CN103842667B

CN103842667B - 增压器的止推轴承装置

Info

Publication number: CN103842667B
Application number: CN201280047183.1A
Authority: CN
Inventors: 林慎之; 铃木浩
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: JP5524427B2; WO2013099600A1; US9169865B2; JPWO2013099600A1; US20140233873A1; EP2799731A4; EP2799731B1; CN103842667A; EP2799731A1

Abstract

本发明提供一种增压器的止推轴承装置。止推轴承装置（40A）由固定于旋转轴（12）的涡轮机侧止推环（42）以及压缩机侧止推环（44）和配置在这些止推环之间的止推轴承（46）构成。在止推轴承（46）设置有油路（48），所述油路（48）用于向形成在止推轴承（46）与止推环（42、44）之间的滑动接触面供给润滑油（r）。止推环（42、44）的径向外侧朝向止推轴承（46）侧倾斜，滑动接触面之间的间隙（c）越朝向径向外侧越狭窄，成为基部区域间隙（c1）＞外周端间隙（c2）。间隙（c）的径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大。因此，能够抑制润滑油（r）从径向外侧出口流出。

Description

增压器的止推轴承装置

技术领域

本发明涉及一种抑制供给至止推轴承的润滑油因通过旋转轴的旋转产生的离心力而向外周侧流出的增压器的止推轴承装置。

背景技术

在增压器中，因压缩机侧与涡轮机侧的压力差而在旋转轴产生推力。因此，以限制旋转轴向推力方向移动为目的设置了止推轴承。止推轴承大多情况下使用斜面式止推轴承等结构简单的轴承。但是，当旋转轴的转速较快时，离心力朝向旋转轴的径向外侧作用于润滑油。因此，增加了润滑油向外周侧的流出。

在增压器的旋转轴固定有止推环，该止推环与止推轴承对置配置，且向止推轴承施加推力。通常情况下，止推环很难无误差地制作成与止推轴承平行，因此在止推轴承与止推环的对置面的外周侧区域，间隙有时会扩大。在旋转轴的转速较快且较大的离心力作用于润滑油的情况下，若有在该对置面的外周侧扩大的间隙，则从该间隙流出大量的润滑油，有可能导致止推轴承的负载能力极端地下降。

在专利文献1中，公开了一种废气涡轮增压器的止推轴承装置。该止推轴承装置具备：固定于旋转轴的涡轮叶轮以及压缩机叶轮；固定于旋转轴的涡轮机侧止推环以及压缩机侧止推环；以及固定于轴承壳体且从两侧滑动接触有所述2个止推环，并承受施加于旋转轴的推力载重的止推轴承。

在专利文献2中，公开了一种设置于水轮、泵等流体设备的斜面式止推轴承。专利文献2提出了促进形成润滑油膜并增大止推轴承的载重负载能力的止推轴承。该斜面式止推轴承由最深部与槽连接设置的倾斜面和与倾斜面的上升斜度末端连接设置的水平面构成。并且，倾斜面与水平面的边界线相对于径向倾斜。即，润滑油的流出方向为与旋转轴一同旋转的止推环的转速矢量和通过旋转而产生于润滑油的离心力的速度矢量的合力的方向。在专利文献2中，为了抑制润滑油流出，所述边界线倾斜成径向外侧区域朝向与旋转方向相反的方向。

在图8～图10中示出作为本发明人等在完成本发明之前研究的中间技术（非公开）的增压器的止推轴承装置。附图中，该止推轴承装置100将涡轮机侧止推环106沿轴正交方向（径向）延伸而卡止在形成于旋转轴102的台阶104。压缩机侧止推环108通过按压部件110固定于该旋转轴102，该按压部件110与所述涡轮机侧止推环106对置并嵌合于旋转轴102。在2个止推环106、108之间存在有止推轴承112，该止推轴承112的直径大于该止推环106、108的直径且沿轴正交面内方向（径向）延伸。2个止推环106、108与旋转轴102一同朝箭头a方向旋转，而止推轴承112固定于轴承壳体（省略图示）。施加于旋转轴102的推力经由2个止推环106、108被止推轴承112吸收，限制了旋转轴102朝推力方向移动。

在止推轴承112设置有向与2个止推环106、108的滑动接触面供给润滑油ｒ的油路112a。如图10所示，止推轴承112由锥面114和脊面116构成，所述锥面114由朝向旋转轴102的旋转方向a的下游侧形成上升斜度的倾斜平面构成，所述脊面116与锥面114的上升斜度末端连接设置且与止推轴承112的外周侧平面形成同一平面。如图9所示，形成在锥面114与脊面116之间的台阶118以及边界线120朝向径向。通过旋转轴12的旋转，向径向外侧作用有离心力b。

在该结构中，若止推环106或108与止推轴承112的外周侧的轴正交方向（径向）间隙c因制作误差等原因而被扩大，则在较大的离心力作用于润滑油ｒ时，从间隙c流出大量的润滑油。由此，有可能导致止推环与止推轴承之间的油膜压力下降，从而导致止推轴承的负载能力极端地下降。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2009-197772号公报

专利文献2：日本专利公开2006-183702号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

由于增压器的旋转轴以例如高达20万rpm的高速旋转，因此较大的离心力作用于润滑油。因此，即使如专利文献2所公开那样具有使倾斜面与水平面的边界线倾斜成径向外侧区域朝向与旋转方向相反的方向的构件，也难以充分地抑制润滑油从止推轴承流出。

本发明鉴于这种课题，其目的在于以简单且低成本的构件抑制润滑油因增压器的旋转产生的离心力的作用而从止推轴承流出，并较高地维持止推轴承的载重负载能力。

用于解决技术课题的手段

为了实现这种目的，本发明的增压器的止推轴承装置具备：

涡轮叶轮以及压缩机叶轮，所述涡轮叶轮以及所述压缩机叶轮固定于旋转轴；

涡轮机侧止推环以及压缩机侧止推环，所述涡轮机侧止推环以及所述压缩机侧止推环固定于该旋转轴；以及

止推轴承，其固定于轴承壳体且从推力方向两侧滑动接触有所述2个止推环，承受施加于所述旋转轴的止推载重，所述增压器的止推轴承装置的特征在于，

所述增压器的止推轴承装置具备：

油路，其形成于止推轴承或所述2个止推环，以使向由该2个止推环和所述止推轴承形成的轴正交方向即径向的滑动接触面之间供给润滑油；以及

间隙，其在所述轴正交方向即径向的滑动接触面之间形成润滑油膜，

形成所述润滑油膜的间隙以径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大的方式形成。

在本发明中，在由2个止推环和止推轴承形成的滑动接触面采用所述结构。由此，能够抑制润滑油在形成于所述滑动接触面的间隙因离心力的作用向外周方向流出。因此，能够较高地保持该滑动接触面之间的油膜压力，因此能够提高止推轴承的载重负载能力。因此，能够降低止推环与止推轴承相接触而损伤的风险。并且，由于提高了止推轴承的载重负载能力，因此能够使止推轴承缩小其相应量，进而能够减少因止推环与止推轴承之间的摩擦引起的增压器的动力损失。

在本发明中，可以具备由倾斜面和平面沿旋转轴的周向交替配置而成的油膜压力形成结构，所述倾斜面设置于构成所述滑动接触面的一个面且形成润滑油的积存空间，并且所述倾斜面沿旋转轴的周向形成上升斜度，所述平面与该倾斜面的上升斜度末端连接设置且与对置面平行。在这种油膜压力形成结构中，从油路供给至滑动接触面之间的润滑油进入倾斜面内而形成油膜。润滑油沿旋转轴的旋转方向转动，进入倾斜面的上升斜度内而逐渐提高油膜压力，在与上升斜度末端连接设置的平行平面成为最大压力。因此，能够较高地保持滑动接触面的油膜压力。

另外，在油膜压力形成结构形成于止推轴承的情况下，朝向旋转方向的下游侧形成倾斜面的上升斜度。并且，在油膜压力形成结构形成于2个止推环的情况下，关于倾斜面的上升斜度，朝向旋转方向的上流侧形成上升斜度。

在本发明中，可以如下设置：构成所述滑动接触面的至少一个面以越往径向外侧越靠近对置面的方式倾斜配置，该滑动接触面之间的间隙以朝向径向外侧递减的方式构成。如此，通过缩小滑动接触面之间的间隙的径向外侧出口，该间隙的径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大。因此，抑制了润滑油从该间隙流出，进而能够较高地保持该间隙的油膜压力。并且，能够简单且低成本地制造油流出抑制结构。

除了所述结构之外，可以如下设置：在倾斜配置的部位的外侧形成有具有平行的对置面的脊部，所述脊部在径向整个区域维持倾斜部位中最靠近的滑动接触面之间的间隙。通过形成该脊部，能够如前所述那样利用该脊部将油膜压力提高到最大限度。

在本发明中，可设为如下结构：在止推轴承与止推环的滑动接触面的径向外侧部位形成台阶，形成于该滑动接触面之间的间隙在该台阶处弯曲。能够在通过该台阶形成于滑动接触面之间的润滑油膜的径向外侧部位形成弯曲部。由此，在台阶部，该间隙的径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大。因此，能够抑制润滑油因离心力向外周方向流出，进而能够较高地保持滑动接触面之间的油膜压力。并且，能够通过仅在滑动接触面形成台阶这种简单且低成本的加工实现上述目的。

在本发明中，可以如下设置：止推轴承中的从2个止推环朝径向外侧突出的部位形成为比内侧部位厚，在止推轴承的两个表面中的突出部位与内侧部位的边界处形成台阶，该台阶以覆盖2个止推环的外周端面的至少一部分的方式配置。通过该台阶，间隙的径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大。因此，能够抑制润滑油因离心力向外周方向流出，进而能够较高地保持滑动接触面之间的油膜压力。在该结构中，由于仅在止推轴承设置台阶即可，因此能够通过更加简单且低成本的加工实现上述目的。

发明效果

根据本发明，由于设成了在由2个止推环和止推轴承形成的滑动接触面之间形成的间隙中，径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大的结构，因此能够抑制润滑油因离心力从该间隙向外周方向流出，进而能够较高地保持该滑动接触面之间的油膜压力。由此，提高了止推轴承的载重负载能力，因此能够使止推轴承缩小其相应量，进而能够减少因止推环和止推轴承之间的摩擦引起的增压器的动力损失。

附图说明

图1为本发明的第1实施方式所涉及的废气涡轮增压器的主视剖视图。

图2为示出图1的止推轴承装置的局部放大剖视图。

图3为沿图1中的C-C线的剖视图。

图4为沿图1中的D-D线的剖视图。

图5为本发明的第2实施方式所涉及的止推轴承装置的剖视图。

图6为本发明的第3实施方式所涉及的止推轴承装置的剖视图。

图7为本发明的第4实施方式所涉及的止推轴承装置的剖视图。

图8为作为本发明人等在完成本发明之前研究的中间技术的止推轴承装置的剖视图。

图9为沿图8中的A-A线的剖视图。

图10为沿图8中的B-B线的剖视图。

具体实施方式

以下，利用图示的实施方式对本发明进行详细说明。其中，该实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别进行特定的记载，该发明的范围就不限定于此。

（实施方式1）

根据图1～图4对将本发明应用于废气涡轮增压器的第1实施方式进行说明。图1为组装有本实施方式的止推轴承装置的废气涡轮增压器10的整体剖视图。另外，图1省略图示涡轮机壳体以及压缩机壳体。在图1中，沿着中心轴线Ｏ配置旋转轴12，在旋转轴12的轴端固定有涡轮叶轮14，在所述涡轮叶轮14沿径向突出设置有多个涡轮转动叶片16。在旋转轴12的另一端设置有螺纹部18，从螺纹部18嵌合插入有压缩机叶轮20，压缩机叶轮20通过螺母24固定于螺纹部18。在压缩机叶轮20沿径向突出设置有多个压缩机叶片22。

在旋转轴12中，使夹在压缩机叶轮20与涡轮叶轮14之间的中央部分的2个部位通过轴颈轴承26、26支承于轴承壳体28。并且，涡轮转动叶片16利用从涡轮机壳体（省略图示）流入的废气而旋转，涡轮叶轮14、旋转轴12以及压缩机叶轮20以增压器的中心轴线Ｏ为中心旋转。在废气涡轮增压器10中，涡轮叶轮14的轴向力与压缩机叶轮20的轴向力之差即推力载重F朝向附图的右侧（涡轮叶轮14的方向）作用于旋转轴12。另外，根据涡轮叶轮14的入口压力和压缩机叶轮20的出口压力的大小，推力载重F的作用方向还有时朝向与图1的箭头相反的方向发挥作用。

涡轮机侧止推环42以及压缩机侧止推环44固定于旋转轴12，在这些2个止推环之间配置有止推轴承46。止推轴承46的外周侧固定于轴承壳体28。作用于旋转轴12的推力载重F经由止推环42或44被止推轴承46吸收，限制了旋转轴12朝推力方向移动。由这些部件构成了止推轴承装置40A。在轴承壳体28设置有用于向轴颈轴承26、26以及止推轴承装置40A供给润滑油的油路30、32以及34。

图2为止推轴承装置40A的放大剖视图。在图2中，止推轴承46具有圆板形状，且沿轴正交方向（径向）或相对于轴正交方向稍微倾斜地穿设有油路48，所述油路48与设置于轴承壳体28的油路34连通。涡轮机侧止推环42具有L字形的截面，且外周为圆形，该涡轮机侧止推环42与形成于旋转轴12的台阶12a卡止。压缩机侧止推环44具有圆板形状，且通过圆筒形状的按压部件50固定于旋转轴12。

2个止推环42以及44的与止推轴承46的对置面朝向止推轴承46侧倾斜，以使与止推轴承46外周面侧的沿径向形成的滑动接触面之间的间隙c朝向外周侧而逐渐变窄。即，间隙c的大小成为基部区域间隙c1＞外周端间隙c2。另外，在图2中，比实际夸张地图示了间隙c（后述图5～图7也相同）。

如图4所示，在止推轴承46形成有锥面52和脊面54，所述锥面52由沿旋转轴12的旋转方向a的下游侧呈上升斜度的倾斜平面构成，所述脊面54与锥面52的上升斜度末端连接设置，并与止推轴承46的外周侧平面60形成同一平面，且与压缩机侧止推环44的对置面平行。

如图3所示，形成在锥面52与脊面54之间的台阶56以及边界线58相对于径向倾斜。台阶56以及边界线58朝向越往外侧越与旋转方向a相反的方向。即，如图3所示，边界线58朝向中心轴线与同心圆的圆周方向所成的角度θ为锐角的方向。形成于止推轴承46的与压缩机侧止推环44相对的面的这种形状还形成于与涡轮机侧止推环42相对的面。

根据本实施方式，从油路48向止推环42、44与止推轴承46之间的间隙c供给润滑油r。由于间隙c以朝向径向外侧逐渐变窄的方式构成，因此间隙c的径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大。因此，即使通过止推环42、44的旋转而向润滑油r作用有离心力，也能够抑制润滑油r从间隙c向外周侧流出。因此，能够较高地保持间隙c的润滑油r的油膜压力，因此提高了止推轴承46的载重负载能力。因此，能够降低止推环42、44与止推轴承46因相互接触而损伤的风险，并且能够将止推轴承装置40A的大小缩小载重负载能力所提高的量。

并且，由于止推环42、44与旋转轴12一同旋转，因此形成于止推环42、44的表面的润滑油r的边界层也一同旋转。将该边界层的速度矢量设为Vt。该边界层承受由旋转产生的离心力，产生与旋转方向a垂直的方向的速度矢量Vr。因此，该边界层从旋转轴12的切线方向朝外以速度矢量V流动。在本实施方式中，由于边界线58朝向中心轴线与同心圆的圆周方向所成的角度θ为锐角的方向，因此能够抑制润滑油r从间隙c的外周侧出口向径向外侧流出。

另外，在本实施方式中，使止推环42、44的外周侧朝止推轴承46侧倾斜，但代替此，也可以使止推轴承46的两个侧面在外周侧朝止推环42、44侧倾斜。并且，形成于止推轴承46的由倾斜面52和脊面54构成的油膜压力形成结构也可以在与止推轴承46滑动接触的止推环42、44的表面形成。

（实施方式2）

接着，根据图5对将本发明应用于废气涡轮增压器的第2实施方式进行说明。在图5中，本实施方式的止推轴承装置40B除了以下说明的结构以外，还具有与第1实施方式相同的结构。即，止推环42、44在相对于止推轴承46的外周面（径向面）具有倾斜面的倾斜部的外周侧形成有脊部62以及64，所述脊部62以及64形成与止推轴承46的表面平行的平面。虽然倾斜部与止推轴承46之间在外周侧出口处成为最小的间隙c2，但由脊部62、64在径向上维持该最小的间隙c2。

在本实施方式中，由于止推环42、44具有脊部62、64，因此能够利用脊部62、64将油膜压力提高到最大限度。因此，能够进一步提高润滑油r的流出抑制效果，并且与第1实施方式相比，能够进一步提高润滑油r的载重负载能力。

（实施方式3）

接着，根据图6对本发明的第3实施方式进行说明。在本实施方式的止推轴承装置40C中，止推轴承46以及止推环42、44并不像第1实施方式或第2实施方式那样具有倾斜面，而是相对于旋转轴12朝向垂直方向配置。并且，止推轴承46的外周面（径向面）与止推环42、44的径向滑动接触面之间的间隙部位在径向外侧部位形成有朝向旋转轴12的轴线方向的台阶。在本实施方式中，间隙c的大小成为基部区域间隙c1=台阶部间隙c3=外周端间隙c2。即，止推轴承46的内侧部位形成为比外侧部位厚，在外周侧中途位置处在外周两个表面形成有台阶72以及74，将外周端侧形成为窄幅。另一方面，止推环42、44中的与止推轴承46对置的对置面的外侧部位形成为比内侧部位厚，在与台阶72、74对应的位置形成有台阶76、78。

在本实施方式中，由于在止推轴承46与止推环42、44之间的滑动接触面中，通过设置于该滑动接触面的外周侧部位且沿旋转轴12的轴线方向朝向止推轴承46的台阶，使滑动接触面之间的间隙c弯曲，因此台阶部间隙c3的润滑油流出阻力大于基部区域间隙c1。因此，能够抑制润滑油r从外周侧出口流出。因此，能够提高处于间隙c内的润滑油r的油膜压力，进而能够提高润滑油r的载重负载能力。

（实施方式4）

接着，根据图7对本发明的第4实施方式进行说明。在本实施方式的止推轴承装置40D中，止推轴承46中的从止推环42、44向径向外侧突出的部位形成为比与止推环42、44对置的对置面即内侧部位厚，在止推轴承46的两个表面中的突出部位与内侧部位的边界处形成有台阶80以及82。台阶80、82以覆盖止推环42、44的外周端面42a、44a的一个角部的方式配置。由此，在止推环42、44的外周端，间隙c沿着止推环42、44的外周端面42a、44a垂直地弯曲。间隙c的大小为基部区域（轴基侧的周向）间隙c1=外周端（台阶部）间隙c2。

根据本实施方式，通过在止推环42、44的与止推轴承46对置的外周端使间隙c形成弯曲部（台阶部），外周端间隙c2的润滑油流出阻力变得大于基部区域间隙c1的润滑油流出阻力。因此，能够抑制润滑油r从间隙c的出口流出。因此，能够提高处于间隙c内的润滑油r的油膜压力，进而能够提高润滑油r的载重负载能力。

另外，在本发明中，也可以将第3实施方式或第4实施方式的结构与第1实施方式或第2实施方式的结构进行组合。

产业上的可利用性

根据本发明，在增压器的止推轴承装置中，能够以简单且低成本的构件抑制润滑油因离心力的作用而从形成于止推轴承与止推环之间的轴正交方向（径向）的滑动接触面之间的间隙c向外周侧流出，进而能够提高载重负载能力。

Claims

1.一种增压器的止推轴承装置，其具备：

所述增压器的止推轴承装置具备：

油路，其形成于止推轴承或该2个止推环，以使向由所述2个止推环和所述止推轴承形成的轴正交方向即径向的滑动接触面之间供给润滑油；以及

形成所述润滑油膜的间隙以径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大的方式形成，并且

构成所述滑动接触面的至少一个面具有以越往径向外侧越靠近对置面的方式倾斜的倾斜面，所述滑动接触面之间的间隙构成为朝向径向外侧递减。

2.根据权利要求1所述的增压器的止推轴承装置，其特征在于，

所述增压器的止推轴承装置具备由锥面和平面沿所述旋转轴的周向交替配置而成的油膜压力形成结构，所述锥面设置于构成所述滑动接触面的一个面且形成润滑油的积存空间，并且所述锥面沿所述旋转轴的周向形成上升斜度，所述平面与该锥面的上升斜度末端连接设置且与对置面平行。

3.根据权利要求1所述的增压器的止推轴承装置，其特征在于，

在形成所述倾斜面的部位的外侧形成有具有平行的对置面的脊部，所述脊部在径向整个区域维持倾斜部位中最靠近的滑动接触面之间的间隙。

4.根据权利要求1或2所述的增压器的止推轴承装置，其特征在于，

所述增压器的止推轴承装置为如下结构：在所述滑动接触面的径向外侧部位形成有台阶，形成于该滑动接触面之间的间隙在该台阶处弯曲。

5.根据权利要求4所述的增压器的止推轴承装置，其特征在于，

所述止推轴承中的从所述2个止推环朝径向外侧突出的部位形成为比内侧部位厚，在该止推轴承的两个表面中的该突出部位与该内侧部位的边界处形成有台阶，该台阶以覆盖2个止推环的外周端面中的至少一部分的方式配置。

6.一种增压器的止推轴承装置，其具备：

所述增压器的止推轴承装置具备：

为了使形成所述润滑油膜的间隙中的径向外侧部位的润滑油流出阻力比径向内侧部位的润滑油流出阻力大，

在所述止推轴承的外周的两个表面形成有台阶，以该台阶为边界，径向内侧部位形成为比径向外侧部位厚，并且，所述2个止推环的与所述止推轴承的径向外侧部位对置的对置面的径向外侧部位形成为比所述2个止推环的与所述止推轴承的径向内侧部位对置的对置面的径向内侧部位厚，从而呈形成于所述滑动接触面之间的间隙弯曲的结构。