CN105986951B - 滑动轴承及具有滑动轴承的潮流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滑动轴承及具有滑动轴承的潮流发电装置。滑动轴承用于保护潮流能发电装置中的转轴。滑动轴承包括外圈、内圈和限位机构。内圈套设于外圈内，内圈的外表面为球面形，转轴可转动地套设于内圈中。限位机构设置于内圈和外圈之间以使内圈相对于外圈沿转轴周向无法360°转动和限制内圈相对于外圈沿特定方向的转动幅度，所述特定方向为一特定圆形的顺时针或逆时针方向，特定圆形所在的平面垂直于转轴的周向横截面。本发明的滑动轴承采用调心式复合结构，当转轴收到径向冲击力发生弯曲时，轴承的内圈可以进行轴向摆动，从而起到调心“抗弯”作用，克服了现有技术中转轴因挠曲变形导致轴承磨损严重的问题，有效地延长了轴承的使用寿命。

Description

滑动轴承及具有滑动轴承的潮流发电装置

技术领域

本发明涉及一种滑动轴承，尤其涉及一种滑动轴承及具有滑动轴承的潮流发电装置。

背景技术

轴承（Bearing）是机械设备中一种非常重要的零部件。它的主要功能是支撑和固定转轴，降低其运动过程中的摩擦系数，保证转轴的旋转精度。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。根据承载负荷的大小和方向，选择不同类型的轴承。

对于利用海洋能，尤其是潮流能进行发电的发电装置，使用的转轴更多的是受到水流沿径向的巨大冲击力。尤其是潮流能发电装置的转轴长度非常长，相较于一般的转轴，更容易在径向外力下发生挠曲变形。当转轴发生挠曲变形后，应力会高度集中于转轴挤压轴承的区域，加重了轴承的磨损，使得轴承的局部受力过大，温度急剧上升，甚至烧毁轴承，同时转轴的传动效率也大幅度下降。

现有的调心轴承属于滚动轴承中的一种，主要承载径向的载荷。调心轴承可以自动补偿由于转轴的挠曲和轴承座变形产生的同轴度误差。调心轴承由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成。其中转轴和内圈之间是过盈配合，即内圈随同转轴一起转动。内圈和外圈之间密封且为间隙配合，从而实现内圈和外圈之间的相对转动。

然而，因为内圈要在外圈内进行球面转动（沿转轴周向的转动），所以对于内圈的外球面和外圈的内球面的加工精度要求非常高，导致成本攀高。并且由于内圈会一直相对于外圈进行转动，因此内圈与外圈之间的密封难以保证。若潮流能发电装置中采用现有的调心轴承，在海水这一特殊环境中，内圈与外圈之间的密封更加难以实现，整个轴承将无法起到作用，转轴的传动效率将会受到严重影响甚至无法正常工作，最终导致发电效率大幅度下降。

发明内容

本发明为了克服现有技术的至少一个不足，提供一种滑动轴承及具有滑动轴承的潮流发电装置。

为了实现本发明的一目的，本发明提供一种滑动轴承，用于保护潮流能发电装置中的转轴。滑动轴承包括外圈、内圈和限位机构。内圈套设于外圈内，内圈的外表面为球面形，转轴可转动地套设于内圈中。限位机构设置于内圈和外圈之间以使内圈相对于外圈沿转轴周向无法360°转动和限制内圈相对于外圈沿特定方向的转动幅度，所述特定方向为一特定圆形的顺时针或逆时针方向，特定圆形所在的平面垂直于转轴的周向横截面。

根据本发明的一实施例，滑动轴承还包括至少两个第一密封圈，固定于内圈且与转轴密封贴合。

根据本发明的一实施例，第一密封圈与内圈和转轴之间形成润滑剂腔，内圈具有第一通孔，外圈具有第二通孔，第一通孔的一端连通润滑剂腔，另一端连通第二通孔。

根据本发明的一实施例，滑动轴承还包括至少两个第二密封圈，固定于外圈且与内圈的外表面密封贴合。

根据本发明的一实施例，限位机构包括限位块和限位槽，限位块固定于内圈，限位槽设置于外圈，限位块随着内圈沿特定方向的转动而在限位槽中移动。

根据本发明的一实施例，限位槽沿转轴周向的长度等于限位块沿转轴周向的长度以使内圈相对于外圈沿转轴周向无法360°转动，限位槽沿特定方向的长度大于限位块沿特定方向的长度以限制内圈相对于外圈沿特定方向的转动幅度。

根据本发明的一实施例，内圈的外表面具有多个凹槽。

根据本发明的一实施例，外圈的内表面为球面形，且外圈的内表面的曲率中心与内圈的外表面的曲率中心一致。

为了实现本发明的另一目的，本发明还提供一种潮流能发电装置。潮流能发电装置包括水轮机、转轴、发电机和至少一个滑动轴承。转轴穿设水轮机，转轴随水轮机的转动而转动。发电机连接转轴的一端。至少一个滑动轴承包括外圈、内圈和限位机构。内圈套设于外圈内，内圈的外表面为球面，转轴可转动地套设于内圈中。限位机构设置于内圈和外圈之间以使内圈相对于外圈沿转轴周向无法360°转动和限制内圈相对于外圈沿特定方向的转动幅度，所述特定方向为一特定圆形的顺时针或逆时针方向，特定圆形所在的平面垂直于所述转轴的周向横截面。

根据本发明的一实施例，限位机构包括限位块和限位槽，限位块固定于内圈，限位槽设置于外圈，限位块随着内圈沿特定方向的转动而在限位槽中移动。

本发明提供的滑动轴承采用调心式复合结构，当转轴收到径向冲击力发生弯曲时，轴承的内圈可以沿特定方向转动，从而起到调心“抗弯”作用，克服了现有技术中转轴因挠曲变形导致轴承磨损严重的问题，有效地延长了轴承的使用寿命。同时，限位机构也限制了内圈沿转轴周向的转动，从而使得内圈的外表面与外圈的内表面的加工精度要求大幅度降低，有效地降低生产成本。并且，由于内圈无法360°转动，使得内圈与外圈之间的密封性能得到良好的保证。另外，限位机构也限制了内圈相对于外圈沿特定方向的转动幅度，当转轴发生形变量较大的弯曲时，限位机构可以对转轴进行有效固定。采用本发明的滑动轴承的潮流能发电装置，轴承磨损少，转轴传动效率高，有效地保证了发电效率。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为根据本发明一实施例提供的潮流能发电装置的示意图。

图2所示为图1中圆圈标识U的放大示意图。

图3所示为图1中圆圈标识V的放大示意图。

图4a至图4c所示为根据本发明一实施例提供的滑动轴承位于不同状态时的示意图。

图5所示为图1中转轴的周向横截面示意图。

具体实施方式

图1所示为根据本发明一实施例提供的潮流能发电装置的示意图。图2所示为图1中圆圈标识U的放大示意图。图3所示为图1中圆圈标识V的放大示意图。图4a至图4c所示为根据本发明一实施例提供的滑动轴承位于不同状态时的示意图。图5所示为图1中转轴的周向横截面示意图。请一并参考图1至图5。

如图1所示，本发明一实施例提供的潮流能发电装置100包括水轮机1、发电机2、转轴3和至少一个滑动轴承4。转轴2穿设水轮机1，转轴2随水轮机1的转动而转动。发电机2连接转轴3的一端。本发明对潮流能发电装置100的形式不作任何限定。当转轴3和轴承4运用在垂直轴潮流能发电装置中，转轴3可为垂直轴水轮机的中心轴。当转轴3和轴承4运用在水平轴潮流能发电装置中，转轴可为改变水平轴水轮机朝向的转轴。

至少一个滑动轴承4包括外圈41、内圈42和限位机构43。转轴3可转动地套设于内圈42中。具体而言，内圈42与转轴3为间隙配合，即内圈42的内径大于转轴3的外径。内圈42的外表面S1为球面形，内圈42套设于外圈41内。准确来讲，内圈42的外表面S1为一个完整球形表面的一部分，且该部分是围绕球心对称设置。内圈42的外表面S1的曲率中心O1（球心）和整个滑动轴承4的中心一致。

于本实施例中，外圈41的内表面S2也可为球面形，且外圈41的内表面S2的曲率中心O2与内圈42的外表面S1的曲率中心O1一致。即外圈41与内圈42为同轴同心设置。于实际应用中，内圈42的外径可近乎等于外圈41的内径或稍小于外圈41的内径以确保内圈42在一定的外力作用下才能相对于外圈41发生位移。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，外圈41的内表面可为直面或多个直面组成的不规则面，只要确保内圈42可相对于外圈41进行轴向摆动即可。

限位机构43设置于内圈42和外圈41之间以使内圈42相对于外圈41沿转轴周向无法360°转动和限制内圈42相对于外圈41沿特定方向的转动幅度，所述特定方向为一特定圆形C的顺时针方向A’或逆时针方向A，特定圆形C所在的平面垂直于转轴3的周向横截面S。

具体而言，转轴周向是以转轴3的周向横截面S作为参考面的顺时针方向D和逆时针方向D’。本发明的内圈42相对于外圈41沿转轴周向可进行小幅度范围内的转动，但无法完成整圈360°的转动。换言之，本发明的内圈42相对于外圈41沿转轴周向无法自由进行转动，只能在限定的范围内进行转动。于具体实施例中，内圈42相对于外圈41沿转轴周向D或D’可进行5°-20°范围内的转动。本发明中的特定圆形C所在的平面平行于转轴的轴向横截面但垂直于转轴3的周向横截面S。内圈42相对于外圈41可沿特定方向A’ 或A进行一定范围内的转动，但转动幅度受到限制。于具体实施例中，当转轴3受力弯曲或倾斜而使内圈42中心线与外圈41中心线相对倾斜不超过1°～2.5°时，轴承4仍能工作，即内圈42相对于外圈41转动幅度可限制为不超过2°～5。

于本实施例中，限位机构43包括限位块431和限位槽432，限位块431固定于内圈42，限位槽432设置于外圈41，限位块431随着内圈42沿特定方向A，A’的转动而在限位槽432中移动。于本实施例中，限位块431的一端嵌入于内圈42的外壁内，另一端伸出于内圈42之外。限位槽432沿沿特定方向A，A’的横截面积大于限位块431沿特定方向A，A’的横截面积，因此限位块431可在限位槽432限定的空间内进行移动。因为有限位槽432的面积限制，因此限位块431的活动区域亦受限，使得内圈42无法像现有技术中的调心轴承一样相对于外圈41沿转轴周向D或D’进行转动。于其他实施例中，限位块431可设于外圈41的内表面S2，限位槽432可设于内圈42的外表面S1。

于本实施例中，限位槽432沿转轴周向D，D’的长度与限位块431沿转轴周向D，D’的长度基本相等。因此限位块431沿转轴周向D，D’被固定住，即内圈42相对于外圈41在转轴周向D，D’上无法发生任何移动。限位槽432沿特定方向A，A’的长度大于限位块431沿特定方向A，A’的长度，因此限制内圈42相对于外圈41沿特定方向A，A’的转动幅度。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，为了施工更加方便，可将限位槽432加工成一个圆柱形的凹槽，将限位块431加工成一个圆柱体，圆柱形凹槽的内径大于圆柱体的外径，从而限定限位块431的活动范围。在这种情况下，内圈42不仅可进行特定方向A，A’的转动，还可沿转轴周向D，D’进行小幅度的转动。

本发明对限位机构43的具体结构和数量不作任何限定。于其它实施例中，限位机构43可包括两个可相互扣上和松开的卡扣结构。任何可实现阻止内圈42沿转轴周向D，D’360°转动的限位机构均在本发明的保护范围内。本实施例中绘出了两个呈对称设置的限位机构43。于其它实施例中，滑动轴承4可仅具有一个限位机构43或者具有四个呈正交分布的限位机构43。本发明对限位块431和限位槽432的形状也不作任何限定。

于本实施例中，滑动轴承4还包括至少两个第一密封圈44，固定于内圈42且与转轴3密封贴合。具体而言，可以在内圈42的内壁上开设固定槽，然后将密封圈44嵌入固定槽中，当内圈42套设转轴3上时，密封圈44紧密贴合转轴3的表面。两个第一密封圈44分别位于内圈42的上下两端。于本实施例中，第一密封圈44的数量为四个，两个位于图3中内圈42的上端，两个位于内圈42的下端。然而，本发明对第一密封圈44的数量不作任何限定。

由于内圈42与转轴3之间具有缝隙，而第一密封圈44的内边缘紧密贴合转轴3，第一密封圈44的外边缘嵌入至内圈42内，即缝隙的上下两侧被封闭，因此，第一密封圈44与内圈42和转轴3之间形成一个密封腔，该密封腔为润滑剂腔45。润滑剂腔45是个横截面是圆环形，纵截面是长方形的环形圆柱。润滑剂可填充于润滑剂腔45中以形成润滑膜从而减小转轴3与内圈42之间的摩擦。于本实施例中，润滑剂可为不含泥沙等杂质的纯净海水。

于本实施例中，内圈42具有第一通孔421，外圈41具有第二通孔411，第一通孔421的一端连通润滑剂腔45，另一端连通所述第二通孔411。于本实施例中，限位槽432本身是个槽，即可作为第二通孔。第一通孔421同时贯穿内圈42和固定于内圈42的限位块431。于本实施例中，潮流能发电装置100还包括轴承座5，轴承座5具有第三通孔51，第三通孔51连通第二通孔411。于实际应用中，潮流能发电装置100还包括导管6，导管6的一端连通第三通孔51，另一端6连通设置于水面上存储有润滑剂的箱体7。当使用时，存储于箱体7中的润滑剂在压力差的作用下会一直通过导管6流到第二通孔411中。当第二通孔411充满润滑剂时，润滑剂会通过唯一连通的出口，即第一通孔421，流入到润滑剂腔45中，阻挡因第一密封圈41发生变形后外部带有泥沙的水从产生的缝隙中侵入，从而实现对转轴3的保护。

于本实施例中，滑动轴承4还包括至少两个第二密封圈46，固定于外圈41且与内圈42的外表面S1密封贴合。于本实施例中，两个第二密封圈46分别位于外圈41图3中的上下两端。然而，本发明对第二密封圈46的数量不作任何限定。

于本实施例中，内圈42的外表面S1具有多个凹槽422。当内圈42与外圈41之间的第二密封圈46因为使用一段时间发生形变时，凹槽422可积蓄外部流入的带有泥沙的污水，进一步阻挡污水直接蔓延至内圈42和外圈41接触的表面。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，可在外圈41的内表面S2上开设多个凹槽。

图4a为当转轴3没有发生弯曲形变时轴承4和转轴3的示意图。由于本发明的转轴3可相对于内圈42进行转动，因此不同于传统的调心轴承。本实施例的轴承4在转轴3没有发生变形时，内圈42和外圈41不会发生相对运动，限位块431也对应地没有发生任何移动。当转轴3在外力的冲击下，朝如图4b所示的左侧弯曲时，此时转轴3紧密挤压第一密封圈44，内圈42的左侧受力急剧增大。由于内圈42和外圈41之间是可朝特定方向转动的，因此内圈42在转轴3施加的压力的作用下，沿图中所示的箭头A方向发生摆动。此时内圈42的左侧朝远离转轴3的左侧的方向运动，从而减轻内圈42左侧承受的压力。有效改善滑动轴承4在转轴3发生弯曲后会遭受局部受力过大的情况，保证内圈42的两侧受力均衡，从而减少轴承4的磨损。当转轴3收到的来自右侧的外部冲击力很大时，转轴3发生的形变量加大，限位块431继续向下摆动，直到限位块431抵靠于限位槽432的内壁无法继续向下摆动，此时内圈42的摆动幅度达到最大。通过这种设置，在有效调心的同时确保转轴3不会因为过度弯曲而无法正常工作。同样地，当转轴3朝图4c所示的右侧发生弯曲时，内圈42相对于外圈41朝着图中所示的A’方向摆动，从而达到调心的目的。

于实际应用中，因为水流的冲击力主要是来自水流的方向，因此转轴3更容易朝水流下游方向弯曲，因此限位机构的设置位置要和转轴3的弯曲方向相对应。以如图4b为例，若水流方向是自右向左，那么转轴3受到来自右方的冲击力更大，因此转轴3朝左弯曲或倾斜，对应地，限位机构3设置在轴承的左侧或者右侧。潮流能发电装置100是利用潮汐能进行发电，因此，转轴3更易朝涨潮和落潮方向发生弯曲或倾斜，限位机构3也对应地进行设置，从而有效保护轴承4并保证转轴3和轴承4的正常工作。

本发明提供的滑动轴承采用调心式复合结构，当转轴收到径向冲击力发生弯曲时，轴承的内圈可以沿特定方向转动，从而起到调心“抗弯”作用，克服了现有技术中转轴因挠曲变形导致轴承磨损严重的问题，有效地延长了轴承的使用寿命。同时，限位机构也限制了内圈沿转轴周向的转动，从而使得内圈的外表面与外圈的内表面的加工精度要求大幅度降低，有效地降低生产成本。并且，由于内圈无法360°转动，使得内圈与外圈之间的密封性能得到良好的保证。另外，限位机构也限制了内圈相对于外圈沿特定方向的转动幅度，当转轴发生形变量较大的弯曲时，限位机构可以对转轴进行有效固定。采用本发明的滑动轴承的潮流能发电装置，轴承磨损少，转轴传动效率高，有效地保证了发电效率。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (7)

1.一种滑动轴承，用于保护潮流能发电装置中的转轴，其特征在于，所述滑动轴承包括：

外圈，

内圈，套设于所述外圈内，所述内圈的外表面为球面形，所述转轴可转动地套设于所述内圈中；以及

限位机构，设置于所述内圈和外圈之间以使所述内圈相对于所述外圈沿转轴周向无法360°转动以及限制所述内圈相对于所述外圈沿特定方向的转动幅度，所述特定方向为一特定圆形的顺时针或逆时针方向，所述特定圆形所在的平面垂直于所述转轴的周向横截面；所述限位机构和转轴的弯曲方向相对应；

所述限位机构包括限位块和限位槽，所述限位块固定于所述内圈，所述限位槽设置于所述外圈，所述限位块随着所述内圈沿所述特定方向的转动而在所述限位槽中移动；

所述限位槽沿所述转轴周向的长度等于所述限位块沿所述转轴周向的长度以使所述内圈相对于所述外圈沿转轴周向无法 360°转动，所述限位槽沿所述特定方向的长度大于所述限位块沿所述特定方向的长度以限制所述内圈相对于所述外圈沿特定方向的转动幅度。

2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承还包括至少两个第一密封圈，固定于所述内圈且与所述转轴密封贴合。

3.根据权利要求2所述的滑动轴承，其特征在于，所述第一密封圈与所述内圈和所述转轴之间形成润滑剂腔，所述内圈具有第一通孔，所述外圈具有第二通孔，所述第一通孔的一端连通所述润滑剂腔，另一端连通所述第二通孔。

4.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承还包括至少两个第二密封圈，固定于所述外圈且与所述内圈的外表面密封贴合。

5.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述内圈的外表面具有多个凹槽。

6.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述外圈的内表面为球面形，且所述外圈的内表面的曲率中心与所述内圈的外表面的曲率中心一致。

7.一种潮流能发电装置，其特征在于，包括：

水轮机；

转轴，穿设所述水轮机，所述转轴随所述水轮机的转动而转动；

发电机，连接所述转轴的一端；

至少一个滑动轴承，包括：

外圈，

内圈，套设于所述外圈内，所述内圈的外表面为球面形，所述转轴可转动地套设于所述内圈中；以及

限位机构，设置于所述内圈和外圈之间以使所述内圈相对于所述外圈沿转轴周向无法360°转动以及限制所述内圈相对于所述外圈沿特定方向的转动幅度，所述特定方向为一特定圆形的顺时针或逆时针方向，所述特定圆形所在的平面垂直于所述转轴的周向横截面；所述限位机构和转轴的弯曲方向相对应；

所述限位机构包括限位块和限位槽，所述限位块固定于所述内圈，所述限位槽设置于所述外圈，所述限位块随着所述内圈沿所述特定方向的转动而在所述限位槽中移动；

所述限位槽沿所述转轴周向的长度等于所述限位块沿所述转轴周向的长度以使所述内圈相对于所述外圈沿转轴周向无法 360°转动，所述限位槽沿所述特定方向的长度大于所述限位块沿所述特定方向的长度以限制所述内圈相对于所述外圈沿特定方向的转动幅度。

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