CN102267556A - 采用液压推力轴承的船舶推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用液压推力轴承的船舶推进装置，包括电机（1）和液压推力轴承装置等，液压推力轴承装置包括推力轴承箱体（8），在推力轴承箱体（8）内设有推力轴（19），推力轴（19）的两端分别与齿轮箱（3）的输出轴和推进轴（10）相连；在推力轴承箱体（8）内还设有推力盘（5），推力盘（5）垂直于推力轴（19）且与推力轴（19）固定相连；在推力盘（5）的左右两侧分别各设有一套液压缸组件，在每套液压缸组件和推力盘（5）之间设有一套推力瓦块组；推力瓦块（6）的下表面设有球面凸部（61），球面凸部（61）与活塞支承块（7）形成点支承接触。使用该船舶推进装置能有效降低船舶壳体的结构振动和噪声辐射水平。

Description

采用液压推力轴承的船舶推进装置

技术领域

本发明涉及一种采用液压推力轴承的船舶推进装置，特别适用于对振动和噪声水平要求较高的军舰和潜艇等军用舰船设备。

背景技术

推力轴承是船舶推进轴系的关键设备之一，其主要功能是将动力装置的功率传给推进器，并将推进器产生的推力或拉力传递给船体，以使船舶前进或后退。推力轴承在传递力的同时，螺旋桨受到的脉动推力经由推进轴系、推力轴承、轴承支承结构和轴承基座传递到壳体结构上，在此过程中推力轴承系统起到振动传递载体的作用。因此，推力轴承性能的优劣不仅直接影响船舶动力系统运行的可靠性，而且影响推进轴系的振动传递特性和船舶壳体结构噪声辐射水平。

目前，我国舰艇上大多采用了传统米歇尔式或金斯伯雷式推力轴承，该类推力轴承采用杠杆原理的两层平衡块式支承结构，虽然实现了轴向力载荷在每块瓦上的均匀分布，但是由于支承块之间的刚性碰撞加剧了推力轴承壳体的结构振动噪声的产生和传递。另一方面，由于传统推力轴承与齿轮箱之间的相对径向位移需要通过挠性联轴器进行补偿，这就增加了大量额外的空间和花费。因此，基于以上种种缺陷，传统推力轴承已难以适应当前舰艇越来越高的作战隐蔽性要求。采用减震性能良好，同时可以取代挠性联轴器作用的液压支承推力轴承装置是解决船舶、尤其是舰艇减震降噪问题的有效途径。

具体而言：传统的船用推力轴承通常安装在齿轮箱内，或者作为推进轴系的单独一个箱座式推力轴承与船体通过一系列地脚螺栓相连接，具体安装方式主要由轴系空间要求而定。对于某些将齿轮箱与船舶壳体通过浮筏设备弹性(柔性)连接以吸收结构振动噪声的情况，由于推力轴承要承受巨大的轴向推力，因此推力轴承不能安装在柔性支撑的齿轮箱中。在这种情况下，推力轴承就必须单独安装在一个箱座中并通过地脚螺栓与船舶壳体刚性相连，采用该类型推力轴承的推进轴系如图1所示。电机1和齿轮箱3分别安装于柔性支撑I 13和柔性支撑II 12上，电机1和齿轮箱3通过齿式联轴器2相连，齿轮箱3与推力轴承输出轴24通过挠性联轴器23补偿相对径向位移，这样大大增加了附加空间和额外开支。另外，推力轴承箱体8通过刚性支撑11与船体相连，不可避免地将轴向力所导致的结构振动噪声经由推力瓦块6、上层支承块7、下层支承块22、推力轴承箱体8和刚性支撑底座11传入到船舶壳体，引起壳体结构的激振而降低船舶作战隐蔽性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用液压推力轴承的船舶推进装置，使用该船舶推进装置能在保障船舶动力系统可靠运行的前提下，有效降低船舶壳体的结构振动和噪声辐射水平。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用液压推力轴承的船舶推进装置，包括安装于柔性支撑I上的电机、安装在柔性支撑II上的齿轮箱、推进轴和液压推力轴承装置，电机和齿轮箱通过联轴器相连；液压推力轴承装置包括推力轴承箱体，在推力轴承箱体内设有横向贯穿推力轴承箱体的推力轴，推力轴通过径向滑动轴承、与推力轴承箱体转动相连，推力轴的两端分别与齿轮箱的输出轴和推进轴相连；在推力轴承箱体内还设有推力盘，推力盘垂直于推力轴且与推力轴固定相连；

在推力盘的左右两侧分别各设有一套液压缸组件，每套液压缸组件由排列成环形的若干个的液压缸组成；液压缸之间通过连通管相连通，在每个液压缸中设有一个与液压缸滑动相连的活塞支承块；

在每套液压缸组件和推力盘之间设有一套推力瓦块组；每套推力瓦块组由环形阵列的推力瓦块组成，推力瓦块的数量与液压缸恰好成一一对应的关系；推力瓦块的下表面设有球面凸部；球面凸部与活塞支承块形成点支承接触。

作为本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置的改进：在活塞支承块和液压缸之间设置密封环。

作为本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置的进一步改进：在推力轴承箱体内设置支撑套环，位于支撑套环内的液压缸与支撑套环固定相连。

作为本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置的进一步改进：推力轴的一端通过法兰盘I与齿轮箱的输出轴相连，推力轴的另一端通过法兰盘II与推进轴相连。

作为本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置的进一步改进：电机和齿轮箱通过齿式联轴器相连。

作为本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置的进一步改进：推力轴承箱体与刚性支撑固定相连。

本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置旨在克服传统推力轴承存在的振动噪声问题。

在本发明中，液压推力轴承装置中的推力瓦块通过球面凸部支撑在活塞支承块上，从而形成点支承可倾瓦推力轴承结构。即，推力瓦块采用液压活塞式支承结构，推力轴允许自由径向位移，从而取得代替挠性联轴器的作用。因此在本发明中，齿轮箱直接与推力轴承的推力轴相连(即相对于现有技术取消了挠性联轴器的使用)，比原有结构更加紧凑。

在本发明中，正常工作下每套液压缸组件中各液压缸内的液压油的压力相等，液压油相当于在推力轴承箱体和推力盘之间增加了一层液体阻尼层结构。即，由于位于液压缸内的活塞支承块并不直接与液压缸的底部相接触，这样相当于多了一层阻尼层。活塞支承块与推力轴承箱体之间通过液压油产生附加粘弹性阻尼作用，有效抑制了轴向力脉动产生的结构振动噪声向船舶壳体的传递。

在本发明中，活塞支承块与液压缸之间设有密封环，每套液压缸组件中的各液压缸通过连通管相互贯通，从而保证轴向力载荷在每个推力瓦块上均衡分布。

在本发明中，本发明采用液压活塞支承块的结构形式来代替现有技术中的上下层支承块，这样就相当于将刚性接触转化为具有液体隔离层即附加阻尼层的非刚性接触。

本发明的用于船舶推进轴系的液压推力轴承装置，实际使用时，整个液压推力轴承装置通过刚性支撑与船舶壳体刚性相连，电机带动齿轮箱驱动液压推力轴承装置正常运转，轴向力可通过装在推进轴上的螺旋桨或液压加载装置提供。

本发明的用于船舶推进轴系的液压推力轴承装置，从保证轴向力载荷均衡分布并且有效降低轴系向船舶壳体的结构振动噪声传递率的角度出发，设计了相互贯通的液压活塞式支承结构。采用本发明的液压推力轴承装置不仅使船舶推进轴系更加紧凑、有效节约了设备空间和开支，而且在运行过程中能够在液压支承结构与轴承箱之间形成附加弹性阻尼以吸收结构振动噪声，达到良好的减震降噪效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是采用传统推力轴承装置的推进轴系的结构示意图；

图2是本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置的结构示意图；

图3是图2中的A-A剖的剖面放大示意图；

图4是图2中的液压推力轴承装置的局部放大示意图。

具体实施方式

图2～图4结合给出了一种采用液压推力轴承的船舶推进装置，包括电机1、齿式联轴器2、齿轮箱3、法兰盘I 4、液压推力轴承装置、法兰盘II 9和推进轴10。电机1安装于柔性支撑I 13上(同现有技术)，齿轮箱3安装在柔性支撑II 12上(同现有技术)，从而有效降低了电机1和齿轮箱3的结构振动噪声。电机1和齿轮箱3通过齿式联轴器2相连。

液压推力轴承装置包括推力轴承箱体8，该推力轴承箱体8与刚性支撑11固定相连。在推力轴承箱体8的左端面和右端面分别设有通孔；推力轴19横向贯穿推力轴承箱体8后，推力轴19的左端通过法兰盘I 4与齿轮箱3的输出轴相连，推力轴19的右端通过法兰盘II 9与推进轴10相连。在推力轴承箱体8内分别设有径向滑动轴承20和21，推力轴19通过上述径向滑动轴承20和21与推力轴承箱体8转动相连。在推力轴承箱体8内的纵向中心轴线处设置推力盘5，推力盘5垂直于推力轴19且与推力轴19固定相连。由于推力轴19采用动压径向滑动轴承20和21支撑，同时推力盘5具有一定的径向自由空间，推力轴19可在一定的径向范围内自由移动，因此推力轴19能够通过自身补偿齿轮箱3的径向位移。

在推力盘5的左右两侧分别各设有一套液压缸组件，每套液压缸组件由排列成环形的若干个的液压缸16(如图3所示为8个液压缸16)、包围在上述液压缸16外表面的1个支撑套环18以及连通管14组成，液压缸16的中心轴线与推力轴承箱体8的横向中心轴线相平行。每个液压缸16与支撑套环18固定相连，支撑套环18与推力轴承箱体8通过接触配合。液压缸16之间通过连通管14相连通；即，每套液压缸组件中的液压缸16通过连通管14相互贯通以保证各液压缸16中的液压油17压力相等。在每个液压缸16中设有一个活塞支承块7，在每个液压缸16的内表面均装有密封环15，从而保证活塞支承块7和液压缸16之间的密封性。

在每套液压缸组件和推力盘5之间设有一套推力瓦块组；每套推力瓦块组由环形阵列的推力瓦块6组成，推力瓦块6的数量与液压缸16恰好成一一对应的关系(如图3所示为8个液压缸16)。推力瓦块6的上表面为平面(即与推力盘5相作用的面为平面)，在每个推力瓦块6的下表面均设有球面凸部61。位于每个推力瓦块6下表面的球面凸部61与每个活塞支承块7形成点支承接触。由于球面凸部61通过球面与活塞支承块7形成点支承，这样推力瓦块6在工作时就可以向任意角度倾向，从而形成点支承动压推力轴承形式。正常工作状态下，推力盘5与推力瓦块6之间通过楔形油膜形成动压来承受推力轴19传递的轴向力。即，由于推力盘5轴向通过推力瓦块6支撑，在工作时通过润滑油形成动压润滑性能以承载轴向力作用，表现为动压推力滑动轴承。

由于液压缸16通过连通管14相互贯通以保证各液压缸16中的液压油17压力相等，因此实现了轴向力载荷在各推力瓦块6上的均衡分布。

由于活塞支承块7和液压缸16之间充满液压油17，液压缸16安装在支撑套环18内，支撑套环18直接与推力轴承箱体8接触，在实际工作时，相当于在推力轴承箱体8和推力盘5之间增加了一层液体阻尼层结构(液压油17起到阻尼作用)，有效降低了结构振动噪声由推力轴向推力轴承箱体和船舶壳体的传递率，避免了在推力轴承箱体中增设附加阻尼器。

本发明的采用液压推力轴承的船舶推进装置实际使用时，电机1通过柔性支撑I 13(例如浮筏隔振系统)与船舶壳体相连，齿轮箱3通过柔性支撑II 12(例如浮筏隔振系统)与船舶壳体相连，从而利用浮筏的隔振效果降低电机1和齿轮箱3的振动噪声水平。刚性支撑11与地脚螺栓与船舶壳体相连，从而实现推力轴承箱体8与船舶壳体的刚性相连，刚性支撑11必须具有足够的刚性以确保承受推力轴承巨大的轴向力作用。推进轴10由螺旋桨产生轴向力，而在实验室中则可采用液力加载装置向推进轴10施加轴向力作用(由此模拟螺旋桨产生的轴向力)。

具体内容如下：

1、电机1通过齿式联轴器2驱动齿轮箱3降低输出轴转速，齿轮箱3的输出轴通过法兰盘4带动推力轴19转动；

2、螺旋桨运转产生推力或拉力时，受力侧为工作侧，另一侧为非工作侧。推力盘5随推力轴19一起转动并挤压工作侧推力瓦块6，推力瓦块6绕其下表面的球面凸部61与活塞支承块7的支点倾斜，进而在推力盘5与推力瓦块6之间形成楔形油膜动压效应以承受巨大的轴向力作用。活塞支承块7受压后将液压缸16内的液压油17泵至连通管14中，这样保证每个液压缸16的油压相等，进而实现轴向力载荷在各推力瓦块6上的均衡分布。液压缸16内的压力经由支撑套环18传递到推力轴承箱体8，最后推力轴承箱体8所受到的轴向力通过刚性支撑11和一系列地脚螺栓传递到船舶壳体，以使船舶前进或后退。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.采用液压推力轴承的船舶推进装置，包括安装于柔性支撑I(13)上的电机(1)、安装在柔性支撑II(12)上的齿轮箱(3)、推进轴(10)和液压推力轴承装置，所述电机(1)和齿轮箱(3)通过联轴器相连；其特征是：所述液压推力轴承装置包括推力轴承箱体(8)，在推力轴承箱体(8)内设有横向贯穿推力轴承箱体(8)的推力轴(19)，所述推力轴(19)通过径向滑动轴承(20)、(21)与推力轴承箱体(8)转动相连，推力轴(19)的两端分别与齿轮箱(3)的输出轴和推进轴(10)相连；在推力轴承箱体(8)内还设有推力盘(5)，所述推力盘(5)垂直于推力轴(19)且与推力轴(19)固定相连；

在推力盘(5)的左右两侧分别各设有一套液压缸组件，每套液压缸组件由排列成环形的若干个的液压缸(16)组成；液压缸(16)之间通过连通管(14)相连通，在每个液压缸(16)中设有一个与液压缸(16)滑动相连的活塞支承块(7)；

在每套液压缸组件和推力盘(5)之间设有一套推力瓦块组；每套推力瓦块组由环形阵列的推力瓦块(6)组成，推力瓦块(6)的数量与液压缸(16)恰好成一一对应的关系；所述推力瓦块(6)的下表面设有球面凸部(61)；所述球面凸部(61)与活塞支承块(7)形成点支承接触。

2.根据权利要求1所述的采用液压推力轴承的船舶推进装置，其特征是：在活塞支承块(7)和液压缸(16)之间设置密封环(15)。

3.根据权利要求2所述的采用液压推力轴承的船舶推进装置，其特征是：在推力轴承箱体(8)内设置支撑套环(18)，位于支撑套环(18)内的液压缸(16)与支撑套环(18)固定相连。

4.根据权利要求3所述的采用液压推力轴承的船舶推进装置，其特征是：所述推力轴(19)的一端通过法兰盘I(4)与齿轮箱(3)的输出轴相连，推力轴(19)的另一端通过法兰盘II(9)与推进轴(10)相连。

5.根据权利要求4所述的采用液压推力轴承的船舶推进装置，其特征是：所述电机(1)和齿轮箱(3)通过齿式联轴器(2)相连。

6.根据权利要求5所述的采用液压推力轴承的船舶推进装置，其特征是：所述推力轴承箱体(8)与刚性支撑(11)固定相连。

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