CN104343719B - 一种弹性垫板结构双油膜阻尼轴承及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离心压缩机用高速滑动轴承，具体地说是一种弹性垫板结构双油膜阻尼轴承及其加工方法，阻尼轴承采用弹性垫板结构，在轴承体上形成阻尼油膜，和承载油膜一起构成双油膜高速滑动轴承、具有提高系统阻尼，消除引起系统失稳的诸多因素的功能；阻尼轴承包括轴承体，左右阻油环，弹性垫板，可倾瓦块，在弹性垫板和轴承体之间，加工有阻尼腔，具有压力的润滑油可以到达该阻尼腔，形成阻尼油膜，阻尼油膜与轴承瓦块和轴颈之间的油膜一起，构成双油膜阻尼轴承。本发明采用弹性垫板结构双油膜阻尼轴承，可以抑制不平衡质量激励，特别是转子过临界转速时或者产生气体激振时的振幅。

Description

一种弹性垫板结构双油膜阻尼轴承及其加工方法
技术领域
本发明涉及离心压缩机用高速滑动轴承，具体地说是一种弹性垫板结构双油膜阻尼轴承及其加工方法，适用于各类离心压缩机产品的轴承设计。
背景技术
在离心压缩机运转过程中，转子通过一阶临界转速的时候，会发生轴的振幅值大幅增加的情况，这种现象是机组安全平稳运转的隐患；所以在机组通过临界转速的时候，必须快速通过。在压缩机上，由于气体激振等原因，会使压缩机在运转过程中，突然发生振幅值大大高于正常值的情况。如果能够采取措施，使转子在一阶临界转速时或者是发生气体激振时的阻尼特性发生改变，引起振幅值的显著下降，那么对于保证机组在较小的振幅值下通过临界转速，减小气体激振的影响，从而保证机组运行的安全性具有重要的意义。
在压缩机中，常用的是传统的径向可倾瓦轴承，如图1A、图1B、图2A、图2B所示，传统的径向可倾瓦轴承包括轴承体1、瓦块、左右阻油环2、把合螺钉和销5，瓦块为多个，分为可倾瓦块3和带孔可倾瓦块4，各瓦块沿轴承体1的内孔表面圆周方向均布，并由左右阻油环2限位；轴承体1的内孔直径为d。这种轴承的瓦块在机组中承担径向载荷，瓦块绕着各自支点可以摆动，各瓦块的支点直接与轴承体1的内孔表面接触；瓦块在承担载荷的时候，会与轴颈自动形成一个楔形间隙，在楔形间隙中，充满了油膜，径向可倾瓦轴承正是依靠这种油膜承受载荷，所以在传统的径向可倾瓦轴承中，只有一层油膜，瓦块的支点本身是不能够摆动的。这种传统的径向可倾瓦轴承，转子在一阶临界转速时或者发生气体激振时，无法降低振幅值，机组运转仍然存在安全隐患。
发明内容
为了降低压缩机转子在通过一阶临界转速时候的振幅值，或者为了降低压缩机由于气体激振而引起的振幅值的大幅增加，或者避免转子通过一阶临界转速，由气体激振引起的振幅值过大的现象的发生，本发明的目的在于提供一种双油膜阻尼轴承及其加工方法。该双油膜阻尼轴承给支点以弹性，使瓦块也可沿径向产生位移，这样就能够在瓦块支点背部的轴承体上形成弹性挤压阻尼腔，从而提高支撑阻尼特性，进而提高转子—轴承系统的动力稳定性并减小转子的振幅。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明弹性垫板结构双油膜阻尼轴承包括轴承体、可倾瓦块及左右阻油环，其中可倾瓦块为多个，沿轴承体内孔表面周向均布，所述可倾瓦块的两侧设有对可倾瓦块限位的左右阻油环；可倾瓦块与穿过所述轴承的轴颈之间形成支承载荷的油膜；各可倾瓦块与所述轴承体内孔表面之间均设有弹性垫板，各弹性垫板分别安装在轴承体上，每个弹性垫板与所述轴承体的内孔表面之间均形成阻尼腔；所述轴承体上沿周向均匀开设有与可倾瓦块及弹性垫板数量相同的进油孔，所述阻尼腔与进油孔相连通，润滑油通过所述进油孔进入到阻尼腔中、形成阻尼油膜，该阻尼油膜与所述支承载荷的油膜构成双油膜。
其中：所述弹性垫板为弧形板，在弹性垫板的两端分别设有用于与所述轴承体连接的螺钉把合座，该螺钉把合座上开有螺钉孔；所述轴承体的内孔表面开有多个槽，每个弹性垫板两端的螺钉把合座均容置在所述槽内，弹性垫板把合螺钉穿过所述螺钉孔、与轴承体相连；所述各进油孔沿所述轴承体的圆周径向分布；所述阻尼轴承为水平剖分结构，位于水平方向的可倾瓦块的支点分别处于水平剖分面的下方，所述位于水平方向的可倾瓦块与轴承体内孔表面之间的弹性垫板，该弹性垫板任一端的螺钉把合座的端面与水平剖分面平行；所述可倾瓦块为五个，其中两个为位于水平方向的可倾瓦块，这两个位于水平方向的可倾瓦块与轴承体内孔表面之间的弹性垫板的形状相同，一端的螺钉把合座的端面与水平剖分面平行、另一端的螺钉把合座的端面与水平剖分面相倾斜；另外三个可倾瓦块与轴承体内孔表面之间的弹性垫板的形状相同，两端的螺钉把合座的端面与水平剖分面均倾斜；所述位于水平方向的可倾瓦块与轴承体内孔表面之间的弹性垫板的弧长短于另外三个可倾瓦块与轴承体内孔表面之间的弹性垫板的弧长；所述位于两个水平方向可倾瓦块之间、且处于水平剖分面下方的可倾瓦块承担主要载荷；所述可倾瓦块中至少一个为带孔可倾瓦块，所述带孔可倾瓦块位于阻尼轴承的工作区。
本发明弹性垫板结构双油膜阻尼轴承的加工方法为：将轴承体的内孔加工出阻尼腔及用于固定弹性垫板的槽，在每个可倾瓦块与轴承体内孔表面之间均放置弹性垫板，各弹性垫板两端的螺钉把合座与轴承体内孔表面一起在径向形成了多个封闭的阻尼腔；在轴承体上沿圆周径向加工出多个进油孔，润滑油通过轴承体上的进油孔进入到阻尼腔中，产生了阻尼油膜，阻尼油膜给予每个可倾瓦块支点弹性，使可倾瓦块可以产生径向位移，阻尼油膜与可倾瓦块和轴颈形成的支承载荷的油膜一起构成了双油膜结构。
各阻尼腔在轴向方向上是贯通的，各阻尼腔中的润滑油沿着轴向排出轴承体外，随着润滑油不断地从径向方向进入到各阻尼腔中，之后由轴向排出，保持各阻尼腔中的润滑油具有设定的压力，实现阻尼效果。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明通过对传统的可倾瓦轴承进行改造，形成了双油膜结构，降低了转子在一阶临界转速或发生气体激振时引起的较大振幅值，比传统的径向可倾瓦轴承具有更好的阻尼特性和更好的动力特性，在抗气体激振和降低一阶临界转速振幅值方面比传统径向可倾瓦轴承效果更显著。
2.本发明与传统的径向可倾瓦轴承相比，仅仅增加了弹性垫板、阻尼腔和容置螺钉把合座的槽，没有增加过多的工序和部件，在工程实践上实现起来容易方便。
3.本发明的弹性垫板根据可倾瓦块的位置不同，弹性垫板的结构和弧长要适应轴承体的剖分结构，予以单独设计，构成单独弹性垫板结构双油膜阻尼轴承；弹性垫板加工质量是决定双油膜阻尼轴承成败的关键，但是随着工艺加工技术进步，能够很好地保证其加工质量。
4.本发明对于阻尼油膜腔的设计简单独特，工艺性好，加工方便。
5.本发明可以应用在不同直径的径向可倾瓦轴承上，增加阻尼特性，推广性好。
6.本发明在大量实验的基础上进行研究，通过实践证明双油膜阻尼轴承方案的有效性和可行性。
7.本发明双油膜阻尼轴承的加工方法，给支点以设定的弹性，使可倾瓦块也可沿径向产生位移，这样就能够在可倾瓦块支点背部的轴承体上形成弹性挤压油膜的阻尼腔，从而提高支撑阻尼特性，进而提高转子—轴承系统的动力稳定性并减小转子的振幅值。
附图说明
图1A为传统径向可倾瓦轴承的内部结构剖视图；
图1B为图1A的侧视剖视图；
图2A为传统径向可倾瓦轴承轴承体的内部结构剖视图；
图2B为图2A的侧视剖视图；
图3A为本发明双油膜阻尼轴承的内部结构剖视图；
图3B为图3A的侧视剖视图；
图4A为本发明双油膜阻尼轴承轴承体的内部结构剖视图；
图4B为图4A的侧视剖视图；
图5A为本发明第一弹性垫板的结构示意图；
图5B为图5A的俯视图；
图6A为本发明第二弹性垫板的结构示意图；
图6B为图6A的A向视图；
图6C为图6A的B向视图；
其中：1为轴承体，2为左右阻油环，3为可倾瓦块，4为带孔可倾瓦块，5为把合螺钉和销，6为第一弹性垫板，7为第二弹性垫板，8为进油孔，9为弹性垫板把合螺钉，10为槽，11为螺钉把合座，12为螺钉孔，13为阻尼腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
本发明的双油膜阻尼轴承内，在转子运转时具有两层油膜，一层为支承载荷的油膜，一层为提高阻尼特性的阻尼油膜，构成轴承的双油膜特性。如图3A、图3B所示，双油膜阻尼轴承包括轴承体1、左右阻油环2、可倾瓦块3及弹性垫板，其中可倾瓦块3为多个，沿轴承体1的内孔表面周向均布，本实施例的可倾瓦块3为五个，其中有两个位于阻尼轴承工作区的可倾瓦块3上加工有孔，孔中可放置温度传感器来检测瓦块的温度，这两个加工孔的可倾瓦块即为带孔可倾瓦块4。可倾瓦块3的两侧设有对可倾瓦块3限位的左右阻油环，可倾瓦块3与穿过轴承的轴颈之间形成支承载荷的油膜。
轴承体1的内孔表面开有多个槽10，五个可倾瓦块3与轴承体1内孔表面之间均设有弹性垫板（即每个弹性垫板对应一个可倾瓦块），五个弹性垫板均为弧形板，在每个弹性垫板的两端分别设有用于与槽10连接的螺钉把合座11，每个弹性垫板两端的螺钉把合座11均容置在槽10内，该螺钉把合座11上开有螺钉孔12，弹性垫板把合螺钉9穿过螺钉孔12、与轴承体1固接。
每个弹性垫板与轴承体1的内孔表面之间均形成阻尼腔13。轴承体1上沿周向均匀开设有与可倾瓦块3及弹性垫板数量相同的进油孔8，各进油孔8沿轴承体1的圆周径向分布，每个阻尼腔13与一个进油孔8相连通，润滑油通过进油孔8进入到阻尼腔13中、形成阻尼油膜，该阻尼油膜与支承载荷的油膜构成双油膜。
本发明的双油膜阻尼轴承为水平剖分结构，五个可倾瓦块在圆周方向均布，两个可倾瓦块位于水平方向，这两个位于水平方向的可倾瓦块的支点分别处于水平剖分面的下方；另外三个可倾瓦块中有两个位于水平剖分面的上方，有一个可倾瓦块位于水平剖分面的下方、并在两个位于水平方向可倾瓦块的中间。本发明的弹性垫板分为第一弹性垫板6及第二弹性垫板7，两个位于水平方向的可倾瓦块与轴承体1内孔表面之间的弹性垫板为第二弹性垫板7，如图6A～6C所示，第二弹性垫板7一端的螺钉把合座11的端面与水平剖分面平行，另一端的螺钉把合座11的端面与水平剖分面相倾斜；另外三个可倾瓦块与轴承体1内孔表面之间的弹性垫板为第一弹性垫板6，如图5A、图5B所示，第一弹性垫板6两端的螺钉把合座11的端面与水平剖分面均倾斜。
两个位于水平方向的可倾瓦块与轴承体1内孔表面之间的第二弹性垫板7的弧长要短于另外三个可倾瓦块与轴承体1内孔表面之间的第一弹性垫板6的弧长，位于两个水平方向可倾瓦块之间、且处于水平剖分面下方的可倾瓦块承担主要载荷。在设计两个位于水平方向的可倾瓦块的支点元件的时候，必须要考虑整个轴承是剖分结构的，所以，这两个支点元件的结构和另外三个有所不同，弹性垫板的弧长也与另外三个不同，但是，由于轴承的下瓦块（即在两个位于水平方向可倾瓦块之间的瓦块）是承担主要载荷的主瓦块，因此，虽然水平方向的两个弹性垫板弧长较短，但是，并不影响整个阻尼轴承的承载能力。
本发明弹性垫板结构双油膜阻尼轴承的加工方法为：
将轴承体1的内孔加工出阻尼腔13及用于固定弹性垫板的槽10，在每个可倾瓦块3的背面（即每个可倾瓦块3与轴承体1内孔表面之间）增加了相应的弹性垫板，各弹性垫板两端的螺钉把合座11与轴承体1内孔表面一起在径向形成了多个封闭的阻尼腔13；在轴承体1上沿圆周径向加工出多个进油孔8，润滑油通过轴承体1上的进油孔8进入到阻尼腔13中，产生了阻尼油膜，阻尼油膜给予每个可倾瓦块支点设定的弹性，使可倾瓦块3可以产生径向位移，阻尼油膜与可倾瓦块3和轴颈形成的支承载荷的油膜一起构成了双油膜结构。具体为：本发明的轴承体内孔尺寸与传统轴承体内孔尺寸d不同，加工出了阻尼腔的深度e，这样本发明的轴承体内孔尺寸就变成了d+2e，而弹性垫板背部的外径仍然是d，由此弹性垫板两端的螺钉把合座与轴承体一起在径向方向形成了一个封闭的阻尼腔，润滑油通过轴承体上的进油孔进入到阻尼腔中，产生了阻尼油膜，在可倾瓦块的摆动下，油膜受到挤压，产生挤压效应而形成了挤压油膜阻尼器，实现增加阻尼特性的功能。
各阻尼腔13在轴向方向上是贯通的，各阻尼腔13中的润滑油沿着轴向排出轴承体1外，随着润滑油不断地从径向方向进入到各阻尼腔13中，之后由轴向排出，保持各阻尼腔13中的润滑油具有设定的压力，实现阻尼效果。
在应用本发明弹性垫板结构双油膜阻尼轴承之后，转子在通过一阶临界转速的时候，自由端和驱动端的振幅值都下降了15%左右，阻尼比提高了20%左右，达到了降低转子通过一阶临界转速时振幅值的目的。而且，相对于传统的径向可倾瓦轴承，增加的工序和部件不多，易于实现，但是在提高阻尼特性方面，效果显著，因次具有重要意义和广泛的应用前景。

Claims (6)

1.一种弹性垫板结构双油膜阻尼轴承，包括轴承体、可倾瓦块及左右阻油环，其中可倾瓦块为多个，沿轴承体内孔表面周向均布，所述可倾瓦块的两侧设有对可倾瓦块限位的左右阻油环；可倾瓦块与穿过所述轴承的轴颈之间形成支承载荷的油膜；其特征在于：各可倾瓦块(3)与所述轴承体(1)内孔表面之间均设有弹性垫板，各弹性垫板分别安装在轴承体(1)上，每个弹性垫板与所述轴承体(1)的内孔表面之间均形成阻尼腔(13)；所述轴承体(1)上沿周向均匀开设有与可倾瓦块(3)及弹性垫板数量相同的进油孔(8)，所述阻尼腔(13)与进油孔(8)相连通，润滑油通过所述进油孔(8)进入到阻尼腔(13)中、形成阻尼油膜，该阻尼油膜与所述支承载荷的油膜构成双油膜；
所述弹性垫板为弧形板，在弹性垫板的两端分别设有用于与所述轴承体(1)连接的螺钉把合座(11)，该螺钉把合座(11)上开有螺钉孔(12)；
所述阻尼轴承为水平剖分结构，位于水平方向的可倾瓦块(3)的支点分别处于水平剖分面的下方，所述位于水平方向的可倾瓦块(3)与轴承体(1)内孔表面之间的弹性垫板，该弹性垫板任一端的螺钉把合座(11)的端面与水平剖分面平行；
所述可倾瓦块(3)为五个，其中两个为位于水平方向的可倾瓦块，这两个位于水平方向的可倾瓦块(3)与轴承体(1)内孔表面之间的弹性垫板的形状相同，一端的螺钉把合座(11)的端面与水平剖分面平行、另一端的螺钉把合座(11)的端面与水平剖分面相倾斜；另外三个可倾瓦块(3)与轴承体(1)内孔表面之间的弹性垫板的形状相同，两端的螺钉把合座(11)的端面与水平剖分面均倾斜；
所述位于水平方向的可倾瓦块(3)与轴承体(1)内孔表面之间的弹性垫板的弧长短于另外三个可倾瓦块(3)与轴承体(1)内孔表面之间的弹性垫板的弧长；所述位于两个水平方向可倾瓦块之间、且处于水平剖分面下方的可倾瓦块承担主要载荷。
2.按权利要求1所述的弹性垫板结构双油膜阻尼轴承，其特征在于：所述轴承体(1)的内孔表面开有多个槽(10)，每个弹性垫板两端的螺钉把合座(11)均容置在所述槽(10)内，弹性垫板把合螺钉(9)穿过所述螺钉孔(12)、与轴承体(1)相连。
3.按权利要求1或2所述的弹性垫板结构双油膜阻尼轴承，其特征在于：所述各进油孔(8)沿所述轴承体(1)的圆周径向分布。
4.按权利要求1所述的弹性垫板结构双油膜阻尼轴承，其特征在于：所述可倾瓦块(3)中至少一个为带孔可倾瓦块(4)，所述带孔可倾瓦块(4)位于阻尼轴承的工作区。
5.一种按权利要求1或2所述的弹性垫板结构双油膜阻尼轴承的加工方法，其特征在于：将轴承体(1)的内孔加工出阻尼腔(13)及用于固定弹性垫板的槽(10)，在每个可倾瓦块(3)与轴承体(1)内孔表面之间均放置弹性垫板，各弹性垫板两端的螺钉把合座(11)与轴承体(1)内孔表面一起在径向形成了多个封闭的阻尼腔(13)；在轴承体(1)上沿圆周径向加工出多个进油孔(8)，润滑油通过轴承体(1)上的进油孔(8)进入到阻尼腔(13)中，产生了阻尼油膜，阻尼油膜给予每个可倾瓦块支点弹性，使可倾瓦块(3)可以产生径向位移，阻尼油膜与可倾瓦块(3)和轴颈形成的支承载荷的油膜一起构成了双油膜结构。
6.按权利要求5所述的加工方法，其特征在于：各阻尼腔(13)在轴向方向上是贯通的，各阻尼腔(13)中的润滑油沿着轴向排出轴承体(1)外，随着润滑油不断地从径向方向进入到各阻尼腔(13)中，之后由轴向排出，保持各阻尼腔(13)中的润滑油具有设定的压力，实现阻尼效果。
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