихідний контур будь-якого насосу не піддається дії змін у вихідному тиску об'єму потоку в іншому вихідному контурі. Фіг. 8 зображає схематичне представлення корпуса 70 кліті прокатного стану, який має пару гідродинамічних і гідростатичних підшипників 10, які утримують з можливістю обертання відповідні шийки прокатних валиків. Єдиний корпус 70 кліті має пару гібридних гідродинамічних і гідростатичних підшипників, кожен з яких має відповідні незалежні та ізольовані канали 136, 146 для масла, які з'єднані з відповідними ізольованими маслопроводами 50. Загалом, кожен корпус кліті має чотири гідростатичні подушки в парах 30, 40 для кожного з двох підшипників 10 для загалом чотирьох маслопроводів 50. Кожен маслопровід 50 з'єднаний з виходом вихідного насосу 260 з кульовим стопорним клапаном. Кондиціоноване мастило (наприклад, відфільтроване, охолоджене і так далі) подається до входу 62 насосу з кульовим стопорним клапаном. Таким чином, кожен корпус 70 прокатної кліті може оснащуватися одним автономним насосом 260 для подачі стисненого мастила. Хоча були зображені і детально описані різні варіанти виконання, які містять деталі представленого винаходу, фахівці у цій галузі можуть легко розробляти багато інших різноманітних варіантів виконання, які все ще містять ці деталі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Обойма гібридного гідродинамічного та гідростатичного підшипника для прокатного стана, який містить шийку прокатного валика, при цьому обойма має головним чином кільцеву форму, яка має внутрішню поверхню для встановлення з можливістю обертання шийки прокатного валика прокатного стана; певну кількість гідростатичних подушок, сформованих на її внутрішній поверхні; і окремий ізольований канал для мастила, сполучений потоком текучої субстанції з кожною відповідною гідростатичною подушкою, при цьому кожен відповідний канал для мастила пристосований для з'єднання з окремим ізольованим джерелом стисненого мастила. 2. Обойма підшипника за п. 1, яка відрізняється тим, що в ній сформований кожен канал для мастила. 3. Обойма підшипника за п. 2, яка відрізняється тим, що відповідні канали для мастила сполучені з її зовнішньою поверхнею. 4. Обойма підшипника за п. 2, яка відрізняється тим, що відповідні канали для мастила сполучені з її осьовим кінцем. 5. Обойма підшипника за п. 4, яка відрізняється тим, що має два осьові кінці, кожен з яких, відповідно, сполучений з одним із відповідних каналів для мастила. 6. Обойма підшипника за п. 1, яка відрізняється тим, що в кожній зоні навантаження має пару гідростатичних подушок і пару відповідних ізольованих каналів для мастила. 7. Обойма підшипника за п. 6, яка відрізняється тим, що має пару гідростатичних подушок і пару відповідних ізольованих каналів для мастила, при цьому її внутрішня поверхня утворює гідродинамічний підшипник. 8. Обойма підшипника за п. 1, яка відрізняється тим, що її внутрішня поверхня утворює гідродинамічний підшипник. 9. Гібридна гідродинамічна і гідростатична підшипникова система для прокатного стана, який містить шийку прокатного валика, при цьому система містить обойму підшипника, яка має 4 UA 111980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 головним чином кільцеву форму, яка має внутрішню поверхню для встановлення з можливістю обертання шийки прокатного валика прокатного стана; певну кількість гідростатичних подушок, сформованих на внутрішній поверхні обойми; і окремий ізольований канал для мастила, сполучений потоком текучої субстанції з кожною відповідною гідростатичною подушкою; і окреме ізольоване джерело стисненого мастила, з'єднане з кожним ізольованим каналом для мастила. 10. Система за п. 9, яка відрізняється тим, що кожен канал для мастила сформований в обоймі і сполучений з осьовим кінцем обойми. 11. Система за п. 9, яка відрізняється тим, що має пару гідростатичних подушок і пару відповідних ізольованих каналів для мастила, і додатково її внутрішня поверхня утворює гідродинамічний підшипник. 12. Система за п. 11, яка відрізняється тим, що ізольоване джерело стисненого мастила є виходом нагнітального насоса для подачі мастила. 13. Система за п. 12, яка відрізняється тим, що додатково містить окремий відповідний незалежний насос, з'єднаний з кожним відповідним каналом для мастила. 14. Система за п. 12, яка відрізняється тим, що додатково містить насос, який має певну кількість ізольованих виходів, відповідно з'єднаних з кожним відповідним каналом для мастила. 15. Система за п. 14, яка відрізняється тим, що насос є насосом з кульовим стопорним клапаном. 16. Система за п. 11, яка відрізняється тим, що має пару обойм підшипника, кожна з яких, відповідно, виконана з можливістю встановлення відповідної шийки прокатного валика прокатного стана, при цьому пара обойм підшипника загалом мають чотири окремі канали для мастила; і насос із стопорним кульовим клапаном, який має принаймні чотири ізольовані виходи, відповідно з'єднані з кожним з чотирьох відповідних каналів для мастила. 17. Спосіб змащування гідростатичного підшипника в гібридній гідродинамічній та гідростатичній системі для шийки прокатного валика прокатного стана, у якому: передбачають обойму підшипника, яка має головним чином кільцеву форму, яка має внутрішню поверхню для встановлення з можливістю обертання шийки прокатного валика прокатного стана, певну кількість гідростатичних подушок, сформованих на внутрішній поверхні обойми, і окремий ізольований канал для мастила, сполучений потоком текучої субстанції з кожною відповідною гідростатичною подушкою; встановлюють обойму підшипника в кліть прокатного стана; передбачають окреме ізольоване джерело стисненого мастила для кожного ізольованого каналу для мастила; і з'єднують між собою із сполученням потоком текучоїсубстанції кожен відповідний канал для мастила і джерело мастила. 18. Спосіб за п. 17, який відрізняється тим, що джерело стисненого мастила вибирають з групи, до якої входять вихід нагнітального насоса для подачі мастила, з'єднаний з каналом для мастила, окремий незалежний єдиний вихідний нагнітальний насос для подачі мастила, з'єднаний з каналом для мастила, при цьому нагнітальний насос для подачі мастила має певну кількість ізольованих виходів, з'єднаних з відповідними каналами для мастила, або насос з кульовим стопорним клапаном, який має багато ізольованих виходів, з'єднаних з відповідними каналами для мастила. 19. Спосіб за п. 17, який відрізняється тим, що у ньому додатково передбачають пару обойм підшипника в корпусі кліті прокатного стана, кожна з яких має пару гідростатичних подушок і пару відповідних ізольованих каналів для мастила, і додатково містить гідродинамічний підшипник, сформований на внутрішній поверхні обойми; і при цьому джерело стисненого мастила є принаймні одним насосом з кульовим стопорним клапаном, який має багато відповідних ізольованих виходів, з'єднаних з відповідним каналом для мастила. 20. Спосіб за п. 17, який відрізняється тим, що у ньому додатково виймають існуючу обойму підшипника перед етапом встановлення; і при цьому джерело стисненого мастила є принаймні одним насосом з кульовим стопорним клапаном, який має багато відповідних ізольованих виходів, з'єднаних з відповідним каналом для мастила. 5 UA 111980 C2 6 UA 111980 C2 7 UA 111980 C2 8 UA 111980 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9