PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 12/12

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F16C 17/03 ( ) F16C 17/06 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Segmentowe łożysko ślizgowe (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 12/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/14 (73) Uprawniony z patentu: AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL (72) Twórca(y) wynalazku: PIOTR GRĄDKOWSKI, Kraków, PL JÓZEF SALWIŃSKI, Kraków, PL ANDRZEJ UHRYŃSKI, Wieliczka, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jolanta Woźniak

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest segmentowe łożysko ślizgowe przenoszące wzdłużne lub poprzeczne obciążenie wału obrotowego, stosowane w ogólnej budowie maszyn, zwłaszcza w wysokoobciążonych urządzeniach, przykładowo w turbinach wodnych i parowych. Znanych jest wiele rozwiązań łożysk ślizgowych, w których kołnierz lub czop wału współpracuje ślizgowo podparty na powierzchniach wielu segmentów łożyskowych, zamocowanych wahliwie. Segmenty łożyskowe mają postać promieniowych wycinków pierścienia oporowego lub panwi tulejowej i osadzone są na podporach odchylnych. Hydrodynamiczna praca łożyska powoduje samoczynne odchylanie się segmentów od równoległego położenia powierzchni ślizgowych, które pochylają się tworząc zbieżną szczelinę klina smarnego, wypełnioną smarem płynnym. Często stosowanym rozwiązaniem jest podparcie segmentów na sprężynach śrubowych, co przykładowo obrazuje łożysko według opisu patentowego DE Wskutek oddziaływania sił składowych obciążenia, siły odśrodkowej i lepkości oleju zbieżna szczelina olejowa deformuje się przy większych prędkościach odchylając się promieniowo na zewnątrz - co obniża sprawność łożyska. Znane jest również z opisu patentowego PL rozwiązanie segmentowych łożysk ślizgowych, w którym segmenty łożyskowe ukształtowane z materiału sprężyście odkształcalnego mają budowę, która w strefie górnej realizuje funkcje łożyskowania ślizgowego a w strefie dolnej - którą segmenty osadzane są w gniazdach obudowy - funkcje podporowo-odkształcalne. W warunkach hydrodynamicznego obciążenia strefa dolna odkształca się odchylając powierzchnię łożyskową w położenie klina smarnego. Uzależnienie geometrii klina smarnego od właściwości materiałowych i w pewnym stopniu od losowości charakterystyk podparcia oraz odśrodkowe odchylanie się segmentów na zewnątrz nie pozwalają na tworzenie optymalnej geometrii klina smarnego dla danych warunków pracy łożyska. Segmentowe łożysko ślizgowe według niniejszego wynalazku, pracujące jako wzdłużne lub poprzeczne, ma podobnie jak w powyżej opisanych rozwiązaniach kołnierz lub czop wału współpracujący ślizgowo z powierzchniami wielu segmentów łożyskowych, mających postać promieniowych wycinków pierścienia oporowego lub panwi tulejowej. Istota wynalazku polega na tym, że każdy z segmentów łożyskowych ustalony jest na co najmniej trzech podporach, z których co najmniej dwie stanowią mikrosiłowniki liniowe. Ponad to, w każdym segmencie zabudowane są co najmniej dwa czujniki grubości filmu olejowego, z których sygnały pomiarowe doprowadzone są do oprogramowanego analizatora elektronicznego. Przetworzone sygnały wyjściowe sterują długościami wysunięć poszczególnych mikrosiłowników liniowych, nadając optymalny kształt hydrodynamicznego klina smarnego przy którym występują minimalne opory tarcia, kształt dobrany do aktualnej szybkości obrotowej, obciążenia i lepkości oleju. Segmenty łożyskowe mogą mieć postać sztywną lub sprężyście odkształcalną. Segmenty sztywne podpierane są w strefie krawędzi usytuowanej jako wejściowa względem kierunku obrotów wału na co najmniej jednej stałej podporze przegubowej a w strefie krawędzi wyjściowej na co najmniej dwóch mikrosiłownikach liniowych, bezpośrednio przy których osadzone są czujniki grubości filmu olejowego. Segmenty sprężyście odkształcalne podparte są na wielu mikrosiłownikach liniowych oraz posiadają wiele czujników osadzonych w punktach charakteryzujących kształt klina smarnego. Korzystnym jest, gdy mikrosiłowniki liniowe stanowią membranowe siłowniki hydrauliczne a czujnikami są czujniki pojemnościowe. Łożysko według wynalazku przybliżone jest opisem przykładowych wykonań pokazanych w ujęciu schematycznym na rysunku. Poszczególne figury rysunku przedstawiają; fig. 1 widok z góry na segmenty łożyskowe łożyska wzdłużnego, fig. 2 widok z boku na sztywny segment łożyska wzdłużnego, podparty na jednej podporze przegubowej i na dwóch mikrosiłownikach liniowych, fig. 3 widok perspektywiczny segmentu sztywnego podpartego na trzech mikrosiłownikach liniowych, fig. 4 widok perspektywiczny segmentu odkształcalnego podpartego na wielu mikrosiłownikach liniowych, fig. 5 schemat sterowania kształtem klina smarnego w łożysku wzdłużnym z odkształcalnymi segmentami łożyskowymi a fig. 6 przekrój poprzeczny przez łożysko poprzeczne z segmentami sztywnymi. Pokazane na fig. 1 i 2 wzdłużne łożysko ślizgowe przenosi obciążenie osiowe wału 1 przez czołową powierzchnię łożyskową kołnierza 2 na zestaw ośmiu segmentów łożyskowych 3, z których każdy podparty jest na jednej stałej podporze przegubowej 4 i dwóch mikrosiłownikach liniowych 5 typu membranowego. Wysokość podpory przegubowej 4 wyznacza stałą wysokość h 1 klina smarnego przy krawędzi wejściowej segmentu łożyskowego 3 a wymiar wysunięcia mikrosiłowników liniowych 5,

3 PL B1 3 usytuowanych w pobliżu obu końców krawędzi wyjściowej, ustala regulowaną, minimalną wysokość h 2 klina. Trójpunktowe podparcie sztywnego segmentu łożyskowego 3 nadaje płaszczyźnie łożyskowej położenie o stałych wzdłuż promienia wysokościach h 1 i h 2 klina smarnego. W każdym segmencie łożyskowym 3, na powierzchni łożyskowej osadzone są pojemnościowe czujniki 8 grubości filmu olejowego, usytuowane bezpośrednio w pobliżu miejsc zabudowy podpory przegubowej 4 i mikrosiłowników liniowych 5. Sygnały czujników doprowadzone są do oprogramowanego analizatora elektronicznego 9, gdzie przetworzone są w sygnały wyjściowe sterujące regulatorami 10 medium zasilającego mikrosiłowniki 5, nadającymi wymagane długości wysunięć mikrosiłowników liniowych 5. Schemat połączeń jest ideowo podobny do pokazanego na Fig. 5 dla segmentu odkształcalnego. Na fig. 3 pokazany jest sztywny segment łożyskowy 3 podparty na trzech mikrosiłownikach liniowych 5, a na fig. 4 segment łożyskowy 3 wykonany z materiału sprężyście odkształcalnego podparty ma wielu mikrosiłownikach liniowych 5, co umożliwia dowolne, krzywoliniowe kształtowanie klina smarnego. Na fig. 6 pokazany jest w ujęciu schematycznym przekrój poprzeczny łożyska promieniowego, w którym segmenty 6 podparte mikrosiłownikami liniowymi 7 realizują wynalazek umożliwiając regulację kształtu klinów smarnych. Celowe kształtowanie klina smarnego pozwala na uzyskanie warunków smarowania hydrodynamicznego przy mniejszych szybkościach obrotowych, a wraz ze zmianą prędkości obrotowej możliwe jest takie kształtowanie zbieżności szczeliny aby uzyskiwać maksymalną, możliwą przy danej prędkości obrotowej, grubość filmu olejowego oraz eliminować tendencję do promieniowego pochylania segmentów. Sterowanie geometrią klina smarnego pozwala na zmniejszenie ryzyka utarty ciągłości filmu olejowego wskutek drgań lub niepożądanych odkształceń - poprzez kompensacje zmianą geometrii klina smarnego. Łożyska według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie jako łożyska główne ciężkich maszyn, przykładowo energetycznych, szczególnie tam, gdzie podczas rozruchu i wybiegu maszyny w łożysku głównym tarcie płynne osiąga się poprzez smarowanie hydrostatyczne. Zastosowanie rozwiązania według wynalazku pozwala na krótsza pracę układów hydrostatycznego smarowania, a w średnio obciążonych łożyskach, gdzie przy rozruchu występują warunki tarcia mieszanego możliwe jest skrócenie czasu pracy w niekorzystnych warunkach łożyskowania ślizgowego. Zastrzeżenia patentowe 1. Segmentowe łożysko ślizgowe, wzdłużne lub poprzeczne, w którym kołnierz (2) lub czop wału (1) współpracuje ślizgowo z powierzchniami wielu segmentów łożyskowych (3, 6), mających postać promieniowych wycinków pierścienia oporowego lub panwi tulejowej, osadzonych na podporach odchylnych, znamienne tym, że każdy z segmentów (3, 6) ustalony jest na co najmniej trzech podporach (4, 5), z których co najmniej dwie stanowią mikrosiłowniki liniowe (5, 7), oraz że posiada zabudowane w segmencie (3, 6) co najmniej dwa czujniki (8) grubości filmu olejowego, z których sygnały pomiarowe doprowadzone są do oprogramowanego analizatora elektronicznego (9) a przetworzone w nim sygnały wyjściowe sterują długościami wysunięć poszczególnych mikrosiłowników liniowych (5). 2. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że segmenty (3, 6) mają postać sztywną i każdy z nich podparty jest w strefie krawędzi usytuowanej jako wejściowa względem kierunku (ω) obrotów wału (1) na co najmniej jednej stałej podporze przegubowej (4) a w strefie krawędzi wyjściowej na co najmniej dwóch mikrosiłownikach liniowych (5, 7), przy których osadzone są czujniki (8) grubości filmu olejowego. 3. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że segmenty (3, 6) mają postać sprężyście odkształcalną i każdy z nich podparty jest na wielu mikrosiłownikach liniowych (5, 7) oraz posiada wiele czujników (8) osadzonych w punktach charakteryzujących kształt klina smarnego. 4. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że mikrosiłowniki liniowe (5) stanowią membranowe siłowniki hydrauliczne a czujnikami (8) są czujniki pojemnościowe.

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)