Тандемний упорний підшипниковий вузол ковзання

1. Тандемний упорний підшипниковий вузол ковзання, що містить корпус підшипникового вузла і установлені усередині нього на валу послідовно принаймні два упорні підшипники ковзання, кожний з яких включає п'яту і підп'ятник, споряджений опорою, який відрізняється тим, що кожний з упорних підшипників споряджений еластичною демпфірувальною прокладкою, уведеною між підп'ятником, який включає дві спряжені між собою по сферичній поверхні складові частини, і опорою цього підп'ятника, при цьому опори підп'ятників нерухомо установлені відносно корпусу підшипникового вузла. 2. Підшипниковий вузол за п.1, який відрізняється тим, що кожний з упорних підшипників виконаний одностороннім. 3. Підшипниковий вузол за п. 1, який відрізняється тим, що один з упорних підшипників виконаний двостороннім. Винахід стосується галузі машинобудування, а саме конструкцій упорних підшипників ковзання для валів або обертових осей машин і устаткування і може бути використаний, наприклад, у заглибних відцентрових електронасосах для добування із глибоких свердловин пластової рідини (нафтогазової суміші), міжпластової закачки і т.д. При збільшенні осьових навантажень, які прикладаються до вала, доводиться використовувати більші упорні підшипники, що призводить до збільшення поперечних розмірів корпусів. У випадках, коли поперечний розмір корпусу обмежений умовами галузі застосування, застосовуються компактні підшипники, надійність роботи яких при великих осьових навантаженнях, що прикладаються, є недостатньо високою. У свердловинних відцентрових електронасосах для піднімання рідини із глибоких свердловин, які мають невеликі поперечні розміри, обмежені діаметром свердловини, застосовуються компактні упорні підшипники ковзання, до яких прикладаються великі осьові навантаження. Осьове зусилля, що передається крізь вал насоса на упорний підшипник, є прямо пропорційним величині напору заглибного відцентрового насоса, яка збільшується зі збільшенням висоти піднімання рідини із свердловини. Застосування відомих конструкцій підшипників у свердловинних заглибних відцентрових електронасосах для добування нафтоводяної суміші із глибоких свердловин малого діаметра не дозволяє забезпечити достатньо надійну роботу електронасосів через високий тиск стовпа рідини, який передається на упорні підшипники, і через те, що реальна площина контакту п'яти і підп'ятника упорного підшипника складає лише частку потенціальне можливої, розрахункової площини їх контакту. Відомий двосторонній упорний підшипник ковзання, який використовується у пристрої для гідравлічного захисту заглибного електродвигуна для свердловин [патент України на корисну модель № 7, кл. Н02К 5/12, опубл. 29.03.1996], що містить корпус підшипника і установлені усередині корпусу підшипника на валу п'яту, верхній і нижній підп'ятники, верхню і нижню опорні гайки, розташовані нерухомо відносно корпусу (19) UA (11) 76030 (13) C2 (21) 20040907313 (22) 07.09.2004 (24) 15.06.2006 (46) 15.06.2006, Бюл. № 6, 2006 р. (72) Білокінь Ігор Іванович, Стеценко Юрій Миколайович, Щербина Олексій Володимирович, Угрімов Володимир Анатолійович, Макогон Володимир Анатолійович (73) Білокінь Ігор Іванович, Стеценко Юрій Миколайович, Щербина Олексій Володимирович, Угрімов Володимир Анатолійович, Макогон Володимир Анатолійович (56) US 4275938, F16C17/04, 30.01.1981 RU 2162171, F16C17/00, 17/04, 23/04, 20.01.2001 UA 7, F16H1/10, 30.04.1993 SU 1479739, F16C17/02, 15.05.1989 US 4000559, F16C32/00, 04.01.1977 US 4033647, F16C19/04, 05.07.1977 3 76030 4 підшипника. має недостатній ресурс. Недоліком відомого упорного підшипника є те, Найближчим аналогом підшипникового вузла, що, наприклад, при роботі пристроя для що заявляється, є тандемний упорний гідравлічного захисту заглибного електродвигуна у підшипниковий вузол ковзання [патент США № глибокій свердловині, єдиний компактний упорний 4275938, кл. F16C 17/04, опубл. 30.06.1981], що підшипник зазнає високий питомий тиск на помістить корпус підшипникового вузла і установлені верхню контакту пари тертя п'ята-підп'ятник від всередині нього на валу послідовно два упорних осьових зусиль, які передаються до нього крізь підшипника ковзання, кожний з яких включає п'яту вал насоса в напрямку до заглибного електродвиі підп'ятник, споряджений опорою. гуна, через велику величину напору насоса, обуОпори підп'ятників установлені рухомо мовлену великою висотою піднімання рідини із відносно корпусу підшипникового вузла з глибоких свердловин. Причому додаткове можливістю зміщення уздовж осі вала в збільшення питомого тиску на упорний підшипник протилежні боки відносно одна одної під дією осьобумовлене тим, що навантаження у суцільній ового зусилля, яке передається крізь вал на п'яті та підп'ятнику розподілене нерівномірно, а підп'ятники за допомогою важільного механізма, реальна площа контакту п'яти і підп'ятника не що складається, щонайменше, з трьох двоплечих перевищує 30-35% від потенціальне досяжної хитних важелів (коромисел), установлених на площі контакту, яка дорівнює загальній площі тих осях. поверхонь п'яти і підп'ятника, які прилягають одна Перевагою цієї відомої конструкції, у до одної, внаслідок чого питомий тиск на одиницю порівнянні з розглянутими вище відомими площі контакту у два-три рази перевищує розраконструкціями, є можливість підвищення допустихункову величину. мого осьового навантаження на підшипник без Відомий упорний підшипник ковзання з самозбільшення поперечних габаритних розмірів установним регулювальним механізмом [патент підшипникового вузла за рахунок перерозподілу Російської Федерації № 2162171, кл. F16C17/00, осьового навантаження на підп'ятники між двома 17/04, 23/04, опубл. 20.01.2001] частково позбавпослідовно установленими на валу упорними лений недоліків розглянутого вище відомого упорпідшипниками. Це дає можливість підвищити ного підшипника. Цей упорний підшипник містить надійність роботи і збільшити ресурс упорних корпус і жорстко установлене у ньому несуче підшипників у таких галузях застосування, для кільце з підп'ятником з антифрикційним покриттям, яких є характерним дія високих питомих осьових п'яту у вигляді шайби, регулювальний механізм. тисків на поверхню тертя упорних підшипників, Регулювальний механізм виконаний у вигляді двох наприклад, при роботі упорних підшипників у запар діаметрально розташованих цапф, установлеглибних відцентрових електронасосах для добуних відносно одна одної під кутом 90°, і деталі, вання нафтоводяної суміші з глибоких свердловин розміщеної між несучим кільцем і підп'ятником. малого діаметру. Одна пара цапф жорстко установлена у Підшипниковий вузол, обраний як найближчий підп'ятнику з можливістю забезпечення його хианалог технічного рішення, що заявляється, має тання у проміжній деталі відносно осі їх установки. такі недоліки. Друга пара діаметрально розташованих цапф усВажільний механізм має складну конструкцію. тановлена в проміжній деталі з можливістю забезСамоустановлення підп'ятника на декількох двоппечення хитання підп'ятника і деталі в несучому лечих хитних важелях утруднене, потребує кільці відносно осі їх установки. Цей упорний високої точності виготовлення та індивідуального підшипник має підвищену надійність у роботі, у підбору геометрії плечей. Величина осьового напорівнянні з розглянутим вище упорним вантаження обмежена геометрією осей, на яких підшипником, за рахунок забезпечення контакту розташовані двоплечі хитні важелі. Крім того, п'яти та підп'ятника по усій площі поверхні їх приконструкція важільного механізма потребує лягання одна до одної при будь-яких погрішностях індивідуального підбору зазорів між цим конструкції та технології в межах технологічних механізмом і корпусом підшипникового вузла, які допусків розмірів, автоматично компенсуючи не при роботі підшипникового вузла неминуче будуть тільки ексцентриситет, який виникає при змінюватися, що може призводити до втрати неспіввісності деталей обертання, але й при рухомості важільного механізма в осьовому нанепересічних осях, розвантажуючи увесь механізм прямку і, як наслідок цього, до припинення від динамічних ударів, перекосів і заклинювання. перерозподілу осьового навантаження між Однак ця відома конструкція обмежує підп'ятниками. Це викликає вихід з ладу тандемноможливості застосування упорних підшипників, не го упорного підшипникового вузла внаслідок збільшуючи їх поперечні розміри, при істотному підвищення питомого тиску на підп'ятник. збільшенні навантаження на підп'ятник під дією В основу винаходу поставлена задача ствоосьової сили, яка прикладається до нього з боку рення тандемного упорного підшипникового вузла вала насоса, наприклад, у глибоких вузьких ковзання, в якому за рахунок уведення нових свердловинах для добування нафтоводяної елементів - еластичних демпфіруючих прокладок і суміші, оскільки допустимий питомий тиск на упорїх розташування як пропоновано у поєднанні з ний підшипник залежить від матеріалу п'яти і новою формою виконання підп'ятників і новою підп'ятника, від зовнішнього діаметра вала і формою зв'язку їх опор з корпусом підшипникового внутрішнього діаметра корпусу підшипника. вузлазабезпечується можливість підвищення Єдиний компактний упорний підшипник при висонадійності роботи упорних підшипників і їх ресурких осьових тисках працює недостатньо надійно і су. 5 76030 6 Поставлена задача вирішується тим, що в підп'ятником 4, а саме його нижньою частиною 6, і тандемному упорному підшипниковому вузлі ковопорою 8 цього підп'ятника уведена еластична зання, який містить корпус підшипникового вузла і демпфіруюча прокладка 9. Нижній упорний установлені усередині нього на валу послідовно, підшипник включає п'яту 10 і підп'ятник 11, викопринаймні, два упорних підшипника ковзання, кожнаний складеним, аналогічно до підп'ятника 4. ний з яких включає п'яту і підп'ятник, споряджений Підп'ятник 11 складається з двох окремих частин: опорою, згідно з винаходом, кожний з опорних верхньої частини 12 і нижньої частини 13, які підшипників споряджений еластичною спряжені між собою по сферичній поверхні 14 демпфіруючою прокладкою, уведеною між (див. фіг.4). Підп'ятник 11 споряджений опорою 15. підп'ятником, що включає дві спряжені між собою Між підп'ятником 11, а саме його нижньою частипо сферичній поверхні складові частини, і опорою ною 13, і опорою 15 цього підп'ятника уведена цього підп'ятника, при цьому опори підп'ятників еластична демпфіруюча прокладка 16. Опори 8, нерухомо установлені відносно корпусу 15 нерухомо установлені відносно корпусу 1 підшипникового вузла. підшипникового вузла за допомогою нарізного Допускається виконання кожного з упорних з'єднання 17 і штифтів 18. підшипників одностороннім. В упорному підшипниковому вузлі ковзання, Допускається також виконання одного з упорзображеному на фіг.1, обидва упорні підшипники них підшипників двостороннім. виконані односторонніми, для сприймання осьовоЗгідно з винаходом, перерозподіл осьового го зусилля, направленого зверху униз. В упорному навантаження між упорними підшипниками підшипниковому вузлі, зображеному на фіг.2, досягається простішими і надійнішими засобами, верхній упорний підшипник виконаний ніж важільний механізм, без збільшення поперечдвостороннім, для сприймання як осьового зусилних габаритних розмірів, - за рахунок уведення ля, направленого зверху вниз, так і осьового зуеластичних демпфіруючих прокладок між нерухосилля, направленого знизу уверх, а нижній упормими опорами підп'ятників і самоустановними ний підшипник виконаний одностороннім, для підп'ятниками, які складаються з двох окремих сприймання осьового зусилля, направленого зверчастин, взаємно спряжених по сферичній поверхні. ху униз. Уведення і пропоноване розташування еластичних Корпус 1 підшипникового вузла виконаний демпфіруючих прокладок і пропонована форма трубчастим і споряджений на його верхньому і виконання підп'ятників забезпечує також більш нижньому кінцях внутрішньою різзю, за допомогою рівномірний розподіл осьового тиску на поверхні якої забезпечується виконання нарізного з'єднання тертя упорних підшипників і збільшення площі 17 з частинами корпусу пристроя, в якому поверхні тертя, внаслідок чого зменшується питоустановлюється корпус 1, наприклад, з ніпелями мий осьовий тиск. Завдяки цьому, досягається багатосекційного заглибного насоса або ніпелем і збільшення допустимого осьового навантаження головкою електродвигуна (фіг.1), або з ніпелем і на упорні підшипники без збільшення поперечних нижньою головкою пристроя для гідравлічного габаритних розмірів тандемного упорного захисту заглибного електродвигуна (фіг.2). Кожна підшипникового вузла ковзання. Отже, винахід з п'ят 3, 10 виконана у вигляді шайби, зафіксованої забезпечує підвищення надійності роботи і від переміщення уверх уздовж осі вала 2 за допозбільшення ресурсу упорних підшипників ковзання. могою, принаймні, двох вкладишів 19, 20 Суть винаходу пояснюється конкретними привідповідно, виконаних у вигляді кільцевих кладами виконання і кресленнями, на яких: сегментів. Ці вкладиші установлені на шийках вала фіг.1 - загальний вигляд тандемного упорного 2 впритул до верхніх сторон п'ят 3, 10 відповідно і підшипникового вузла ковзання у варіанті його призначені також для передавання від вала 2 до виконання для односторонніх осьових навантацих п'ят прикладеного до цього вала осьового зужень, поздовжній розріз уздовж осі вала, згідно з силля, направленого зверху униз. Вкладиші 20 винаходом; щільно установлені в кільцевому заглибленні, вифіг.2 - загальний вигляд тандемного упорного конаному у верхній стороні п'яти 10. Верхня частипідшипникового вузла ковзання у варіанті його на 5 і нижня частина 6 підп'ятника 4, а також верхвиконання для двосторонніх осьових навантажень, ня частина 12 і нижня частина 13 підп'ятника 11 поздовжній розріз уздовж осі вала, згідно з винадля забезпечення самоустановлення виконані у ходом; вигляді двох деталей однакового поперечного фіг.3 - виносний елемент перерізу підп'ятника розміру, які щільно прилягають одна до одної верхнього упорного підшипника; сферичними поверхнями. У кожній з цих деталей фіг.4 - виносний елемент перерізу підп'ятника одна сторона плоска, а друга - або випукла або нижнього упорного підшипника. ввігнута і утворена сферичною поверхнею. У Тандемний упорний підшипниковий вузол ковверхніх частин 5, 12 підп'ятників 4, 11 відповідно зання (фіг.1-4) містить корпус 1 підшипникового нижня сторона випукла, верхня - плоска, у нижніх вузла і два послідовно установлених усередині частин 6, 13 підп'ятників 4, 11 відповідно нижня нього на вертикальному валу 2 упорних сторона плоска, а верхня - ввігнута. Верхня частипідшипника ковзання. Верхній упорний підшипник на 5 і нижня частина 6 підп'ятника 4, а також верхвключає п'яту З і підп'ятник 4, виконаний складеня частина 12 і нижня частина 13 підп'ятника 11 ним. Підп'ятник 4 складається з двох окремих часустановлені, для забезпечення самоустановлення, тин: верхньої частини 5 і нижньої частини 6, спряпослідовно і співвісно уздовж вала 2 впритул одна жених між собою по сферичній поверхні 7 (див. до одної з можливістю переміщення верхніх часфіг.3). Підп'ятник 4 споряджений опорою 8. Між тин 5, 12 відносно нижніх частин 6, 13 підп'ятників 7 76030 8 4, 11 відповідно. Верхні частини 5, 12 підп'ятників п'ятою 3 і п'ятою 10 на валу 2 установлена цилінд4, 11 прилягають верхньою плоскою стороною до рична втулка 23 для обмеження переміщення п'янижньої сторони п'ят З, 10 відповідно, а нижні части 3 уздовж осі вала 2 і передавання направленого тини 6, 13 підп'ятників 4, 11 нижньою плоскою стоуверх зусилля крізь п'яту 3, верхній підп'ятник 21 і роною прилягають до верхньої сторони еластичверхню опору 22 до корпусу 1. них демпфіруючих прокладок 9, 16 відповідно. Тандемний упорний підшипниковий вузол ковВерхні частини 5, 12 і нижні частини 6, 13 зання, виконаний згідно з винаходом, працює тапідп'ятників 4, 11 відповідно виконані з широкими ким чином. отворами в центральній частині такої величини, При роботі пристроя, в якому що у зібраному стані упорного підшипникового використовується тандемний упорний вузла вони розташовані з великим зазором підшипниковий вузол згідно з винаходом, зусилля, відносно вала 2, що враховує технологічні допуски направлене уздовж осі вала 2 зверху униз, крізь виготовлення на неспіввісність деталей вкладиші 20, п'яту 10, верхню 12 і нижню 13 частипідшипникового вузла і можливі радіальні ни підп'ятника 11, включаючи поверхню 14 їх відхилення положення вала 2 при роботі цього спряження, і крізь еластичну демпфіруючу провузла. Еластичні демпфіруючі прокладки 9, 16 ракладку 16 передається на опору 15. Водночас це зом з нижніми частинами 6, 13 підп'ятників 5, 11 зусилля крізь вкладиші 19, п'яту 3, верхню 5 і нижвідповідно щільно установлені в заглибленнях ню 6 частини підп'ятника 4, включаючи сферичну опор 8, 15 відповідно. поверхню 7 їх спряження, крізь еластичну Опора 8 верхнього упорного підшипника роздемпфіруючу прокладку 9 і опору 8 також ташована з невеликим технологічним зазором передається на опору 15. При цьому, завдяки невідносно внутрішньої поверхні стінки корпусу 1. рухомому з'єднанню опори 15 з корпусом 1 за доВона виконана у вигляді стакана зі стовщеним помогою нарізного з'єднання 17, нерухомому дном, установленого дном уверх, причому цей з'єднанню опори 8 з опорою 15 за допомогою стакан охоплює, з зазором в радіальному і осьоштифтів 18 та наявності еластичних вому напрямках, п'яту 10, а також верхню частину демпфіруючих прокладок 9, 16, прикладене уз12 і нижню частину 13 підп'ятника 11. Опора 8 довж осі вала 2 зусилля приблизно порівну нижнім торцем упирається в опору 15 нижнього розподіляється між парою тертя "п'ята 3 - верхня упорного підшипника і з'єднана з нею, наприклад, частина 5 підп'ятника 4" і парою тертя "п'ята 10 штифтами 18. Опорою 15 може бути, наприклад, верхня частина 12 підп'ятника 11". За допомогою ніпель багатосекційного відцентрового насоса або прокладок 9, 16 і завдяки виконанню верхніх часголовка електродвигуна (фіг.1), або нижня головка тин 5, 12 і нижніх частин 6, 13 підп'ятників 4, 11 пристроя для гідравлічного захисту свердловинновідповідно у вигляді кільцевих деталей, які щільно го заглибного електродвигуна (фіг.2), які є складоприлягають одна до одної сферичними поверхнявими частинами корпусу пристроя, в якому може ми, досягається рівномірний розподіл осього тиску бути установлений упорний підшипниковий вузол, по поверхням тертя упорних підшипників. Цим що заявляється. Таким чином, опори 8, 15 є нерудосягається мінімально можливий питомий осьохомими відносно корпусу 1. вий тиск на поверхні тертя в упорному У прикладі виконання упорного підшипнипідшипниковому вузлі, що забезпечує підвищену кового вузла згідно з винаходом, ілюстрованому надійність роботи і збільшення ресурсу упорного фіг.2, верхній упорний підшипник виконаний двоспідшипникового вузла. Досягненню високих тороннім. У цьому підшипнику п'ята 3 показників надійності і ресурсу сприяє також продвостороння, тобто дві торцеві сторони є поверхстота конструкції, нерухомість опор підп'ятників. нями тертя підшипника ковзання, і він містить, у При роботі упорного підшипникового вузла, додаток до нижнього підп'ятника 3 і нижньої опори зображеного на фіг.2, у разі прикладання зусилля 8, верхній підп'ятник 21 і верхню опору 22. Верхній до вала 2 уздовж осі цього вала знизу уверх, п'ята підп'ятник 21 верхнього упорного підшипника має 3 переміщається уверх до упирання у верхній плоску нижню сторону. Верхня опора 22 виконана підп'ятник 21. При цьому осьове зусилля у вигляді кільцевої деталі з широким отвором у передається до корпусу 1 крізь вкладиші 20, втулцентрі та з зовнішньою різзю для нарізного з'єдку 23, п'яту 3, підп'ятник 21 і опору 22. нання з корпусом 1 підшипникового вузла. Між 9 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 76030 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601