RU160032U1

RU160032U1 - SUPPORT ASSEMBLY

Info

Publication number: RU160032U1
Application number: RU2014153416/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Михайлов
Original assignee: Александр Николаевич Михайлов
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-02-27

Abstract

1. Опорный узел, содержащий основание, корпус, головку, последовательно соединенные между собой, вал, радиальные подшипники, упор-ограничитель, расположенные вдоль оси вала опорные секции, каждая из которых содержит пяту, установленную на валу с возможностью вращения совместно с валом и восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно него, и подпятник, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты и закрепленный в корпусе, отличающийся тем, что опорная поверхность подпятника состоит из опорных поверхностей самоустанавливающихся сегментов, при этом опорные поверхности самоустанавливающихся сегментов и опорная поверхность пяты содержат твердосплавное покрытие, при этом опорная поверхность пяты твердосплавным покрытием контактирует с твердосплавным покрытием опорной поверхности подпятника, образуя пару трения, а упор-ограничитель содержит опорную секцию, расположенную на валу симметрично остальным опорным секциям относительно плоскости, перпендикулярной оси вала, имеет пяту и подпятник, при этом подпятник закреплен в корпусе, пята, закрепленная на валу без возможности вращения относительно него, установлена с возможностью передачи усилия от вала на подпятник, при этом опорная поверхность пяты имеет возможность контактировать с опорной поверхностью подпятника, образуя пару трения.2. Опорный узел по п. 1, отличающийся тем, что опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника содержат твердосплавное покрытие толщиной 0.1 - 1.0 мм и более каждая.3. Опорный узел по п. 1, отличающийся тем, что пята опорной секции со стороны, противоположной опорной поверхности с твердосплавн1. A support assembly comprising a base, a housing, a head connected in series with each other, a shaft, radial bearings, a stop-limiter, support sections located along the axis of the shaft, each of which contains a heel mounted on the shaft with the possibility of rotation together with the shaft and perception axial force from the shaft side and without the possibility of rotation relative to it, and a thrust bearing, made with the possibility of receiving axial force from the heel side and fixed in the housing, characterized in that the bearing surface of the thrust bearing consists of op the surfaces of the self-aligning segments, while the supporting surfaces of the self-aligning segments and the supporting surface of the heel contain a carbide coating, while the supporting surface of the heel with a carbide coating contacts the carbide coating of the bearing surface of the thrust bearing, forming a friction pair, and the stop limiter contains a supporting section located symmetrically on the shaft the remaining supporting sections relative to the plane perpendicular to the axis of the shaft, has a heel and a thrust bearing, while the thrust bearing is fixed in the housing, heel, fixed on a shaft non-rotatably relative thereto, mounted to transmit force from the shaft to the thrust bearing, wherein the bearing surface has an opportunity to contact the heel with the thrust bearing surface, forming a pair treniya.2. The supporting assembly according to claim 1, characterized in that the supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing contain a carbide coating with a thickness of 0.1 - 1.0 mm or more each. The support node according to claim 1, characterized in that the heel of the support section from the side opposite to the support surface with carbide

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти.The utility model relates to mechanical engineering and can be used, for example, in submersible electric centrifugal pumps for oil production.

Известен упорный подшипник, содержащий пяту, установленную на валу с возможностью вращения совместно с валом и восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно него, подпятник, содержащий самоустанавливающиеся сегменты и выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты (см. Патент РФ №2305212, МПК 51 F16C 17/04, опубл. 27.08.2007 г.). В такой конструкции опорные поверхности самоустанавливающихся сегментов, контактирующие с опорной поверхностью пяты, образуя пару трения, содержат антифрикционное покрытие. В качестве антифрикционного покрытия используются пластмассовые покрытия, например, типа полиэфирэфиркэтон (PEEK), политетрафторэтилен (PTFE), композиционные материалы или другие пластмассовые материалы. Данное техническое решение широко используется в современном машиностроении, т.к. в процессе вращения пяты совместно с валом самоустанавливающиеся сегменты подпятника в зависимости от частоты вращения вала занимают оптимальные положения для передачи осевой нагрузки создавая гидродинамическую подъемную силу на пяту. Тем самым снижается износ трущихся поверхностей.Known thrust bearing containing a heel mounted on the shaft with the possibility of rotation together with the shaft and the perception of axial force from the shaft side and without the possibility of rotation relative to it, a thrust bearing containing self-aligning segments and made with the possibility of perception of axial force from the side of the heel (see RF Patent No. 2305212, IPC 51 F16C 17/04, published on August 27, 2007). In this design, the supporting surfaces of the self-aligning segments in contact with the supporting surface of the heel, forming a friction pair, contain an antifriction coating. As an antifriction coating, plastic coatings are used, for example, such as polyetherethercatone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), composite materials or other plastic materials. This technical solution is widely used in modern engineering, as during the rotation of the heel, together with the shaft, the self-aligning thrust bearing segments, depending on the shaft rotation frequency, occupy optimal positions for transmitting the axial load, creating a hydrodynamic lifting force on the heel. This reduces the wear of rubbing surfaces.

Однако при повышении температуры в зоне трения, соответственно и пластмассовых покрытий самоустанавливающихся сегментов, падает несущая способность упорного подшипника, так как пластмассы теряют несущую способность с повышением температуры. С повышением частоты вращения вала, с повышением нагрузки на вал, соответственно на упорный подшипник, увеличивается выделение тепла и повышение температуры в зоне трения пяты с подпятником. При этом снижается надежность, долговечность, несущая способность упорного подшипника. В то же время ограничение во многих случаях площади трущихся поверхностей в связи с ограничением наружного диаметра упорного подшипника, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи пластовой жидкости, ограничивает грузоподъемность упорного подшипника, не позволяя достигнуть необходимых значений. Это ограничивает применение их при высоких температурах и осевых нагрузках.However, with increasing temperature in the friction zone, respectively, of the plastic coatings of the self-aligning segments, the bearing capacity of the thrust bearing decreases, since the plastics lose their bearing capacity with increasing temperature. With increasing shaft speed, with increasing load on the shaft, respectively, on the thrust bearing, heat generation and temperature increase in the friction zone of the heel with the thrust bearing increase. This reduces the reliability, durability, bearing capacity of the thrust bearing. At the same time, the limitation in many cases of the area of rubbing surfaces due to the limitation of the outer diameter of the thrust bearing, for example, in the installation of submersible electric centrifugal pumps for producing reservoir fluid, limits the load capacity of the thrust bearing, preventing it from reaching the required values. This limits their use at high temperatures and axial loads.

Сегодня возникает значительная потребность в упорных подшипниках (опорных узлах) работоспособных при высоких температурах окружающей среды при высоких оборотах вала и высоких осевых нагрузках от вала на упорные подшипники в условиях ограничения наружных диаметров упорных подшипников. Особенно высока потребность в таких упорных подшипниках (опорных узлах) в нефтедобывающей, газодобывающей отраслях, в атомной энергетике.Today, there is a significant need for thrust bearings (bearing units) that are operable at high ambient temperatures at high shaft speeds and high axial loads from the shaft on thrust bearings under conditions of limited outer diameters of thrust bearings. The demand for such thrust bearings (bearing units) in the oil, gas, and nuclear industries is especially high.

Известен опорный узел, содержащий корпус, вал, расположенные вдоль оси вала, по крайней мере, две опорные секции, каждая из которых содержит упругий элемент, закрепленный на валу упор и закрепленную в корпусе опору, в кольцевой проточке, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора, закреплено антифрикционное кольцо, контактирующее с антифрикционным кольцом, установленным в держателе, который закреплен на основании опоры, (см. Патент РФ №2235226, МПК 7 F16C 17/26, опубл. 10.04.2004 г.).Known support node comprising a housing, a shaft located along the axis of the shaft, at least two supporting sections, each of which contains an elastic element mounted on the shaft stop and fixed in the housing support, in an annular groove made on the inner end surface of the stop, an antifriction ring is fixed in contact with an antifriction ring mounted in a holder that is fixed on the base of the support (see RF Patent No. 2235226, IPC 7 F16C 17/26, published on 04/10/2004).

В такой конструкции допускаемая удельная нагрузка на антифрикционные вставки, изготовленные из керамики или из твердосплавных материалов, имеющих повышенную твердость и теплостойкость по сравнению с металлическими, пластмассовыми и композиционными материалами, позволяет использовать эти вставки в конструкциях опорного узла (упорного подшипника) повышенной грузоподъемности.In such a design, the permissible specific load on antifriction inserts made of ceramic or carbide materials having increased hardness and heat resistance compared to metal, plastic and composite materials allows these inserts to be used in the designs of the support unit (thrust bearing) of increased carrying capacity.

Недостатком данной конструкции является то, что антифрикционные кольца изготовлены из хрупких материалов - керамики или твердого сплава. В настоящее время наиболее часто для таких условий работы применяются вставки и кольца из керамики или из твердых сплавов карбида вольфрама со связкой из кобальта типа ВК8 или карбида вольфрама со связкой из никеля типа СН8. Эти материалы являются дорогостоящими, что приводит удорожанию упорного подшипника. В то же время детали из этих материалов хрупкие, это предъявляет повышенные требования бережного отношения к ним при сборке узла, транспортировке, эксплуатации, ремонтных работах. Особые требования предъявляются к конструкции изделий из этих материалов при повышенных нагрузках на них. Детали из этих материалов не должны иметь концентраторов напряжений, резких переходов с одной толщины на другую, должны иметь равномерную нагрузку по всей поверхности трения. Каналы для охлаждения внутри и на опорных поверхностях пяты и подпятника из этих материалов создают концентраторы напряжения. Отсутствие охлаждения приводит перегреву и разрушению опор, перегреву масла, например, погружного электродвигателя, и ухудшению электроизоляционных свойств масла, к отказу электродвигателя. Изделия из этих материалов разрушаются при вибрационных нагрузках. Недостаточная надежность крепления антифрикционных вставок и колец снижает грузоподъемность опорного узла. Все это приводит к снижению надежности опорного узла, в конечном счете всей установки, в которую он установлен, приводить к необходимости частого ремонта опорного узла для замены антифрикционных вставок и колец узла, к снижению межремонтного периода опорного узла, установки в целом, может привести к разрушению установки, в которую он установлен.The disadvantage of this design is that the antifriction rings are made of brittle materials - ceramics or hard alloy. Currently, inserts and rings made of ceramics or hard alloys of tungsten carbide with a binder of cobalt type VK8 or tungsten carbide with a binder of nickel type CH8 are most often used for such working conditions. These materials are expensive, which increases the cost of the thrust bearing. At the same time, the parts made of these materials are fragile, which makes it more demanding to take care of them during assembly, transportation, operation, and repair work. Particular requirements are imposed on the design of products made of these materials with increased loads on them. Parts from these materials should not have stress concentrators, abrupt transitions from one thickness to another, and should have a uniform load over the entire friction surface. Channels for cooling inside and on the supporting surfaces of the heel and the heel of these materials create stress concentrators. The lack of cooling leads to overheating and destruction of the supports, overheating of the oil, for example, a submersible electric motor, and the deterioration of the electrical insulation properties of the oil, to the failure of the electric motor. Products made of these materials are destroyed by vibration loads. Insufficient reliability of fastening anti-friction inserts and rings reduces the load capacity of the support node. All this leads to a decrease in the reliability of the support unit, ultimately the entire installation in which it is installed, leading to the need for frequent repair of the support unit to replace anti-friction inserts and rings of the unit, to a decrease in the overhaul period of the support unit, the installation as a whole, can lead to destruction installation in which it is installed.

Технической задачей полезной модели является увеличение грузоподъемности опорного узла, повышение надежности его работы, увеличение межремонтного периода и долговечности его работы, путем создания конструкции опорного узла работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.The technical task of the utility model is to increase the load-bearing capacity of the support unit, increase the reliability of its operation, increase the overhaul period and the durability of its operation, by creating a design of the support unit operable under increased axial loads, shaft rotation frequencies and ambient temperature.

Данная техническая задача решается тем, что опорный узел, содержащий основание, корпус, головку, последовательно соединенные между собой, вал, радиальные подшипники, расположенные вдоль оси вала опорные секции, каждая из которых содержит пяту, установленную на валу с возможностью вращения совместно с валом и восприятия осевой силы со стороны вала и без возможности вращения относительно него, подпятник, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты и закрепленный в корпусе, отличающийся тем, что опорная поверхность подпятника состоит из опорных поверхностей самоустанавливающихся сегментов, при этом опорные поверхности самоустанавливающихся сегментов и опорная поверхность пяты содержат твердосплавное покрытие, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля, при этом опорная поверхность пяты твердосплавным покрытием контактирует с твердосплавным покрытием опорной поверхности подпятника, образуя пару трения.This technical problem is solved in that the support node containing the base, housing, head, connected in series with each other, a shaft, radial bearings, supporting sections located along the axis of the shaft, each of which contains a heel mounted on the shaft with the possibility of rotation together with the shaft and perception of axial force from the shaft side and without the possibility of rotation relative to it, a thrust bearing made with the possibility of perception of axial force from the heel side and fixed in the housing, characterized in that the supporting surface the heel consists of the supporting surfaces of the self-aligning segments, while the supporting surfaces of the self-aligning segments and the supporting surface of the heel contain a carbide coating, in particular of tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a binder of nickel, while the supporting surface of the heel with a carbide coating is in contact with the carbide coating the bearing surface of the thrust bearing, forming a friction pair.

Кроме того, опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника содержат твердосплавное покрытие толщиной 0.1 мм - 1.0 мм и более каждая.In addition, the supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing contain a carbide coating with a thickness of 0.1 mm - 1.0 mm or more each.

Кроме того, пята опорной секции со стороны противоположной опорной поверхности с твердосплавным покрытием содержит закрепленный на валу упругий элемент.In addition, the heel of the support section from the side of the opposite support surface with carbide coating contains an elastic element fixed to the shaft.

Кроме того, подпятник выполнен в виде корпуса с опорной поверхностью, контактирующей с пятой образованием пары трения, и сопрягаемого с ним основания, при этом поверхность корпуса подпятника противоположная опорной поверхности выполнена сферической или торовой, а сопрягаемая с ней поверхность основания подпятника выполнена конической или сферической.In addition, the thrust bearing is made in the form of a housing with a supporting surface in contact with the fifth formation of a friction pair and a base mating with it, while the surface of the thrust bearing body opposite to the supporting surface is made spherical or torus, and the mating surface of the thrust bearing base is made conical or spherical.

Кроме того, опорный узел может содержит упор-ограничитель содержащий опорную секцию, расположенную на валу симметрично остальным опорным секциям относительно плоскости перпендикулярной оси вала, имеющую пяту и подпятник, при этом подпятник закреплен в корпусе, пята, закрепленная на валу без возможности вращения относительно него, установлена с возможностью передачи усилия от вала на подпятник, опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника содержат твердосплавное покрытие, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля, при этом опорная поверхность пяты твердосплавным покрытием имеет возможность контактировать с твердосплавным покрытием опорной поверхности подпятника, образуя пару трения.In addition, the support node may include a stop-stop containing a support section located symmetrically on the shaft of the remaining support sections relative to the plane of the shaft axis perpendicular to the shaft, having a heel and a thrust bearing, the thrust bearing being fixed in the housing, a heel fixed to the shaft without rotation with respect to it, mounted with the possibility of transmitting force from the shaft to the thrust bearing, the bearing surface of the heel and the bearing surface of the bearing contain a carbide coating, in particular, of tungsten carbide with a binder of co Viola or tungsten carbide with a nickel binder, wherein the abutment surface the heel carbide coating has the ability to communicate with a carbide coated thrust bearing surface, forming a friction pair.

Кроме того, самоустанавливающиеся сегменты подпятника содержат гидродинамические уклоны.In addition, self-aligning thrust bearing segments contain hydrodynamic slopes.

На фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого опорного узла.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the claimed support node.

На фиг. 2 представлен выносной элемент I фиг. 1, на котором в увеличенном масштабе показана опорная секция опорного узла.In FIG. 2 shows the extension element I of FIG. 1, in which an enlarged scale shows a support section of a support assembly.

На фиг. 3 представлен поперечный разрез А-А фиг. 2, на котором более подробно показаны самоустанавливающиеся сегменты опорной секции.In FIG. 3 is a cross-sectional view AA of FIG. 2, in which self-aligning segments of the support section are shown in more detail.

На фиг. 4 представлен разрез Б-Б фиг. 3, на котором самоустанавливающиеся сегменты подпятника опорной секции содержат гидродинамические уклоны.In FIG. 4 shows a section BB of FIG. 3, in which the self-aligning thrust bearing segments of the support section comprise hydrodynamic slopes.

Опорный узел содержит основание 1, корпус 2, головку 3, последовательно соединенные между собой, вал 4, радиальные подшипники 5, расположенные вдоль оси вала опорные секции 6, каждая из которых содержит пяту 7, установленную на валу 4 опорного узла с возможностью вращения совместно с валом 4 и восприятия осевой силы со стороны вала 4 и без возможности вращения относительно него, подпятник 8, выполненный с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты 7 и закрепленный в корпусе 2. Опорная поверхность 9 подпятника 8 состоит из опорных поверхностей 10 самоустанавливающихся сегментов 11. Опорные поверхности 10 самоустанавливающихся сегментов 11 и опорная поверхность 12 пяты 7 содержат твердосплавные покрытия 13 и 14, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля. Пята 7 опирается на самоустанавливающиеся сегменты И подпятника 8.The support unit includes a base 1, a housing 2, a head 3, serially connected to each other, a shaft 4, radial bearings 5, support sections 6 located along the axis of the shaft, each of which contains a heel 7 mounted on the shaft 4 of the support unit to rotate together the shaft 4 and the perception of axial force from the side of the shaft 4 and without the possibility of rotation relative to it, the thrust bearing 8, made with the possibility of the perception of axial force from the side of the heel 7 and fixed in the housing 2. The supporting surface 9 of the thrust bearing 8 consists of supporting surfaces 10 it self-aligning segments 11. The abutment surfaces 10 of swivel segments 11 and 12 the heel support surface 7 comprise a carbide coating 13 and 14, in particular of tungsten carbide bonded with cobalt or tungsten carbide with a nickel binder. The heel 7 is based on the self-aligning segments AND the thrust bearing 8.

Самоустанавливающиеся сегменты 11 подпятника 8 воспринимают осевую силу со стороны пяты 7. Самоустанавливающиеся сегменты 11 опираются опорными элементами 15, позволяющими сегментам 11 самоустанавливаться, на основание 16 корпуса 17 подпятника 8. Для ограничения перемещения самоустанавливающихся сегментов 11 в ограниченных пределах и не выпадения их из корпуса 17 подпятника 8 при транспортировке служат ограничительные элементы 18, установленные неподвижно в основании 16 корпуса 17 подпятника 8. Подпятник может быть закреплен в корпусе 2 путем установки неподвижно основания 16 корпуса 17 подпятника 8 в корпусе 2. Опорная поверхность 12 пяты 7 твердосплавным покрытием 14 контактирует с твердосплавным покрытием 13 опорной поверхности 9 подпятника 8, образуя пару трения. Поверхности пар трения могут формироваться и из покрытий других твердых сплавов.The self-aligning segments 11 of the thrust bearing 8 receive axial force from the heel 7. The self-aligning segments 11 are supported by supporting elements 15, which allow the segments 11 to self-align, on the base 16 of the housing 17 of the thrust 8. To limit the movement of the self-aligning segments 11 to a limited extent and not to drop them out of the housing 17 during transportation, restrictive elements 18 are used, which are fixedly mounted in the base 16 of the housing 17 of the thrust bearing 8. The thrust bearing can be fixed in the housing 2 by means of Novki stationary base 16 of the housing 17, the thrust bearing 8 in the housing 2. The support surface 12 of the heel 7 carbide coating 14 in contact with carbide coating the bearing surface 13 of thrust bearing 8, 9, forming a pair of friction. The surfaces of friction pairs can also be formed from coatings of other hard alloys.

Основание 1, корпус 2, и головка 3 последовательно соединены между собой, например, посредством резьбы 19. Пята 7 может быть установлена на валу 4 с помощью шпонки 20 или шпонок. Для восприятия пятой 7 осевой силы (нагрузки) со стороны вала 4 на валу может быть установлено упорное кольцо 21 с упором 22.The base 1, the housing 2, and the head 3 are sequentially interconnected, for example, by means of a thread 19. The heel 7 can be mounted on the shaft 4 using keys 20 or keys. To perceive the fifth axial force (load) 7 from the shaft 4, a thrust ring 21 with a stop 22 can be installed on the shaft.

Опорная поверхность пяты и опорная поверхность подпятника содержат твердосплавное покрытие толщиной 0.1 мм - 1.0 мм и более каждая.The supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing contain a carbide coating with a thickness of 0.1 mm - 1.0 mm or more each.

Для обеспечения одновременного контакта всех опорных поверхностей 12 пят 7 и с опорными поверхностями 9 подпятников 8 при работе и компенсации зазоров, возникающих при изготовлении вследствие технологических допусков, пята 7 опорной секции 6 со стороны противоположной опорной поверхности 12 с твердосплавным покрытием 14 содержит закрепленный на валу 4 упругий элемент 23. В качестве упругого элемента могут применяться, например, тарельчатые пружины.To ensure simultaneous contact of all the bearing surfaces 12 of the heel 7 and with the bearing surfaces 9 of the thrust bearings 8 during operation and compensation of the gaps arising from manufacturing due to technological tolerances, the heel 7 of the bearing section 6 from the side of the opposing bearing surface 12 with carbide coating 14 comprises a shaft fixed to the shaft 4 elastic element 23. As the elastic element can be used, for example, Belleville springs.

Подпятник 8 выполнен с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты 7 и закреплен корпусе 2 с помощью втулок распорных 24. В распорных втулках 24 для удобства сборки опорного узла могут быть выполнены отверстия 25. Для компенсации зазоров могут быть применены шайбы 26. Шайбы 26 могут служить для обеспечения необходимого вылета или заглубления торцов вала 4 от посадочных поверхностей 27 и 28 основания 1 и головки 3.The thrust bearing 8 is made with the possibility of receiving axial force from the side of the heel 7 and is fixed to the housing 2 with the help of spacer sleeves 24. In the spacer sleeves 24, holes 25 can be made for the convenience of assembling the support unit. Washers 26 can be used to compensate for the gaps. Washers 26 can serve to ensure the necessary departure or deepening of the ends of the shaft 4 from the seating surfaces 27 and 28 of the base 1 and head 3.

Кроме того, подпятник 8 выполнен в виде корпуса 17 с опорной поверхностью 14, контактирующей с пятой 7 образованием пары трения, и сопрягаемого с ним основания 29. Поверхность 30 корпуса 17 подпятника 8, противоположная опорной поверхности 9, выполнена сферической или торовой, а сопрягаемая с ней поверхность 31 основания 29 подпятника 8 выполнена конической или сферической. Выполнение поверхности 30 корпуса 17 сферической или торовой, а поверхности 31 основания 29 подпятника конической или сферической зависит от технологических возможностей изготовителя и материалов сопрягаемых пар. Два штифта 32 одним концом закреплены на основании 29 подпятника 8 со стороны конической (или сферической) поверхности 31, а другим своим концом размещены в отверстиях, выполненных на торце корпуса 17 подпятника 8, содержащего сферическую или торовую поверхность 30, фиксируя его от вращения относительно продольной оси основания 29. Основание 29 подпятника 8 закреплено в корпусе 2 опорного узла с помощью втулок распорных 24.In addition, the thrust bearing 8 is made in the form of a housing 17 with a supporting surface 14 in contact with the fifth 7 to form a friction pair and a base 29 mating with it. The surface 30 of the housing 17 of the thrust bearing 8, opposite the supporting surface 9, is made spherical or torus, and mating with her surface 31 of the base 29 of the thrust bearing 8 is made conical or spherical. The execution of the surface 30 of the housing 17 is spherical or torus, and the surface 31 of the base 29 of the thrust bearing conical or spherical depends on the technological capabilities of the manufacturer and the materials of the mating pairs. Two pins 32 are fixed at one end on the base 29 of the thrust bearing 8 from the side of the conical (or spherical) surface 31, and their other end are placed in the holes made on the end of the housing 17 of the thrust bearing 8, containing the spherical or torus surface 30, fixing it against rotation relative to the longitudinal the axis of the base 29. The base 29 of the thrust bearing 8 is fixed in the housing 2 of the support unit using spacer bushings 24.

Кроме того, опорный узел содержит упор-ограничитель 33 содержащий опорную секцию 34, имеющую пяту 35 и подпятник 36, и расположенную на валу 4 симметрично остальным опорным секциям 6, при этом подпятник 36 закреплен в корпусе 2 опорного узла с помощью втулок распорных 37. Пята 35 закреплена на валу 4 без возможности вращения относительно вала 4 и установлена с возможностью передачи усилия от вала 4 на подпятник 36. Пята 35 может передать осевое усилие от вала 4 в противоположном направлении чем остальные пяты 7 опорного узла. Пята 35 может быть установлена на валу 4 с помощью шпонки 20 или шпонок. Для восприятия пятой 35 осевой силы со стороны вала 4 на валу 4 может быть установлено упорное кольцо 38 с упором 39. Упорное кольцо 38 предназначено для восприятия осевой нагрузки, при возникновении таковой, от вала 4 противоположной осевым нагрузкам воспринимаемым упорными кольцами 21 от вала 4. Опорная поверхность 12 пяты 35 твердосплавным покрытием 14 имеет возможность контактировать с твердосплавным покрытием 13 опорной поверхности 9 подпятника 36, образуя пару трения. Упорное кольцо 38 ограничивает перемещение вала 4 в одном направлении вдоль оси опорного узла, а упорное кольцо 21 ограничивает перемещение вала 4 в другом направлении вдоль оси опорного узла. Таким образом все опорные секции 6, 34 и вал 4 находятся зафиксированными в корпусе 2 опорного узла в продольном направлении, при этом основную продольную (осевую) нагрузку воспринимают опорные секции 6. При возникновении обратной осевой нагрузки эту нагрузку воспринимает опорная секция 34. Для циркуляции рабочей жидкости (масла) вокруг опорных секций с целью их охлаждения между упором 39 и пятой 35 может быть установлен переходник 40 с отверстиями 41, и выполнены отверстия 42 в пяте 35. Для обеспечения необходимого зазора или натяга между пятой и подпятником опорной секции 34 может быть установлено одно или несколько компенсационных колец 43.In addition, the support node includes an abutment stop 33 comprising a support section 34 having a heel 35 and a thrust bearing 36, and located on the shaft 4 symmetrically to the remaining support sections 6, while the thrust bearing 36 is fixed in the housing 2 of the support node using spacer sleeves 37. Heel 35 is mounted on the shaft 4 without rotation relative to the shaft 4 and installed with the possibility of transferring force from the shaft 4 to the thrust bearing 36. The heel 35 can transmit the axial force from the shaft 4 in the opposite direction than the other heels 7 of the support node. The heel 35 can be mounted on the shaft 4 using the keys 20 or keys. To perceive the fifth axial force 35 from the shaft 4, a thrust ring 38 with a stop 39 can be installed on the shaft 4. The thrust ring 38 is designed to absorb the axial load, if any, from the shaft 4 opposite to the axial loads perceived by the thrust rings 21 from the shaft 4. The supporting surface 12 of the heel 35 carbide coating 14 is able to contact with the carbide coating 13 of the supporting surface 9 of the thrust bearing 36, forming a friction pair. The thrust ring 38 restricts the movement of the shaft 4 in one direction along the axis of the support node, and the thrust ring 21 restricts the movement of the shaft 4 in the other direction along the axis of the support node. Thus, all supporting sections 6, 34 and the shaft 4 are fixed in the longitudinal direction in the housing 2 of the supporting unit, while the main longitudinal (axial) load is perceived by the supporting sections 6. When a reverse axial load occurs, this load is absorbed by the supporting section 34. For circulation of the working fluid (oil) around the support sections in order to cool them between the stop 39 and the fifth 35, an adapter 40 with holes 41 can be installed and holes 42 are made in the heel 35. To provide the necessary clearance or interference between the fifth and Pyatnikov support section 34 may be set to one or more of the wear rings 43.

Кроме того, самоустанавливающиеся сегменты 11 подпятника 8 содержат гидродинамические уклоны 44.In addition, the self-aligning segments 11 of the thrust bearing 8 contain hydrodynamic slopes 44.

В процессе работы опорного узла осевая нагрузка от вала 4 распределяется между всеми опорными секциями 6. Пята 7 опорной секции 6, установленная на валу 4, например, с помощью шпонки 20 или шпонок, в процессе работы вращается совместно с валом 4, воспринимает осевое усилие от вала посредством упорного кольца 21, упора 22 и передает осевое усилие подпятнику 8. Передача осевых усилий от упоров 22 пятам 7 может проводиться посредством упругих элементов 23. Подпятник 8 выполнен с возможностью восприятия осевой силы со стороны пяты 7 и закреплен корпусе 2 опорного узла. Осевое усилие от пяты воспринимается самоустанавливающимися сегментами 11 подпятника 8. Осевое усилие (осевая сила) от самоустанавливающихся сегментов 11 передается посредством опорных элементов 15 основанию 16 корпуса 17 подпятника 8. Опорные элементы 15 позволяют сегментам 11 самоустанавливаться на основании 16, тем самым создают благоприятные условия восприятия осевой силы. Подпятник 8 закреплен в корпусе 2 с помощью втулок распорных 24. Для устранения зазора между подпятником 8 и втулкой распорной 24 могут быть применены шайбы 26. Подпятники 8 посредством втулок распорных 24 и шайб 26 передает осевое усилие корпусу 2. Радиальные нагрузки от вала 4 воспринимают радиальные подшипники 5. Радиальные подшипники 5 могут быть встроены в основание 1 и головку 3 опорного узла. Опорная поверхность 12 пяты 7 и опорная поверхность 9 подпятника 8, состоящая из опорных поверхностей 10 самоустанавливающихся сегментов 11, содержат твердосплавные покрытия 14 и 13, в частности, из карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля, при этом опорная поверхность 12 пяты 7 твердосплавным покрытием 14 контактирует с твердосплавным покрытием 13 опорной поверхности 9 подпятника 8, образуя пару трения.In the process of operation of the support unit, the axial load from the shaft 4 is distributed between all the support sections 6. The heel 7 of the support section 6, mounted on the shaft 4, for example, using a key 20 or keys, rotates together with the shaft 4 during the operation, and receives axial force from the shaft through the thrust ring 21, the stop 22 and transfers the axial force to the thrust bearing 8. The transmission of axial forces from the thrusts 22 to the heels 7 can be carried out by means of elastic elements 23. The thrust bearing 8 is adapted to receive axial force from the side of the heel 7 and is fixed to the housing 2 about ornogo node. The axial force from the heel is perceived by the self-aligning segments 11 of the thrust bearing 8. The axial force (axial force) from the self-aligning segments 11 is transmitted by the supporting elements 15 to the base 16 of the body 17 of the thrust bearing 8. The supporting elements 15 allow the segments 11 to self-align on the base 16, thereby creating favorable conditions for perception axial force. The thrust bearing 8 is fixed in the housing 2 with the help of spacer bushings 24. To eliminate the gap between the thrust bearing 8 and the spacer bush 24, washers 26 can be used. The thrust bearings 8 transmit axial force to the housing 2 by means of the spacer bushings 24 and washers 26. Radial loads from the shaft 4 are absorbed by radial bearings 5. Radial bearings 5 can be integrated into the base 1 and head 3 of the support unit. The supporting surface 12 of the heel 7 and the supporting surface 9 of the thrust bearing 8, consisting of the supporting surfaces 10 of the self-aligning segments 11, contain carbide coatings 14 and 13, in particular of tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a binder of nickel, while the supporting surface 12 heel 7 carbide coating 14 is in contact with the carbide coating 13 of the supporting surface 9 of the thrust bearing 8, forming a friction pair.

Твердосплавное покрытие на опорные поверхности может наноситься, например, методом сверхзвукового газовоздушного напыления. При этом обеспечивается повышенная адгезия слоя твердого материала к опорным поверхностям за счет диффузии расплавленного сплава в материал опорной поверхности, механического сцепления с неровностями опорной поверхности, химического соединения сплава с материалом опорной поверхности. Это позволяет получить особо прочные твердосплавные покрытия. После нанесения покрытия поверхности трения обрабатываются с шероховатостью, необходимой для поверхностей трения подшипников скольжения. Высокая твердость опорных поверхностей из твердосплавных покрытий увеличивает срок службы пар трения опорного узла, как пяты, так и подпятника, приводит к увеличению грузоподъемности, повышению надежности, снижению себестоимости упорного подшипника и к увеличению межремонтного периода эксплуатации опорного узла, соответственно и установки, в которую установлен опорный узел. Высокая температурная стойкость твердосплавного покрытия по сравнению полимерными, композиционными, металлическими, например, баббитовыми, покрытиями позволяет повысить грузоподъемность и надежность опорного узла особенно при работе их при высоких оборотах вала и при высоких температурах окружающей среды. Высокая теплопроводность твердосплавного покрытия способствует повышенному отводу тепла из зоны трения пар трения, что повышает надежность и долговечность работы опорного узла. Малая толщина твердосплавного покрытия по сравнению с вставками и кольцами из антифрикционных материалов, как карбид кремния и твердые сплавы, позволяет уменьшить стоимость, габариты опорного узла.The carbide coating on the supporting surfaces can be applied, for example, by supersonic gas-air spraying. This provides increased adhesion of the layer of solid material to the supporting surfaces due to the diffusion of the molten alloy into the material of the supporting surface, mechanical adhesion to irregularities of the supporting surface, chemical bonding of the alloy with the material of the supporting surface. This makes it possible to obtain particularly durable carbide coatings. After coating, the friction surfaces are machined with the roughness required for the friction surfaces of the sliding bearings. The high hardness of the support surfaces of carbide coatings increases the service life of the friction pairs of the support unit, both the heel and the thrust bearing, leads to an increase in load capacity, increased reliability, lower cost of the thrust bearing and to an increase in the overhaul period of operation of the support unit, respectively, of the installation in which it is installed reference node. The high temperature resistance of the carbide coating compared to polymer, composite, metal, for example, babbitt coatings, allows to increase the load-bearing capacity and reliability of the support unit, especially when working at high shaft speeds and at high ambient temperatures. The high thermal conductivity of the carbide coating contributes to increased heat removal from the friction zone of friction pairs, which increases the reliability and durability of the support unit. The small thickness of the carbide coating compared to inserts and rings made of antifriction materials, such as silicon carbide and hard alloys, allows to reduce the cost and dimensions of the support unit.

Метод сверхзвукового газовоздушного напыления позволяет получить нано структурированные покрытия при использовании нанопорошка исходного материала, например, карбида вольфрама со связкой из кобальта или карбида вольфрама со связкой из никеля. Это позволяет получить сверхпрочные твердосплавные покрытия для пар трения опорного узла.The supersonic gas-air spraying method makes it possible to obtain nanostructured coatings using nanopowder of the starting material, for example, tungsten carbide with a cobalt binder or tungsten carbide with a binder of nickel. This makes it possible to obtain heavy-duty carbide coatings for friction pairs of the support assembly.

Толщина твердосплавного покрытия выполняется исходя из применяемого метода нанесения покрытия, из условий работы опорного узла, в первую очередь она зависит от удельной осевой нагрузки на пяту, соответственно и на подпятник, частоты вращения вала, соответственно пяты, и необходимого срока службы опорного узла. В современном машиностроении востребованы упорные подшипники (опорные узлы) способные работать при повышенных температурах окружающей среды, высоких осевых нагрузках и повышенных частотах вращения вала. Например, сегодня возникает необходимость добычи пластовой жидкости с высокой температурой, более 170°C, из глубоких и сверхглубоких скважин, 4000 м и более. Это накладывают на упорные подшипники (опорные секции) устройств для гидравлической защиты погружного электродвигателя все более повышенные требования по надежности и грузоподъемности, требования по восприятию значительных осевых нагрузок при высоких температурах пластовой жидкости. Это особенно актуально для насосных установок с насосами без осевых опор компрессионной схемы исполнения насосов. При необходимости работы при высоких температурах окружающей среды относительно непродолжительное время (1-2 года) и с частотой вращения вала до 3000 об/мин, толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях пар трения выполняется в пределах 0,1-0,3 мм. При частотах вращения вала до 6000 об/мин при среднейThe thickness of the carbide coating is based on the applied coating method, from the operating conditions of the support unit, first of all, it depends on the specific axial load on the heel, respectively, on the thrust bearing, shaft rotation speed, respectively, of the heel, and the required service life of the support unit. In modern engineering, thrust bearings (support units) are capable of operating at elevated ambient temperatures, high axial loads and increased shaft speeds. For example, today there is a need to produce reservoir fluid with a high temperature, more than 170 ° C, from deep and ultra-deep wells, 4000 m or more. This imposes on the thrust bearings (support sections) of devices for hydraulic protection of a submersible electric motor more and more increased requirements for reliability and carrying capacity, requirements for the perception of significant axial loads at high temperatures of the reservoir fluid. This is especially true for pumping units with pumps without axial bearings of the compression design of the pumps. If it is necessary to work at high ambient temperatures for a relatively short time (1-2 years) and with a shaft rotation speed of up to 3000 rpm, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces of friction pairs is performed in the range 0.1-0.3 mm. At shaft speeds of up to 6,000 rpm with an average

продолжительности работы опорного узла толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях выполняется в пределах 0,2-0,5 мм. Для высоконагруженных опорных секций опорных узлов с высокой частой вращения вала, более 6000 об/мин., например, для гидравлических защит погружных электродвигателей работающих в высокотемпературной среде для насосных установок без осевой опоры в секциях насосов с компрессионной схемой сборки в зависимости от напора насосной установки, частоты вращения вала насоса, глубины добычи нефти, продолжительного срока службы (5 лет и более) опорного узла толщина твердосплавного покрытия на опорных поверхностях пар трения выполняется в пределах 0,4-1,0 мм и более. Применение того или иного карбида вольфрама со связкой из кобальта или того или иного карбида вольфрама со связкой из никеля определяется наличием компонентов для твердосплавного покрытия и необходимостью получения требуемых характеристик твердосплавного покрытия. Поверхности пар трения могут формироваться и из других твердых сплавов. Это позволяет увеличить грузоподъемность опорного узла, повысить надежность его работы, увеличить межремонтный период и долговечность его работы, путем создания конструкции опорного узла работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.the duration of the operation of the support unit, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces is performed within 0.2-0.5 mm. For highly loaded bearing sections of bearing blocks with a high frequent rotation of the shaft, more than 6000 rpm, for example, for hydraulic shields of submersible electric motors operating in a high-temperature medium for pumping units without axial support in pump sections with a compression assembly scheme depending on the pressure of the pumping unit, pump shaft rotation frequency, oil production depth, long service life (5 years or more) of the support unit, the thickness of the carbide coating on the supporting surfaces of friction pairs is within 0.4 -1.0 mm or more. The use of a particular tungsten carbide with a binder of cobalt or a particular tungsten carbide with a binder of nickel is determined by the presence of components for carbide coating and the need to obtain the required characteristics of a carbide coating. The surfaces of friction pairs can also be formed from other hard alloys. This allows you to increase the load bearing capacity of the support node, to increase the reliability of its operation, to increase the overhaul period and the durability of its work, by creating a design of the support node operable with increased axial loads, shaft rotation frequencies and ambient temperature.

Упругие элементы 23 пяты 7, закрепленные на валу 4 со стороны противоположной опорной поверхности 12 с твердосплавным покрытием 14, позволяют одновременно во всех опорных секциях обеспечить равномерный контакт опорных поверхностей 12 пят 7 и с опорными поверхностями 9 подпятников 8 и компенсировать зазоры, возникающие при изготовлении опорного узла. Упругие элементы 23 также способствуют более полному прилеганию трущихся поверхностей 12 и 9, соответственно поверхностей 10 самоустанавливающихся сегментов 11, пяты 7 и подпятника 8 в процессе работы. Тем самым создается благоприятные условия для долговечной работы опорного узла за счет равномерного распределения осевой нагрузки по поверхности пяты 7 и подпятника 8, что значительно снижает износ трущихся поверхностей 12 и 9, повышает надежность, долговечность опорного узла, повышает межремонтный период опорного узла.The elastic elements 23 of the heel 7, mounted on the shaft 4 from the side of the opposite abutment surface 12 with carbide coating 14, can simultaneously ensure uniform contact of the abutment surfaces 12 of the heel 7 and the abutment surfaces 9 of the thrust bearings 8 and compensate for the gaps that occur during the manufacture of the abutment node. The elastic elements 23 also contribute to a more complete fit of the rubbing surfaces 12 and 9, respectively, of the surfaces 10 of the self-aligning segments 11, the heel 7 and the thrust bearing 8 during operation. This creates favorable conditions for the long-term operation of the support unit due to the uniform distribution of the axial load on the surface of the heel 7 and the thrust bearing 8, which significantly reduces the wear of the rubbing surfaces 12 and 9, increases the reliability, durability of the support unit, and increases the overhaul period of the support unit.

Выполнение подпятника 8 в виде корпуса 17 с опорной поверхностью 9, контактирующей с пятой 7 образованием пары трения, и сопрягаемого с ним основания 29, где поверхность 30 корпуса 17 подпятника 8 противоположная опорной поверхности 9 выполнена сферической или торовой, а сопрягаемая с ней поверхность 31 основания 29 подпятника 8 выполнена конической или сферической, при работе опорного узла позволяет за счет возможности смещения сферической (или торовой) поверхности 30 корпуса 17 подпятника 8 относительно конической (или сферической) поверхности 31 основания 29 подпятника 8 обеспечить параллельность трущихся поверхностей 12 и 9 пяты 7 и подпятника 8. Это приводит к полному контакту сопрягающихся поверхностей трения 12 и 9, приводит к увеличению поверхности трения, приводит к снижению удельного давления на единицу площади и уменьшению вибраций. Это позволит повысить грузоподъемность, надежность, увеличит межремонтный период и долговечность опорного узла.The execution of the thrust bearing 8 in the form of a housing 17 with a supporting surface 9 in contact with the fifth 7 to form a friction pair and a base 29 mating with it, where the surface 30 of the housing 17 of the thrust 8 opposite the supporting surface 9 is made spherical or torus, and the base surface 31 mating with it 29, the thrust bearing 8 is made conical or spherical, when the support unit is operating, it allows due to the possibility of displacement of the spherical (or torus) surface 30 of the housing 17 of the thrust bearing 8 relative to the conical (or spherical) surface 31 8 warping thrust bearing 29 provide parallelism friction surfaces 12 and 9 of the heel 7 and the thrust bearing 8. This results in a full contact of the mating friction surfaces 12 and 9, leads to an increase of the friction surface, reduces the specific pressure per unit area and reducing the vibration. This will increase the carrying capacity, reliability, increase the overhaul period and the durability of the support node.

Гидродинамические уклоны 44 на опорной поверхности 10 самоустанавливающихся сегментов 11 подпятника 8 при работе опорного узла способствуют вращающейся пяте 8 увлекать рабочую жидкость в клиновой зазор 45 между трущимися поверхностями 12 пяты 7 и поверхностей 10 самоустанавливающихся сегментов 11 подпятника 8. Гидродинамические уклоны 44 при меньших частотах вращения вала 4, соответственно и пяты 7, позволяют созданию условий, при котором между поверхностями трения 12 и 10 появляется устойчивый слой рабочей жидкости, например, масла, воды или газа, полностью разделяющий их. Тем самым способствуют созданию и повышению гидродинамической подъемной силы на пяту 7, снижению износа поверхностей трения опорного узла, повышению грузоподъемности, надежности, долговечности опорного узла, увеличению межремонтного периода опорного узла, соответственно и установки в которую установлен опорный узел.Hydrodynamic slopes 44 on the supporting surface 10 of the self-aligning segments 11 of the thrust bearing 8 during operation of the supporting node contribute to the rotating heel 8 to draw the working fluid into the wedge gap 45 between the rubbing surfaces 12 of the heel 7 and the surfaces 10 of the self-aligning segments 11 of the thrust bearing 8. Hydrodynamic slopes 44 at lower rotational speeds of the shaft 4, respectively, and the heel 7, allow the creation of conditions under which a stable layer of a working fluid, for example, oil, water or gas, appears between the friction surfaces 12 and 10, completely separating them. Thus, they contribute to the creation and increase of hydrodynamic lifting force by heel 7, reduction of wear of the friction surfaces of the support unit, increase of load-bearing capacity, reliability, durability of the support unit, increase in the overhaul period of the support unit, and accordingly, the installation in which the support unit is installed.

Выполнение таким образом опорного узла позволяет увеличить грузоподъемность опорного узла, повысить надежность его работы, увеличить межремонтный период и долговечность его работы, путем создания конструкции опорного узла работоспособной при повышенных осевых нагрузках, частотах вращения вала и температуре окружающей рабочей среды.The implementation of the support unit in this way allows to increase the load capacity of the support unit, to increase the reliability of its operation, to increase the overhaul period and the durability of its operation, by creating the design of the support unit operable under increased axial loads, shaft rotation frequencies and ambient temperature.

Claims

1. A support assembly comprising a base, a housing, a head connected in series with each other, a shaft, radial bearings, a stop-limiter, support sections located along the axis of the shaft, each of which contains a heel mounted on the shaft with the possibility of rotation together with the shaft and perception axial force from the shaft side and without the possibility of rotation relative to it, and a thrust bearing, made with the possibility of receiving axial force from the heel side and fixed in the housing, characterized in that the bearing surface of the thrust bearing consists of op the surfaces of the self-aligning segments, while the supporting surfaces of the self-aligning segments and the supporting surface of the heel contain a carbide coating, while the supporting surface of the heel with a carbide coating contacts the carbide coating of the bearing surface of the thrust bearing, forming a friction pair, and the stop limiter contains a supporting section located symmetrically on the shaft the remaining supporting sections relative to the plane perpendicular to the axis of the shaft, has a heel and a thrust bearing, while the thrust bearing is fixed in the housing, heel, fixed on a shaft non-rotatably relative thereto, mounted to transmit force from the shaft to the thrust bearing, wherein the bearing surface has an opportunity to contact the heel with the thrust bearing surface, forming a friction pair.

2. The support node according to claim 1, characterized in that the supporting surface of the heel and the supporting surface of the thrust bearing contain a carbide coating with a thickness of 0.1 - 1.0 mm or more each.

3. The support node according to claim 1, characterized in that the heel of the support section from the side opposite to the support surface with carbide coating contains an elastic element fixed to the shaft.

4. The support node according to claim 3, characterized in that the thrust bearing is made in the form of a housing with a supporting surface in contact with the fifth formation of a friction pair and a base mating with it, while the surface of the thrust bearing body opposite to the supporting surface is made spherical or torus, and the mating surface of the thrust bearing base mating with it is made conical or spherical.

5. The support node according to claim 4, characterized in that the bearing surface of the heel and the bearing surface of the thrust bearing of the support section of the stop-limiter comprise a carbide coating, while the bearing surface of the heel with a carbide coating is able to contact the carbide coating of the bearing surface of the thrust bearing, forming a friction pair.

6. The reference node according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the self-aligning segments of the thrust bearing contain hydrodynamic slopes.

7. The support node according to claim 1, characterized in that the supporting surfaces of the thrust bearing and the supporting surface of the heel contain a carbide coating of tungsten carbide with a binder of cobalt or tungsten carbide with a binder of nickel,