CN107757838B - 陀螺仪稳定器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包含真空室组件的陀螺仪稳定器，其包含：封闭在由壳体形成的真空室内的飞轮；固定到该飞轮或与该飞轮集成一体的飞轮轴。真空室组件还包含：上旋转轴承室和围绕飞轮轴的上轴密封件，上旋转轴承室容纳上旋转轴承，并通过上轴密封件与真空室分离；下旋转轴承室和围绕飞轮轴的下轴密封件，下旋转轴承室容纳下旋转轴承，并通过下轴密封件与真空室分离，并且其中该陀螺仪稳定器包含油回路，该油回路具有进入该上旋转轴承室的至少一个出口、从该上旋转轴承室出去的至少一个排出口、进入该下旋转轴承室的至少一个出口，并且从该下旋转轴承室离开的至少一个排出口。

Description

陀螺仪稳定器
技术领域
本发明涉及陀螺仪稳定器，具体地涉及旋转轴线轴承的润滑。
背景技术
用于稳定例如海洋船舶的主体的陀螺仪稳定器是众所周知的。这种陀螺仪稳定器包含飞轮，其在使用中以通常三千到一万转/分钟的高转速围绕旋转轴线旋转。飞轮旋转轴线被保持在具有垂直于旋转轴线的万向轴或进动轴线的万向架中，其中进动运动被制动和/或驱动。由于飞轮的外缘的高速度，万向架通常是封闭飞轮的腔室，以使飞轮能够在真空中旋转。这减少了阻力，减少发热并提高效率。用于将飞轮围绕旋转轴线定位的旋转轴承受高负载和高转速的影响，这也产生热量和噪音。
旋转轴承和旋转电机通常位于真空室内，以避免与旋转轴承离开真空室的位置的真空室密封相关的问题。在真空室内设置旋转轴承使得旋转轴承的润滑和冷却困难。甚至冷却旋转轴承和飞轮轴的内圈更加困难，因为它们是旋转的，并且不能通过与冷却套接触来容易地冷却。尽管在标称水平旋转轴线陀螺仪稳定器中使用滑动轴承和油浴润滑是已知的，旋转轴承通常是通过脂润滑的滚柱轴承。然而，不使用循环油系统，部分原因是泵送油进出真空是困难的。可以提供冷却翅片和/或冷却套来辅助轴承和真空室的冷却，但即使使用冷却套来冷却轴承也不能有效地冷却整个轴承。
本发明按提供陀螺仪稳定器的旋转轴承的改进的润滑和/或冷却的角度发展。
与旋转轴离开真空室位置的真空室密封有关的问题是由于飞轮轴上的高径向力。这些高径向力需要如此大直径的飞轮轴，使得轴密封件的表面速度高，并且还在轴密封件处产生大的径向移动或运转，这一组合导致密封至少具有一些泄漏。
已经令人满意地发现，本发明可以进一步提供耐油泄漏入真空室的润滑装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种包含真空室组件的陀螺仪稳定器，其包含：封闭在由壳体形成的真空室内的飞轮；固定到该飞轮或与该飞轮集成一体的飞轮轴，并且该飞轮轴通过上旋转轴承和下旋转轴承相对于该壳体定位，该上旋转轴承和下旋转轴承允许该飞轮围绕该旋转轴旋转，其中，真空室组件还包含：上旋转轴承室和围绕飞轮轴的上轴密封件，上旋转轴承室容纳上旋转轴承，并通过上轴密封件与真空室分离；下旋转轴承室和围绕飞轮轴的下轴密封件，下旋转轴承室容纳下旋转轴承，并通过下轴密封件与真空室分离，并且其中该陀螺仪稳定器包含油回路，该油回路具有进入该上旋转轴承室的至少一个出口、从该上旋转轴承室出去的至少一个排出口、进入该下旋转轴承室的至少一个出口，并且从该下旋转轴承室离开的至少一个排出口。
优选地，上旋转轴承室至少部分地由壳体形成。优选地，下旋转轴承室至少部分地由壳体形成。上旋转轴承室和/或下旋转轴承室可以设置在相应的轴承托架中。
真空室在使用中可以处于小于-0.8巴表压(barg)，优选小于-0.9巴表压(barg)，更优选小于-0.95巴表压(barg)的压力下。
上旋转轴承室和下旋转轴承室在使用中可以处于-0.2巴表压(barg)和-0.8巴表压(barg)之间的压力下，优选在-0.3巴表压(barg)和-0.7巴表压之间(barg)，更优选在-0.4巴表压(barg)和-0.6巴表压(barg)之间的压力下。
替代地，真空室可以处于小于600托(或600mmHg)的压力下，尽管为了减少由飞轮旋转产生的阻力和热量，真空室中的压力可以优选小于200托，并且更优选地小于50托。
上旋转轴承室和下旋转轴承室中的压力可以在大气压和真空室压力之间，但优选不小于150托，以保持在大多数泵的操作范围内。因此，例如，真空室和旋转轴承室中的压力可以基本相等，例如约300托，或优选约200托。
至少一个出口中的每一个可以包含或者为至少一个喷嘴。进入上旋转轴承室中的至少一个出口可以包含被引导到上旋转轴承上的油喷射流或油喷雾，例如通过至少一个喷嘴。
另外或替代地，进入上旋转轴承室中的至少一个出口可以包含被引导到上轴密封件上的至少一个油喷射流或油喷雾。
另外或替代地，进入下旋转轴承室中的至少一个出口可以包含被引导到下轴密封件上的至少一个油喷射流或油喷雾。
下旋转轴承可以包含第一下旋转轴承和第二下旋转轴承，并且进入下旋转轴承室的至少一个出口可以包含被引导到第一下旋转轴承上的至少一个油喷射流或油喷雾和/或被引导到第二下旋转轴承上的至少一个油喷射流或油喷雾。
另外或替代地，进入下旋转轴承室的至少一个出口可以包含被引导到下轴密封件上一个或多个相应的油喷射流或油喷雾。
油回路可以包含至少一个过滤器。
在本发明的一种或多种形式中，陀螺仪稳定器还可以包含集油室、油储存器、至少一个返回油泵和供油泵。
例如，油储存器可以用作污染物沉降池、脱气罐、被动冷却箱和/或用于维护的储存器，例如
集油室可以至少部分地由壳体提供。
从上旋转轴承室离开的至少一个排出口和从下旋转轴承室离开的至少一个排出口可以优选地连接到集油室。
径向投掷盘可以位于集油室中，优选地固定到飞轮轴或由飞轮轴驱动，尽管其可以通过任何已知的装置驱动。
径向投掷盘被设置成将油朝向集油室上的径向口抛掷或推动，该径向口被连接到至少一个返回油泵。
油回路可以包含：供应泵，供应泵连接在油储存器和进入每个轴承室的至少一个出口之间；排出导管和排出路径，排出导管将从上旋转轴承室离开的至少一个排出口连接到集油室，排出路径从离开下旋转轴承室的至少一个排出口至集油室；至少一个返回油泵，设置为将油从集油室泵送到油储存器。
至少一个返回油泵可以位于集油室中，例如，至少一个返回油泵可以由飞轮轴驱动。这种飞轮轴驱动的泵可以是例如齿轮、螺杆、隔膜或活塞型。
替代地，至少一个返回油泵可以连接在集油室和油储存器之间并且可以由电驱动。当泵没有位于集油室中时，使用可选的径向投掷盘可以有益于帮助用油填充泵的入口。
陀螺仪稳定器还可以包含油冷却器。例如，油冷却器可以包含位于油回路中的散热器，或者包含其壁上辐射来自油的热能的被动箱。
被动箱可以是例如油储存器，并且如上所述，可以允许颗粒和气泡沉降，或者可以优选地包含具有油部分和冷却部分的热交换器，其中油部分形成油回路的部分，例如，油被泵送通过热交换器，例如在油储存器和出口之间，以及冷却部分，其中水或冷却剂通过该冷却部分流动或被泵送。
陀螺仪稳定器还可以包含位于壳体内朝向真空室的底部的真空室除油腔。
真空室除油腔可通过泵送装置连接到集油室，以使得油能够被抽出真空室并且最终被返回到油储存器。
泵送装置可以包含：中间箱；用于选择性地将中间箱连通到集油室的下阀；用于选择性地将真空室油清除腔连通到中间箱的上阀；以及用于选择性地将中间箱与真空室或大气连通的压力切换阀。
陀螺仪稳定器还可以包含冷却剂回路，其包含：冷却剂泵；冷却剂储存器；至少一个油热交换器；和水热交换器，优选海水热交换器。水可能是盐水或淡水。
冷却剂回路还可以包含用于上旋转轴承的冷却套和/或用于下旋转轴承的冷却套。类似地，冷却剂回路还可以包含用于旋转电机的冷却板或套，并且可选的旋转电机驱动器。
冷却剂回路还可以包含用于至少一个进动控制电机和进动电机驱动器的一个或多个冷却板或套。另外或替代地，冷却剂回路还可以包含用于旋转制动电阻器的冷却套。
冷却剂回路还包含旁路导管或通道和旁路阀，旁路导管或通道与穿过水热交换器的冷却剂流动路径平行，所阀用于控制通过旁路导管或通道并通过穿过水热交换器的冷却剂流动路径的冷却剂流的平衡。
优选地，穿过水热交换器的冷却剂流量与穿过旁路导管或通道的冷却剂流量的平衡被控制为在水热交换器的冷却剂入口处或附近的冷却剂的温度的函数。
至少一个油热交换器可以包含润滑油热交换器，该润滑油热交换器具有形成油回路的部分的油入口和出油口，除此之外，还具有通过润滑油热交换器的冷却剂流动路径并与其分离，该润滑油热交换器包含冷却剂入口和冷却剂出口。在这种情况下，油是润滑旋转轴承的油。
润滑油热交换器可以是上述油冷却器。
另外或替代地，至少一个油热交换器可以包含液压油热交换器，其具有形成包含液压歧管的液压回路的部分的液压油入口和液压油出口，除此之外，还具有通过液压油热交换器的冷却剂流动路径并与其分离，该液压油热交换器包含冷却剂入口和冷却剂出口。在这种情况下，油是来自例如进动控制装置的液压油。
陀螺仪稳定器还可以包含空气回路，其包含：与真空室流体连通的真空泵；和空气干燥器。
空气回路还可以包含通过储存器压力导管连接到油储存器顶部或朝向油储存器顶部的口的排气卸压阀。
空气回路还可以包含连接在储存器压力导管和壳体上的口之间的压力调节阀。例如，壳体上的口可以进入上旋转轴承室和/或下旋转轴承室。
当压力调节阀上的压降大于预定值(例如约0.7巴)时，压力调节阀只允许从储存器压力导管流入壳体上的口。
空气回路还可以包含在排气卸压阀和油储存器之间的储存器压力导管中的油阱，压力调节阀通过朝向油阱的基部的端口连接到储存器压力导管。然后，压力调节阀可以通过允许从油阱到壳体上的端口的流动，促进将油从油阱返回到油回路中，壳体上的端口例如进入上旋转轴承室和/或和下旋转轴承室。
空气回路还可以包含储存器压力导管和空气干燥器之间的回抽止回阀。
除了上述压力切换阀和中间箱之外，空气回路还包含：将压力切换阀连接到空气干燥器的导管；将压力切换阀连接到中间箱的导管；并且将压力切换阀连接到真空室的导管。
本发明的另一方面提供了一种用于陀螺仪稳定器的真空室组件的润滑装置，真空室组件包含：封闭在由壳体形成的真空室内的飞轮；飞轮轴，飞轮轴固定在飞轮上或与飞轮集成一体，并且飞轮轴通过上旋转轴承和下旋转轴承位于壳体内，上旋转轴承和下旋转轴承允许飞轮围绕旋转轴旋转；上旋转轴承室和围绕飞轮轴的上轴密封件，上旋转轴承室容纳上旋转轴承，并通过上轴密封件与真空室分离；下旋转轴承室和围绕飞轮轴的下轴密封件，下旋转轴承室容纳下旋转轴承，并通过下轴密封件与真空室分离；润滑装置包含进入上旋转轴承室中至少一个油喷射流或油喷雾，和进入下旋转轴承室中至少一个油喷射流或油喷雾。
如上，优选地，上旋转轴承室至少部分地由壳体形成。
优选地，下旋转轴承室至少部分地由壳体形成。
上旋转轴承室和/或下旋转轴承室可以设置在相应的轴承载体中。
本发明的另一方面提供一种用于润滑陀螺仪稳定器的旋转轴承的系统，该系统包含润滑回路、冷却剂回路和空气回路。
润滑回路可以包含用于将润滑油释放到旋转轴承的轴承室壳体中的至少一个喷射流或喷雾。
冷却剂回路可以包含用于将热量从润滑回路的润滑油中吸出的至少一个润滑油热交换器。
替代地或另外，冷却剂回路可以包含泵和用于从冷却剂回路中的冷却剂吸出热量的水热交换器。
空气回路可以包含真空泵和阀，其中阀将轴承室中的压力控制在陀螺仪稳定器的真空室中的压力和大气压之间。
该系统还可以包含具有上油口、上空气口、下油口和液位传感器的中间箱，例如上油口和上空气口位于中间箱的顶部或朝向中间箱的顶部，下游口位于中间箱的基部或朝向中间箱的基部；润滑回路可以包含在中间箱的上油口和朝向陀螺仪稳定器的真空室的底部的端口之间的第一锁定阀和位于中间箱的下油口和陀螺仪稳定器的集油室之间的第二锁定阀；空气回路可以包含压力切换阀，以优选地经由空气干燥器将连接到中间箱的上空气口的导管选择性地连接到陀螺仪稳定器的真空室或大气中。
通过参考示出本发明的优选实施例的附图来进一步描述本发明将是方便的。
本发明的其他实施例是可能的，因此附图的特定性不应被理解为替代本发明前述描述的一般性。
附图说明
在附图中：
图1是陀螺仪稳定器真空室的剖视透视图。
图2是根据本发明的实施例的油回路的示意图。
图3是根据本发明的实施例的空气回路的示意图。
图4是根据本发明的实施例的冷却剂回路的示意图。
具体实施方式
首先参考图1，其中示出了陀螺仪稳定器的真空室组件10。飞轮11被容纳在形成在壳体13内的真空室12或飞轮室中。壳体枢转地安装在固定到壳体13上的进动轴承短柱14(stub)上，其中进动轴承15被示出为与短轴14相配。众所周知，真空室组件10围绕进动轴线的旋转由诸如阻尼器或致动器的进动控制装置来控制，进动轴承短柱14还包含进动阻尼器或致动器支架16。如图所示，飞轮11安装在飞轮轴19上、固定在飞轮轴19上或如图所示，与飞轮轴19一体地形成，飞轮轴19又通过上旋转轴承21和下旋转轴承23相对于壳体13定位，使得飞轮11可以由旋转电机25驱动，围绕旋转轴线20相对于壳体旋转。上旋转轴承21位于上旋转轴承室22内，类似地，下旋转轴承23位于下旋转轴承室24内。然而，循环油润滑系统在陀螺仪稳定器中通常是不可能的，其中飞轮轴19标称竖直(即，在使用中振动高达+/-70度，例如竖直的任一侧)，因为真空室12和旋转轴承室22、23之间的轴密封件由于高的表面速度和大的跳动而具有不可避免的泄漏；因此，在这种应用中，通常使用润滑脂，因为它保持位置。油回路和空气回路的当前装置是容忍泄漏的，使得从轴承室泄漏到真空室中的油被清除回到油回路中。
图2示出了提供旋转轴承的润滑和冷却的润滑装置或油回路30，在这个示例中，旋转轴承为上旋转轴承21、第一下旋转轴承31和第二下旋转轴承32。第二下旋转轴承可以是适用于支撑飞轮(为了清楚起见省略)的大推力负载的轴承类型。在附图中，类似或等同的特征使用共同的附图标记。
图2还示出了在轴承室22、24和真空室12之间的密封件33、34，以允许轴承室处于与真空室不同的压力，并且防止润滑油自由流入真空室。轴承室与真空室处于不同的压力有两个主要优点：首先，从真空室抽出油并不简单，例如由于空化(cavitation)；其次，真空室12和旋转轴承室22或24之间的压力差可以有助于密封件33或34的通电。密封件33、34位于飞轮轴的周围(为了清楚起见在图2中省略了飞轮轴)，并且可以是任何旋转轴密封件。
油通过供油泵37从油储存器36泵送，通过过滤器38，然后通过油冷却器或热交换器39。油冷却器39被示为与冷却剂流串联的两个热交换器单元40、41通过导管42并通过导管44排出。油离开热交换器，然后将流体在导向上旋转轴承室22的导管50和导向下旋转轴承室24的导管51之间分流。在油通过和环绕旋转轴承之前冷却油有助于在发热点冷却旋转轴承，并提供冷却，通过脂润滑来冷却是不可能的。油储存器也可作为被动式冷却箱(tank)。
然后导向上旋转轴承室22的导管50再通过限流器53分支到导管52中以到出口或喷嘴54，喷嘴54喷射油的喷射流到上旋转轴承21上，并通过限制器56分支到导管55以到喷嘴57，喷嘴57喷射油的喷射流到上轴密封件33上。排出管道58可以是连接到垂直于进动轴线的方向的相对口的一条或多条管道，使得当真空室组件旋进时，油交替排出两个口。在图2的示意图中，示出了三个排出管道58，两个来自上旋转轴承21的相对侧的区域，一个来自密封区域，通过壳体13离开真空室12全部结合到排出导管59，并且下到集油室60。
导向下旋转轴承室24的导管51，类似地再通过限流器63分支到导管62中，以到出口或喷嘴64，喷嘴64喷射油的喷射流到第一下旋转轴承31上，并通过限制器66分支到导管65以到喷嘴67，喷射油的喷射流到第二下轴密封件32上。尽管图2中未示出，但油的喷射流可以喷射到下轴密封件34上。限制53、56、63、66和/或喷嘴54、57、64、67的数量，可用于平衡泵送到不同轴承和密封件的油流量。排出管道68示出从下旋转轴承31、32排出到集油室60中的油的排放路径。可以可选地在集油室60中使用径向投掷盘(未示出)，以将室中的任意油径向地朝向径向口70投掷，返油导管71连接到径向口70。这种径向投掷盘优选地由飞轮轴驱动并理想地固定在飞轮轴上。在每个返油导管中，有过滤器73、返油泵75和止回阀77。当集油室60处于与旋转轴承室22、24相似的压力时，即在大气压和真空室压力之间，然后将油抽出集油室，然后将油抽出集油室可能很困难，但使用径向投掷盘可以帮助油进入返油导管，从而有助于运行返油泵75。返油导管的输出通过导管79连接到油储存器36。返油泵75可以是电驱动的，或者如果位于集油室60中以避免对径向投掷盘的任何需要，也可以替代地由飞轮轴机械地驱动。各种类型的泵可以是合适的，包含齿轮、螺杆、隔膜或活塞泵或可以泵送混合流的其它类型的泵，混合流即通常是油和空气泡沫。油储存器最重要的是起除油器的作用，但可以提供其他功能，例如允许污染物沉淀和/或提供油的被动冷却。
通过上或下轴密封件33、34吸入真空室12中的任何油积聚在真空室的底部并收集在除油腔80中。然而，由于空化，除油腔80将油抽出真空室可能再次困难。泵送装置81使用真空室12、油采集室60(和旋转轴承室)和大气之间的压力差将油从真空室除油腔80泵送到集油室60。上阀82可以是可切换的单向阀或闭锁阀，选择性地允许真空室除油腔80连接到中间箱83。类似地，下阀84选择性地允许中间箱经由返油导管88连接到集油室60。导管89是在图3中的空气回路90中示出的空气压力导管，用于改变中间箱83中的压力。
在图3中可以再次看到包含上阀82、中间箱83、下阀84和回油导管88的泵送装置81连同空气回路90的部分的其余部件。在图3中，与空气导管相比，油导管被示出为更细的线。压力切换阀91将空气压力导管89切换连通到真空室12(经由导管95和壳体13中的端口96)中的低压与连通到空气干燥器93的空气导管92中的大气压(并且最终连通到94处的大气)之间。上阀82可以是常开的，或者优选地，如图所示，常闭，然后选择性地打开，以允许油从真空室除油腔80排出到中间箱83中。理想地，在中间箱中提供液位传感器确定何时需要减少罐中的油量，此时在上阀82关闭的情况下，压力切换阀91可以将中间箱连接到大气压。然后，压力切换阀91保持将中间箱连接到大气压并且下阀84暂时打开，或者压力切换阀91关闭并且下阀84瞬间打开以连接中间箱83与集油室60。在任何一种情况下，中间箱83的空气气压相比于集油室60中的部分真空之间压力差，将油沿着油导管88驱出中间箱并进入集油室。一旦下阀84关闭，压力切换阀91可以再次将中间箱与真空室连通，以使压力平衡，并允许油在上阀82打开时再次从真空室排出到中间箱83中。由于中间箱的体积通常比真空室小4个数量级，因此当中间箱经由压力切换阀91与真空室连通，在真空泵需要提取每个循环结束时引入的空气之前，可以完成所述的阀操作的泵送循环几次。真空泵97通过壳体中的端口98和导管99将空气抽出真空室12。真空室保持接近-1巴表压(bar gauge)(减1巴表压或低于大气压1巴)。例如，在使用中，真空室可以处于小于-0.2巴表压或600托(Torr)(mmHg)的压力，尽管热量可以通过对流传递到壳体，而壳体又可以被冷却，但是在该压力下，飞轮外围的空气摩擦产生热量并且需要更多的功率来旋转飞轮。然而，为了避免这些问题，在使用中，真空室优选地处于小于-0.73巴表压(200托)或小于-0.8巴表压(150托)或优选地小于-0.9巴表压的压力(75托)，并且更优选地处于小于-0.93巴(50托)的压力。
空气回路的另一部分控制油储存器36中的压力和上和下旋转轴承室22、24中的压力。油储存器36从位于或接近油储存器顶部的端口110排出，通过油储存器压力导管111，经由油阱112到排放释放阀113，排放释放阀113通常设置在约0.2巴。排气阀直接通过或反穿过干燥器排向大气，并确保油储存器中的压力最大为0.2巴表压。油阱112是可选的，但是当设置油阱112时，可以帮助确保油不通过排气卸压阀113。在油阱112的底部处的端口114连接到导管115，在导管115中存在压力调节阀116，以调节进入旋转轴承室的进气口的压力。当设置有油阱112时，这也允许来自油阱的油被返回油被排出和/或泵送回到箱中的容量之一。在该示例中，压力调节阀116连接到壳体上的端口118，进入上旋转轴承室22中，因此如果压力调节阀是设置为在0.7巴的差压下打开的止回阀，且油储存器36(和油储存器压力管导管111和油阱112)中的压力为0.2巴表压，则上旋转轴承室22中的压力将为约-0.5巴表压。上、下轴承室22、24经由集油室60和排出导管连接。轴承室中的压力可以在真空室压力和大气压之间，但是优选地高于-0.8巴表压，以防止将油泵送回油储存器的不必要的困难。优选地，在使用中，轴承室22、24中的压力在-0.2巴表压和-0.8巴表压之间，更优选在-0.3巴表压和-0.7巴表压之间，还更优选地在-0.4巴表压和-0.6巴表压之间。
当不使用陀螺仪稳定器时，即当飞轮不旋转时，则有利的是，旋转轴承室22、24中的压力升高到更接近大气压，产生跨越轴密封件33、34的压力差的增加，并且因此更加正向地激励它们加在飞轮轴上达到一个级别，该级别和不旋转一起提供改善密封以维持在不使用的延长时间内的真空室的真空。回抽导管120通过回抽止回阀121连接到油阱回管道115，以使空气能够缓慢地排入轴承室，并且没有返回油泵(图2中的75)操作以将轴承室压力保持抽向下，压力逐渐上升。当图2所示的油回路的返回油泵操作时，它们泵送混合流，即通常作为泡沫混合在一起的油和空气，这导致返回油泵有效地将空气与油从轴承室22、24中抽出，但只有油被泵回到轴承室中，因此在图3中，能够通过诸如止回阀和空气回路中示出的减压阀的被动阀系统来调节轴承室中的压力。
图4示出了冷却剂回路130，其中冷却剂泵131围绕回路泵送冷却剂。提供集水箱或冷却剂储存器132用于膨胀和维护。冷却剂通过海水热交换器133，海水热交换器133由海水流(或淡水，如果在淡水中操作)冷却，海水流通过导管134流入并通过导管135流出，除非旁路阀136引导冷却剂流全部或部分地穿过旁路导管或通道137。理想地，冷却剂系统被调节到预定的温度，例如40度，以通过最小化轴承间隙的变化并且通过例如通过最小化操作温度变化来维持已知的油粘度来帮助管理公差。旁路阀136可以根据例如陀螺仪稳定器的一个或多个部件和海水的感测温度进行电子控制，或者可以是机械式热旁路阀。在任一情况下，通过导管或通道138和海水热交换器或通过旁路导管或通道137的冷却剂流的平衡随着温度而变化。
在图4的示例中，冷却剂流过用于旋转制动电阻器(未示出)的套(jacket)139和围绕旋转制动电阻器冷却套139的旁路140，由孔141控制，然后通过冷却板或用于旋转电机的套142。
冷却剂可以串联地，或如图4所示，并联地通过用于上旋转轴承的冷却套143和用于下旋转轴承的冷却套144。
在图4中，示出了两个油冷却器或热交换器，润滑油热交换器39(图2中也示出了)和液压油热交换器151。润滑油热交换器39包含图2中也示出的两个热交换器单元41和40。冷却剂从导管42进入第一热交换器单元41，沿着冷却剂流路径通过包含导管43的热交换器，并且离开另一个热交换器单元40到导管44中，冷却剂从导管44返回到电路的开始。液压油热交换器151可以是冷却剂回路的一部分，但是优选地由海水直接冷却，如图4所示。作为提供阻尼或主动控制的进动控制装置的部分的液压歧管152将液压油通过液压油入口导管153和液压油出口导管154通过热交换器151。在此示例中，海水也从导管135通过热交换器151，海水通过导管156离开。
因此，冷却剂回路可以通过围绕轴承的套来冷却旋转轴承的外部，并且通过冷却穿过轴承的油来冷却轴承的内部。因此，除了通过油润滑降低噪音外，轴承中的热量也受到控制，通过限制热膨胀和改善寿命来减少公差问题。通过油洗出轴承中颗粒和污染物的作用，可以进一步改善噪音并且特别是寿命，这些残留然后通过过滤油路中的油被过滤。
轴承可以是滚柱轴承或流体动力轴承，例如白金滑动轴承。滑动轴承通常不能在具有脂润滑和润滑油润滑的陀螺仪稳定器飞轮轴的高负载和旋转速度下操作，直到本文详述的改进，例如在真空室和大气之间的压力下使用轴承室，并且使用泵送装置将积聚在真空室底部的油泵送出真空。
除了所公开的方法以外的方法可以用于将油泵送出真空室，但是大多数是比所提出的电磁阀和中间箱装置更不可靠，因为使用现有的泵从小于-0.7巴泵送出油是有问题的。
如果用于在下轴承室下方的集油室中的油的返油泵(或泵)位于如图2所示的导管中，则提供径向投掷盘可以有益于试图填满泵并改善使用寿命，因为泵操作在入口处的压力与出口相比高达-0.7巴。
对本领域的技术人员而言显而易见的其它修改和变化被认为在本发明的范围之内。

Claims (39)

1.一种包含真空室组件的陀螺仪稳定器，包含：封闭在由壳体形成的真空室内的飞轮；固定到所述飞轮或与所述飞轮集成一体的飞轮轴，并且所述飞轮轴通过上旋转轴承和下旋转轴承相对于所述壳体定位，所述上旋转轴承和所述下旋转轴承允许所述飞轮围绕所述旋转轴旋转，其中，所述真空室组件还包含：
上旋转轴承室和围绕所述飞轮轴的上轴密封件，所述上旋转轴承室容纳所述上旋转轴承，并通过所述上轴密封件与所述真空室分离，
下旋转轴承室和围绕所述飞轮轴的下轴密封件，所述下旋转轴承室容纳所述下旋转轴承，并通过所述下轴密封件与所述真空室分离，
其中所述陀螺仪稳定器包含油回路，所述油回路具有进入所述上旋转轴承室的至少一个出口、从所述上旋转轴承室离开的至少一个排出口、进入所述下旋转轴承室的至少一个出口、以及从所述下旋转轴承室离开的至少一个排出口；并且
其中所述上旋转轴承室和所述下旋转轴承室保持在高于所述真空室的压力下。
2.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中所述真空室在使用中处于小于-0.8巴表压的压力下。
3.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中所述上旋转轴承室和所述下旋转轴承室在使用中处于小于-0.2巴表压和大于-0.8巴表压的压力下。
4.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中所述至少一个出口中的每一个包含至少一个喷嘴。
5.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中进入所述上旋转轴承室中的至少一个出口提供被引导到所述上旋转轴承上的至少一个油喷射流或油喷雾。
6.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中进入所述上旋转轴承室中的至少一个出口提供被引导到所述上轴密封件上的油喷射流或油喷雾。
7.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中进入所述下旋转轴承室中的至少一个出口提供被引导到所述下旋转轴承上的油喷射流或油喷雾。
8.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中所述下旋转轴承包含第一下旋转轴承和第二下旋转轴承，并且其中进入所述下旋转轴承室的至少一个出口提供被引导到所述第一下旋转轴承上的油喷射流或油喷雾和/或被引导到所述第二下旋转轴承上的油喷射流或油喷雾。
9.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中进入所述上旋转轴承室中的至少一个出口提供被引导到所述下轴密封件上的油喷射流或油喷雾。
10.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，其中所述油回路包含至少一个过滤器。
11.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，还包含集油室、油储存器、至少一个返回油泵和供油泵。
12.如权利要求11所述的陀螺仪稳定器，其中所述集油室至少部分地由所述壳体形成。
13.如权利要求11所述的陀螺仪稳定器，其中从所述上旋转轴承室离开的至少一个排出口和从所述下旋转轴承室离开的至少一个排出口被连接到所述集油室。
14.如权利要求11所述的陀螺仪稳定器，还包含位于所述集油室中的径向投掷盘，所述径向投掷盘被固定到所述飞轮轴或由所述飞轮轴驱动。
15.如权利要求11所述的陀螺仪稳定器，其中所述油回路包含：
所述油储存器；
所述供油泵，所述供油泵连接在所述油储存器和进入所述上旋转轴承室和所述下旋转轴承室中的每一者的至少一个出口之间；
排出导管和排出路径，所述排出导管将从所述上旋转轴承室离开的至少一个排出口连接到所述集油室，所述排出路径从离开所述下旋转轴承室的至少一个排出口至所述集油室；
所述至少一个返回油泵，设置为将油从所述集油室泵送到所述油储存器。
16.如权利要求15所述的陀螺仪稳定器，还包含油冷却器。
17.如权利要求11所述的陀螺仪稳定器，还包含位于所述壳体内朝向所述真空室的底部的真空室除油腔。
18.如权利要求17所述的陀螺仪稳定器，其中所述真空室除油腔通过泵送装置连接到所述集油室。
19.如权利要求18所述的陀螺仪稳定器，其中所述泵送装置包含：中间箱；用于选择性地将所述中间箱连通到所述集油室的下阀；用于选择性地将所述真空室除油腔连通到所述中间箱的上阀；以及用于选择性地将所述中间箱与所述真空室或大气连通的压力切换阀。
20.如权利要求11所述的陀螺仪稳定器，还包含空气回路，其包含：
与所述真空室流体连通的真空泵，
空气干燥器。
21.如权利要求20所述的陀螺仪稳定器，其中所述空气回路还包含权利要求19中的所述压力切换阀和所述中间箱，以及：
将所述压力切换阀连接到所述空气干燥器的导管；
将所述压力切换阀连接到所述中间箱的导管；以及
将所述压力切换阀连接到所述真空室的导管。
22.如权利要求20所述的陀螺仪稳定器，其中所述空气回路还包含通过储存器压力导管连接到位于所述油储存器顶部或朝向所述油储存器顶部的端口的排气卸压阀。
23.如权利要求22所述的陀螺仪稳定器，其中所述空气回路还包含连接在所述储存器压力导管和所述壳体上的端口之间的压力调节阀。
24.如权利要求23所述的陀螺仪稳定器，其中所述空气回路还包含在所述排气卸压阀和所述油储存器之间的所述储存器压力导管中的油阱，所述压力调节阀通过朝向所述油阱的基部的端口连接到所述储存器压力导管。
25.如权利要求22所述的陀螺仪稳定器，其中所述空气回路还包含所述储存器压力导管和所述空气干燥器之间的回抽止回阀。
26.如权利要求1所述的陀螺仪稳定器，还包含冷却剂回路，其包含：
冷却剂泵；
冷却剂存储器；
至少一个油热交换器；以及
水热交换器。
27.如权利要求26所述的陀螺仪稳定器，其中所述冷却剂回路还包含用于所述上旋转轴承的冷却套和/或用于所述下旋转轴承的冷却套。
28.如权利要求26所述的陀螺仪稳定器，其中所述冷却剂回路还包含用于一个或多个旋转电机的冷却板或套、旋转电机驱动器、进动电机和进动电机驱动器。
29.如权利要求26所述的陀螺仪稳定器，其中所述冷却剂回路还包含用于旋转制动电阻器的冷却套。
30.如权利要求26所述的陀螺仪稳定器，其中所述冷却剂回路还包含旁路导管或通道和旁路阀，所述旁路导管或通道与穿过所述水热交换器的冷却剂流动路径平行，所述旁路阀用于控制通过所述旁路导管或通道并通过穿过所述水热交换器的所述冷却剂流动路径的所述冷却剂流的平衡。
31.如权利要求26所述的陀螺仪稳定器，其中所述至少一个油热交换器包含润滑油热交换器，所述润滑油热交换器具有形成所述油回路的部分的油入口和油出口。
32.如权利要求26所述的陀螺仪稳定器，其中所述至少一个油热交换器包含液压油热交换器，其具有形成包含液压歧管的液压回路的部分的液压油入口和液压油出口。
33.一种用于陀螺仪稳定器的真空室组件的润滑装置，所述真空室组件包含：
封闭在由壳体形成的真空室内的飞轮；固定到所述飞轮或与所述飞轮集成一体的飞轮轴，并且所述飞轮轴通过上旋转轴承和下旋转轴承相对于所述壳体定位，所述上旋转轴承和所述下旋转轴承允许所述飞轮围绕所述旋转轴线旋转，
上旋转轴承室和围绕所述飞轮轴的上轴密封件，所述上旋转轴承室容纳所述上旋转轴承，并通过所述上轴密封件与所述真空室分离，
下旋转轴承室和围绕所述飞轮轴的下轴密封件，所述下旋转轴承室容纳所述下旋转轴承，并通过所述下轴密封件与所述真空室分离，
其中所述润滑装置提供进入所述上旋转轴承室的至少一个油喷射流或油喷雾和进入所述下旋转轴承室的至少一个油喷射流或油喷雾，并且
其中所述上旋转轴承室和所述下旋转轴承室保持在高于所述真空室的压力。
34.一种用于润滑陀螺仪稳定器的旋转轴承室中的旋转轴承的系统，所述陀螺仪稳定器包含封闭在由壳体形成的真空室内的飞轮和容纳所述飞轮的旋转轴承的旋转轴承室，所述旋转轴承用于相对于所述壳体定位所述飞轮，所述系统包含润滑回路、冷却剂回路和空气回路，并且其中所述旋转轴承室保持在高于所述陀螺仪稳定器的真空室的压力下。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述润滑回路包含用于将润滑油释放到容纳所述旋转轴承的所述旋转轴承室中的至少一个出口。
36.如权利要求35所述的系统，其中所述冷却剂回路包含用于从所述润滑回路的润滑油中吸出热量的至少一个润滑油热交换器。
37.如权利要求35所述的系统，其中所述冷却剂回路包含泵和用于从所述冷却剂回路中的冷却剂吸出热量的水热交换器。
38.如权利要求35所述的系统，其中所述空气回路包含：
将空气从所述真空室中抽出的真空泵；以及
阀，其将所述旋转轴承室中的压力控制在所述陀螺仪稳定器的真空室中的压力和大气压之间。
39.如权利要求35所述的系统，还包含具有上油口、上空气口、下油口和液位传感器的中间箱，
所述润滑回路包含第一锁定阀和第二锁定阀，所述第一锁定阀在所述中间箱的上油口与朝向所述陀螺仪稳定器的真空室底部的端口之间，所述第二锁定阀在所述中间箱的下油口与所述陀螺仪稳定器的集油室之间；
所述空气回路包含压力切换阀，以选择性地将连接到所述中间箱的上空气口的导管连通到所述陀螺仪稳定器的真空室或大气。
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