PL191652B1 - Poprzeczno-wzdłużne łożysko ślizgowe - Google Patents

Abstract

1. Poprzeczno-wzdluzne lozysko slizgowe, zna- mienne tym, ze sklada sie z hydrodynamicznego poprzecznego lozyska slizgowego (2), które sklada sie zlozyska poprzecznego stanowiacego wkladke i walu (1) otoczonego przez te wkladke z lozyska poprzecznego, przez co wal (1) otaczany jest z luzem tak, ze pomiedzy walem (1) i wkladka lozy- ska poprzecznego (2) utworzona jest pierwsza szczelina (9), która polaczona jest ze zródlem plynu bedacego pod cisnieniem oraz sklada sie z co naj- mniej jednego hydrostatycznego wzdluznego lozyska slizgowego (3), które zluzem jest umieszczone przeciwlegle do poprzecznie rozciagajacej sie plasz- czyzny czesci (6) walu (1) tak, ze równiez pomiedzy ta wspomniana plaszczyzna czesci (6) walu (1) i poprzecznie usytuowana czescia (12) wzdluznego lozyska slizgowego (3) utworzona jest druga szczeli- na (13), która polaczona jest z pierwsza szczelina (9) tak, ze te wzdluzne lozysko slizgowe (3) zasilane jest poprzez elementy w postaci pierwszej szczeliny (9) i ta pierwsza szczelina (9) pelni funkcje przepustnicy dla wzdluznego lozyska slizgowego (3). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest poprzeczno-wzdłużne łożysko ślizgowe.

Możliwą postacią płynowo-smarowanego wzdłużnego łożyska ślizgowego jest łożysko hydrostatyczne, którego działanie zapewnione jest przez zewnętrzne źródło zasilania zaopatrujące łożysko ślizgowe w płyn będący pod ciśnieniem.

Płyn ten dostarczany jest do łożyska poprzez elementy w postaci ogranicznika przepływu lub przepustnicy, takie jak kapilara lub mały otwór.

Podstawą działania takiego hydrostatycznego łożyska jest to, że kiedy zmniejsza się szczelina łożyska, maleje przepływ i spadek ciśnienia na przepustnicy zostaje zmniejszony. Ciśnienie w szczelinie wzrasta i siła, która powoduje zwężenie szczeliny jest kompensowana.

Te hydrostatyczne łożyska posiadają wysoką odporność na obciążenia w zależności od ciśnienia podawanego płynu, dużą sztywność i nośność, która po części zależy od ilości obrotów.

Szczególnie, jeśli płyn smarujący posiada małą lepkość, taką jak woda, wówczas przepustnica powinna być bardzo mała, w rezultacie czego staje się ona bardzo wrażliwa na zatykanie.

W takim łożysku stosuje się bardzo wąskie tolerancje, szczególnie w odniesieniu do wody, biorąc pod uwagę fakt, że w celu ograniczenia natężenia przepływu, szczelina łożyska musi być możliwie mała.

Ponadto, z powodu przepustnicy, budowa łożyska wzdłużnego jest złożona i takie łożysko jest drogie, zaś w wielu przypadkach konieczne jest zastosowanie pompy w celu otrzymania wystarczającego ciśnienia.

Jedną z postaci poprzecznego łożyska ślizgowego smarowanego płynem jest łożysko hydrodynamiczne, gdzie sam ruch wału zapewnia konieczne ciśnienie płynu smarującego.

Łożysko otacza wał z niewielkim luzem. Podczas oddziaływania sił poprzecznych na wał, wał ustawia się niecentrycznie, w rezultacie czego powstaje klin. Pod wpływem momentu obrotowego wału, płyn jest ściskany do swojej naturalnej ściśliwości, w wyniku czego osiąga się zwiększone ciśnienie. Te zwiększone ciśnienie spowoduje podniesienie wału i zapewni zrównoważenie sił, które przemieściły wał. A zatem, to jest tak jak w stanie równowagi, wał nie będzie wyśrodkowany, a poza tym nie będzie mogło wzrosnąć ciśnienie. Idealnie jest, jeśli niecentryczność zawiera się pomiędzy 60% a 90%.

Takie hydrodynamiczne łożyska są raczej proste i niedrogie, chociaż wymagają wąskich tolerancji wykonania. Są one niezawodne w działaniu, jednak nie przenoszą dużych obciążeń i nie mają dużej sztywności. Niemniej jednak, niekorzystne jest to, że ich nośność zależy od ilości obrotów i, że podczas rozruchu istnieje styk pomiędzy wałem a łożyskiem, w wyniku czego następuje zużycie i ścieranie.

Również znane jest połączenie hydrostatycznego wzdłużnego i hydrostatycznego poprzecznego łożyska w pojedyncze łożysko ślizgowe.

Takie połączone poprzeczno-wzdłużne łożysko ślizgowe opisane jest między innymi w brytyjskim opisie patentowym nr 639 293.

Wał posiada dwa kołnierze, pomiędzy którymi znajduje się nieruchomy pierścień z małym luzem, oraz posiada wiele wgłębień na jego obwodzie wewnętrznym, na którym, poprzez elementy ograniczające wylot, utworzona jest przepustnica i do której dostarczany jest płyn, taki jak powietrze lub para wodna.

Płyn ten przepływa przez wgłębienia do kołnierza i wten sposób tworzy warstewkę płynu wokół wału, która to warstewka płynu łożyskuje poprzecznie. Płyn ten przepływa poprzecznie na zewnątrz przez szczelinę utworzoną poprzez luz pomiędzy obrysem pierścienia i kołnierza, i zapobiega stykowi pomiędzy pierścieniem i kołnierzem lub innymi słowy, zapewnia łożyskowanie wzdłużne.

Faktycznie, wyżej wymieniony patent brytyjski opisuje hydrostatyczne łożysko poprzeczne, które zasilane jest poprzez elementy w postaci kilku przewężeń zasilających różne komory wokół łożyska. Zamiast zasilania hydrostatycznego łożyska wzdłużnego elementami w postaci oddzielnych przewężeń, stosuje się przewężenie, które utworzone jest jako przewężenie łożyska poprzecznego w ciągu z samym łożyskiem poprzecznym.

Z powodu obecności wylotów tworzących przewężenie lub przepustnicę, takie znane połączone łożysko posiada takie same wady jak poprzednio wymienione łożyska wzdłużne, a mianowicie między innymi niebezpieczeństwo zatkania tych przewężeń.

PL 191 652 B1

Zgodnie z wynalazkiem, poprzeczno-wzdłużne łożysko ślizgowe charakteryzuje się tym, że składa się z hydrodynamicznego poprzecznego łożyska ślizgowego, które składa się z łożyska poprzecznego stanowiącego wkładkę i wału otoczonego przez tę wkładkę z łożyska poprzecznego, poprzez co wał otaczany jest z luzem tak, że pomiędzy wałem i wkładką z poprzecznego łożyska utworzona jest pierwsza szczelina, która to pierwsza szczelina połączona jest ze źródłem płynu będącego pod ciśnieniem, po drugie zaś, z co najmniej jednego hydrostatycznego wzdłużnego łożyska ślizgowego, które umieszczone jest z luzem przeciwlegle do poprzecznie rozciągającej się płaszczyzny części wału tak, że również pomiędzy tą wspomnianą płaszczyzną części wału i poprzecznie usytuowaną częścią wzdłużnego łożyska ślizgowego, utworzona jest druga szczelina, która to druga szczelina połączona jest z pierwszą szczeliną tak, że wzdłużne łożysko ślizgowe zasilane jest poprzez elementy w postaci pierwszej szczeliny i ta pierwsza szczelina pełni rolę przepustnicy dla wzdłużnego łożyska ślizgowego.

Charakteryzuje się również tym, że pierwsza szczelina pełni funkcję przepustnicy dla wzdłużnego łożyska ślizgowego, przez co nie jest wymagana zewnętrzna przepustnica, to znaczy wszystkie wspomniane wyżej wady, które występują w takich zewnętrznych przepustnicach, są wyeliminowane.

Pierwsza szczelina i druga szczelina niekoniecznie muszą być ze sobą bezpośrednio połączone. Mogą one być połączone poprzez elementy w postaci komory pomiędzy wałem i obudową łożyska.

Część tej obudowy może bezpośrednio ograniczać szczeliny. Obudowa może również zapewniać wewnątrz jedną lub więcej poduszek łożyskujących lub takich, które ograniczają szczelinę.

Złożone łożysko może być pojedyncze i posiada jednostronne wzdłużne łożysko ślizgowe na obrzeżu łożyska poprzecznego, gdzie druga szczelina połączona jest z jednym obrzeżem pierwszej szczeliny, jednakże w odmianie, złożone łożysko jest dwustronne i zawiera dwa wzdłużne łożyska ślizgowe, gdzie każde z nich znajduje się na obrzeżach poprzecznego łożyska ślizgowego, i gdzie drugie szczeliny dwóch wzdłużnych łożysk ślizgowych połączone są z odpowiednimi dwoma obrzeżami pierwszej szczeliny.

W tym drugim przypadku, połączenie pierwszej szczeliny ze źródłem płynu będącego pod ciśnieniem, korzystnie zachodzi w środku pierwszej szczeliny w dwóch położeniach, które są umieszczone symetrycznie względem środka pierwszej szczeliny.

W innym przypadku, z jednym wzdłużnym łożyskiem, wyżej wymienione połączenie może zachodzić w jakimkolwiek położeniu pierwszej szczeliny, gdzie ciśnienie spada w tej szczelinie w jednym i tym samym natężeniu przepływu płynu, w zależności od miejsca położenia.

Złożone poprzeczno-wzdłużne łożysko ślizgowe nie zawiera wad rozwiązań ze stanu techniki i przez to nie stwarza niebezpieczeństwa zatkania się kapilary lub wylotu, i jest ono relatywnie tanie i zwarte.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój podłużny wału łożyskowanego poprzez elementy w postaci złożonego łożyska ślizgowego zgodnie z wynalazkiem, afig. 2 przedstawia schematyczny przekrój podłużny zgodny z fig. 1, jednakże dotyczący innego przykładu wykonania złożonego łożyska ślizgowego zgodnie z wynalazkiem.

Na fig. 1, wał 1, lub bardziej szczegółowo, obrys tego wału 1, przedstawiony jest w łożyskowaniu poprzecznym i wzdłużnym w smarowanym wodą złożonym poprzeczno-wzdłużnym łożysku ślizgowym 2-3.

Ten wał 1 przymocowany jest, na przykład, do jednego z wirników smarowanego wodą elementu sprężającego i w odniesieniu do wzdłużnego sposobu łożyskowania, pokazany w wyrwaniu na średnicy.

Ponadto zawiera część 4 o większej średnicy i część 5 mającą mniejszą średnicę i utworzone wolne obrzeże tak, że pomiędzy tymi częściami 4 i 5, utworzony jest poprzecznie usytuowany próg, lub innymi słowy, część 6 o poprzecznie usytuowanej płaszczyźnie.

Złożone łożysko ślizgowe 2-3 zasadniczo składa się z hydrodynamicznego poprzecznego łożyska ślizgowego 2 otaczającego część 4 o większej średnicy, i z hydrostatycznego wzdłużnego łożyska ślizgowego 3, które znajdują się w obudowie łożyska 7.

Poprzeczne łożysko ślizgowe 2 posiada poduszkę łożyskującą 8 otaczającą z luzem część wału 1 tak, że znajduje się pomiędzy nimi, tworząc pierwszą wąską szczelinę 9.

Wylot 10 przewodu doprowadzającego 11 rozciąga się przez łożysko ślizgowe 2, do wody pod ciśnieniem Pin, który to przewód łączy się ze źródłem wody pod ciśnieniem nie pokazanym na fig. 1, na przykład przewód z wodą, do wtrysku na wirniki sprężarki, rozprowadzający do szczeliny 9.

PL 191 652 B1

Hydrodynamiczne poprzeczne łożysko ślizgowe 2 zostało obliczone według znanych standardowych metod, na przykład metodą Summerfeld'a, jak opisano między innymi w „Machine-onderdelen” autorstwa Roloff/Matek, str. 450-473, gdzie zostały wzięte pod uwagę warunki pracy, możliwości konstrukcyjne, zastosowany smar, który w podanym przykładzie jest wodą.

Wzdłużne łożysko ślizgowe 3 posiada poduszkę łożyskującą 12 w kształcie pierścienia, która jest przymocowana naprzeciw wyżej wymienionej poprzecznej płaszczyzny części 6 wału 1 i przeciwnie również do poprzecznie usytuowanej części wewnętrznej ściany obudowy łożyska 1, gdzie pomiędzy tą poduszką łożyskującą 12 i częścią płaszczyzny utworzona jest druga szczelina 13. Ta poduszka łożyskująca 12 tworzy zatem poprzecznie usytuowaną część łożyska ślizgowego 3.

Ta druga szczelina 13 połączona jest z wyżej wymienioną pierwszą szczeliną 9 poprzez element w postaci zamkniętej komory 14 w kształcie pierścienia, która jest utworzona pomiędzy dwoma poduszkami łożyskującymi 8i12, pomiędzy wewnętrzną stroną obudowy łożyska 7 i wałem 1.

Te wzdłużne łożysko 3, również zostało obliczone według standardowych metod dla hydrostatycznych łożysk ślizgowych, które są zasilane przez przepustnicę, tak jak to opisano między innymi w „Machine-onderdelen” autorstwa Roloff/Matek, str. 473-479, jednakże z tą różnicą, że zamiast średnicy otworu lub kapilary, jako parametr stosuje się odległość od wyżej wymienionego wylotu 10 w pierwszej szczelinie 9aż do komory 14na obrysie tej szczeliny 9.

W tych klasycznych obliczeniach, równanie matematyczne do obliczenia spadku ciśnienia na przepustnicy, zastąpione jest równaniem opisującym spadek ciśnienia w zespole dotychczas przedstawionym. Spadek ciśnienia na łożysku może zostać obliczony w uproszczony sposób za pomocą następującego równania matematycznego:

ΔΡ = Q-12 visco-L/(0,5 S)³-P-D gdzie:

Q = natężenie przepływu

Visco =lepkośćmedium

L = odległość od otworów do krawędzi łożyska

D = średnica łożyska poprzecznego

S = luz na średnicy łożyska poprzecznego

ΔΡ = spadek ciśnienia na łożysku: P_in-P_ax

Działanie złożonego łożyska ślizgowego 2-3 jest następujące:

Poprzeczne łożysko ślizgowe 2 normalnie funkcjonuje jako hydrodynamiczne łożysko, to znaczy, że płyn który podawany jest do szczeliny 9 pod ciśnieniem Pin tworzy warstwę w kształcie pierścienia na skutek obrotu wału 1, a zatem wał jest podnoszony do pozycji równowagi, jak to pokazano na fig. 1 strzałkami 15. W tej pozycji równowagi, wał 1nie jest wyśrodkowany w poprzecznym łożysku 2.

Wzdłużne łożysko ślizgowe 3 zasilane jest wodą, która wypływa z wylotu 10 w pierwszej szczelinie 9 poprzecznego łożyska ślizgowego 2. Ponieważ szczelina 9 jest bardzo wąska, spadek ciśnienia ΔΡ, któryjest równy natężeniu przepływu, tworzy się na torze pomiędzy wylotem 10 i komorą 14.

W komorze 14 oraz również na wejściu drugiej szczeliny 13 hydrostatycznego wzdłużnego łożyska ślizgowego 3, panuje ciśnienie o wartości P_ax=P_in^P.

W celu zwiększenia ciśnienia podczas działania, wirnikiprzez to również wał 1, powinien być pchany w kierunku osiowym. Siły osiowe wału 1 zaznaczone są na fig. 1 strzałką 16.

Wskutek działania tej siły osiowej, wał 1 będzie przechylony poruszając sięwkierunku strzałki 16. Jednakże, kiedy szerokość szczeliny 3zmniejszy się, natężenie przepływu wody przez szczelinę 13, ale również przez pierwszą szczelinę 9, będzie się zmniejszać, w rezultacie czego spadek ciśnienia ΔP zmniejszy się.

Z powyższego równania matematycznego można wywnioskować, że w rezultacie tego, ciśnienie Pax wzrasta, wkonsekwencji czego wspomniana siła osiowa przeciwdziała do osiągnięcia równowagi.

Gdy siła osiowa zmniejszy się aż do stanu równowagi, szerokość szczeliny 13 będzie rosła, w rezultacie czego natężenie przepływu wody wzrasta i zwiększa się spadek ciśnienia ΔP. W ten sposób, ponownie zmniejsza się ciśnienie Paxaż do stanu równowagi.

A zatem, pierwsza szczelina 9przejmuje funkcję otworu lub kapilary dla wzdłużnego łożyska ślizgowego 3.

Oczywiste jest, że spadek ciśnienia ΔP zależy od długości części szczeliny 9 pomiędzy wylotem 10 ikomorą 14. Na fig.1, wylot 10 znajduje się po środku szczeliny 9, jednakże, poprzez przesunięcie

PL 191 652 B1 tego wylotu 10 w kierunku wzdłużnego łożyska ślizgowego 3 lub poza to łożysko ślizgowe 3, spadek ciśnienia ΔΡ, przy tym samym natężeniu przepływu, odpowiednio zmniejszy się lub wzrośnie.

Podczas obliczania wzdłużnego łożyska ślizgowego 3, przyjmuje się, że jeśli szerokość szczeliny 13 jest minimalna, co zależy od skoku i kanciastości wzdłużnego łożyska ślizgowego 3oraz chropowatości powierzchni, ciśnienie Pax jest możliwie największe, co wkonsekwencji powoduje to, że spadek ciśnienia ΔP jest minimalny. Jednakże, natężenie przepływu wody ciągle musi być wystarczająco duże, by rozproszyć ciepło powstałe na skutek tarcia.

Przy maksymalnej szerokości szczeliny 13, która nie może być zbyt duża, wspomniane ciśnienie P_ax musi być możliwie jak najmniejsze i w konsekwencji spadek ciśnienia ΔP musi być maksymalny.

Postać przykładu wykonania przedstawionego na fig. 2 różni się od postaci poprzednio opisanego przykładu wykonania tym, że złożone łożysko 2-3 jest dwustronne, to znaczy może przenosić siły osiowe wkierunku zaznaczonym strzałką 16 jak również wkierunku przeciwnym, zaznaczonym strzałką 17 na fig. 2,i wtym celu zawiera, oprócz jednego poprzecznego łożyska ślizgowego 2, dwa wzdłużne łożyska ślizgowe 3, które są odpowiednio takie same jak opisane poprzednio łożyska 2, 3.

Wał 1 zawiera dwie części 5 o mniejszej średnicy, a zatem pomiędzy grubszą częścią 4ikażdą z części 5 utworzony jest próg mający część 6 o poprzecznie usytuowanej płaszczyźnie, do której przeciwlegle umieszczone jest wzdłużne łożysko 3.

Poprzez elementywpostaci komory 14, szczeliny 13dwóch poprzecznych łożysk ślizgowych 3 są odpowiednio połączonezobomaobrzeżamiszczeliny9poprzecznegołożyskaślizgowego 2.

Woda, która podawana jest do szczeliny 9 pod ciśnieniem Pin rozdziela się na dwa strumienie zokreślonym natężeniem przepływu, każdy w kierunku szczeliny 13.

Poprzeczne łożysko ślizgowe 2działa tak jak przykład wykonania zgodny z fig. 1. Również dwa wzdłużne łożyska ślizgowe 3 działają wten sam sposób jak to poprzednio opisano, jednakże szerokość jednej szczeliny 13 zmniejsza się jeśli szerokość drugiej rośnie,iodwrotnie.

Zazwyczaj, wylot 10 znajduje się po środku między dwoma wzdłużnymi łożyskami ślizgowymi 3, które są takie same, to znaczy wpozycji równowagi dwie szczeliny 13 będą miały jednakową szerokośćinatężenie przepływu przez te szczeliny też będzie jednakowe. Jak tylko pojawi się odchylenie od stanu równowagi, jedno natężenie przepływu będzie wyższe od drugiego, w rezultacie czego ciśnienie Pax będzie różneibędzie przeciwdziałać zbyt duże ciśnienie osiowe.

W odmianie, przewód doprowadzający 11 rozdzielony jest na dwa przewody boczne, azatem powstają dwa wyloty 10, które zaznaczono linią przerywaną na fig.2, symetrycznie rozprowadzające wszczelinie 9wodniesieniu do środka pomiędzy dwoma wzdłużnymi łożyskami ślizgowymi 3.

Płyn podawany jest do szczeliny 9 poprzez elementy wpostaci przewodu doprowadzającego 11, niekoniecznie płynem tym musi być woda. Może nim być na przykład również olej lub inny płyn smarujący.

Szczeliny 9 i13 niekoniecznie muszą być połączone poprzez elementy w postaci komory 14. Możliwe jest ich wspólne wzajemne połączenie.

Wynalazek nie jest ograniczony opisanymi tu przykładami wykonaniaiprzedstawionymi na figurach rysunku, przeciwnie, takie złożone poprzeczno-wzdłużne łożysko ślizgowe może być wykonane wróżnych odmianach bez naruszania zakresu wynalazku.

Claims (9)

1. Poprzeczno-wzdłużne łożysko ślizgowe, znamienne tym, że składa sięzhydrodynamicznego poprzecznego łożyska ślizgowego (2), które składa się złożyska poprzecznego stanowiącego wkładkę iwału (1) otoczonego przez tę wkładkę złożyska poprzecznego, przez co wał (1) otaczany jestzluzem tak, że pomiędzy wałem (1) i wkładką łożyska poprzecznego (2) utworzona jest pierwsza szczelina (9), która połączona jest ze źródłem płynu będącego pod ciśnieniem oraz składa się zco najmniej jednego hydrostatycznego wzdłużnego łożyska ślizgowego (3), które zluzem jest umieszczone przeciwlegle do poprzecznie rozciągającej się płaszczyzny części (6) wału (1) tak, że również pomiędzy tą wspomnianą płaszczyzną części (6) wału (1) i poprzecznie usytuowaną częścią (12) wzdłużnego łożyska ślizgowego (3) utworzona jest druga szczelina (13), która połączona jest zpierwszą szczeliną (9) tak, że te wzdłużne łożysko ślizgowe (3) zasilane jest poprzez elementy w postaci pierwszej szczeliny(9)ita pierwsza szczelina (9) pełni funkcję przepustnicy dla wzdłużnego łożyska ślizgowego (3).

PL 191 652 B1

2. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza szczelina (9) i druga szczelina (13) są połączone ze sobą poprzez elementy w postaci komory (14) pomiędzy wałem (1) i obudową łożyska (7).

3. Łożysko według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że jest pojedyncze i zawiera jedno wzdłużne łożysko ślizgowe (3) na obrzeżu poprzecznego łożyska (2), gdzie druga szczelina (13) połączona jest z jedną brzegową pierwszą szczeliną (9).

4. Łożysko według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że jest dwustronne i zawiera dwa wzdłużne łożyska ślizgowe (3), każde z nich na obrzeżu poprzecznego łożyska ślizgowego (2), gdzie drugie szczeliny (13) dwóch wzdłużnych łożysk ślizgowych (3) są połączone odpowiednio z obrzeżami pierwszej szczeliny (9).

5. Łożysko według zastrz. 4, znamienne tym, że połączenie pierwszej szczeliny (9) ze źródłem płynu pod ciśnieniem, znajduje się po środku tej szczeliny (9).

6. Łożysko według zastrz. 4, znamienne tym, że połączenie pierwszej szczeliny (9) ze źródłem płynu pod ciśnieniem, znajduje się w dwóch położeniach, które są symetryczne w stosunku do środka tej szczeliny (9).

7. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że połączenie pierwszej szczeliny (9) ze źródłem płynu pod ciśnieniem zawiera przewód doprowadzający (11) z wylotem (10), rozciągający się przez poprzeczne łożysko ślizgowe (2).

8. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że poprzeczne łożysko ślizgowe (2), jak również wzdłużne łożysko ślizgowe (3), posiadają poduszkę łożyskującą (8, 12).

9. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że wał (1) jest wałem wirnika sprężarki.