CN107795577B - 一种径向滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明特指一种径向滑动轴承,属于传动轴承技术领域，包括轴承壳体和瓦块，瓦块安装在轴承壳体的内壁，轴承壳体的两个端口均设置有控油固定环，所述瓦块设置有若干块，所述瓦块的非承载瓦部分设置有一块或两块可径向移动的浮动可倾瓦块，所述浮动可倾瓦块的背面与轴承壳体的内壁间设置有液压腔，所述液压腔的端口设置有油压控制器，所述油压控制器控制所述液压腔的油压，调节可倾瓦块径向移动的距离。本发明可通过油压控制器推动可倾瓦块向轴颈偏移，使可倾瓦块与轴颈之间的间隙处于合适范围，从而保证可倾瓦块也能建立起稳定、可靠的油膜力，有效避免瓦块颤振情况，改善瓦块的工作稳定性。

Description

一种径向滑动轴承

技术领域

本发明属于传动轴承技术领域，涉及一种瓦块可调节的轴承，特指一种径向滑动轴承。

背景技术

由于径向可倾瓦轴承的瓦块可自由摆动以适应转速、轴承负载等动态条件的变化，每块瓦的油膜作用力都通过轴颈中心，没有引起轴心滑动的分力，能有效避免油膜自激振荡和间隙振荡，工作稳定可靠，在高速透平机械广泛应用。为了实现瓦块的自由摆动，公开号为CN101761546A的专利申请中，采用瓦块与轴承体之间为球面支点配合方式来实现；而CN103343773A的专利申请中，则采用瓦块与轴承体之间为线接触配合方式加以实现；或滑动瓦块采用线切割形式而制成的弹性可倾瓦，形成一种可以绕弹性联接部作浮动调节的“跷跷板”结构，使瓦块进行浮动调节。但上述径向可倾瓦瓦块与轴承中心之间的距离，在滑动轴承的工作过程中是固定不变的(不包括磨损因素)，在机组工作时，因载荷及旋转轴自重的作用，轴颈会沿作用力合力方向偏移e，偏向承载瓦，与非承载瓦之间往往形成较大间隙，如说明书附图中的图1所述，而一般可倾瓦的预负荷为0.2～0.5，在轴颈大偏心率情况下，可倾瓦块往往会处于附图中图2、3的工作状态，处于不受力状态和不稳定状态，在这样的情况下瓦块易发生颤振，引起轴系的振动，影响机组稳定运行。因主轴系价格昂贵，通常通过优化、更换滑动轴承等方式来消除问题，需要多次拆装机组，在滑动轴承成本和人力成本方面损失较大。所以授权公告号为CN203926371U的专利中将弹簧设在扇形瓦块的出油侧，借助弹力的作用，利于收敛油楔区域的形成。但高速可倾瓦滑动轴承往往较为紧凑，瓦块还受临界质量的约束，能用于瓦块上的弹簧规格较小，弹力不足，难以从根本上解决问题。

而且随着转速不断提高，高速旋转机械往往处于一阶或二阶临界转速以上，即所谓的柔性轴，高速旋转转系在过临界转速时往往会产生剧烈振动，另外，有的机组在运行过程中需要调整工况，对转子的转速在一定范围内进行调整，而工作转速调整范围的上部及下部往往与临界转速都较为接近，传统的滑动轴承要通过调整滑动轴承的几何参数尺寸来改变滑动轴承的工作性能，使滑动轴承的动特性性能参数单向改变，增加或减小，无法按实际工况条件实现动态调整，难以有效避免过临界时的剧烈振动，同时也难以兼顾工作转速调整范围的上部及下部均远离临界转速，一旦工作转速与临界转速的避开率小于允许范围极易产生剧烈振动，危及机组正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种为了保证机组能够稳定可靠运行，避免振动超标危及机组正常运行的径向滑动轴承。

本发明的目的是这样实现的：一种径向滑动轴承，包括轴承壳体和瓦块，瓦块安装在轴承壳体的内壁，轴承壳体的两个端口均设置有控油固定环，其中，所述瓦块设置有若干块，所述瓦块的非承载瓦部分设置有一块或两块可沿径向作微小距离移动的浮动可倾瓦块，所述浮动可倾瓦块的背面与轴承壳体的内壁间设置有液压腔，所述液压腔的端口设置有油压控制器，所述油压控制器控制所述液压腔的油压，调节浮动可倾瓦块径向移动的距离，并使若干瓦块的瓦面均与轴颈之间的间隙为，0.2mm＞瓦块进油侧的间隙＞瓦块中间的间隙＞瓦块出油侧的间隙＞0.1mm，呈收敛区。

当所述瓦块的块数为奇数，所述瓦块的非承载瓦部分设置有一块浮动可倾瓦块，沿载荷合力方向的反向布置。

当所述瓦块的块数为偶数，所述瓦块的非承载瓦部分设置有两块浮动可倾瓦块，且两者相邻，沿载荷合力方向的反向布置。

进一步优化：所述液压腔内设置有活塞式支承块，所述活塞支承块上套设有密封环。

进一步优化：所述瓦块的外圆弧半径小于轴承壳体的内圆弧半径。

进一步优化：所述控油固定环通过螺栓固定在所述轴承壳体的端口上，所述控油固定环与瓦块之间设置有防转插销。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：可在机组运行过程中，根据转子动力学分析具体情况，对滑动轴承的动特性性能进行动态控制，进而对旋转轴系的转子动力学特性进行有效控制，确保机组安全、稳定工作。在滑动轴承工作过程中，轴颈在载荷的作用下偏向承载瓦块，轴颈与非承载瓦块之间的间隙较大，非承载瓦块瓦面油膜力较小，易于通过外部液压油的压力对其进行控制，控制液压油通过可倾瓦块背部活塞施加压力，推动可倾瓦块向轴颈微移，减小滑动轴承与轴颈之间的间隙，使所有瓦块均能建立起稳定、可靠的油膜力，能有效避免部分瓦块因间隙过大、不稳定而引起轴系振动现象，同时轴承间隙的减少使滑动轴承的刚度系数及阻尼系数增加，以提高滑动轴承过临界转速时的对数衰减率，以便机组能够顺利的通过临界转速。另外通过调整轴承的刚度系数及阻尼系数，使临界转速能有效避开工作转速范围，确保机组安全、稳定工作。

附图说明

图1是背景技术中传统的可倾瓦轴承结构示意图；

图2是背景技术中可倾瓦块与轴颈之间不能建立油膜力的状态I；

图3是背景技术中可倾瓦块与轴颈之间不能建立油膜力的状态II；

图4是本发明中安装有五个瓦块的结构示意图；

图5是本发明中安装有四个瓦块的结构示意图；

图6是本发明中图4或图5的截面示意图；

图7是本发明中可倾瓦块与轴颈之间建立起油膜力的状态；

图8是本发明油膜形成过程中静止状态图；

图9是本发明油膜形成过程中启动状态图；

图10是本发明油膜形成过程中开始形成油膜的状态图；

图11是本发明f-λ特性曲线图；

图中：10-轴承壳体，11-瓦块，12-浮动可倾瓦块，13-控油固定环，14-液压腔，15-油压控制器，16-活塞式支承块，17-密封环，18-流道，19-螺栓，20-防转插销，21-轴颈，

e为轴颈相对于轴承中心的偏移量；

F为作用在单个轴承上载荷的合力；

h1为可倾瓦块进油侧的间隙；

h2为可倾瓦块中间的间隙；

h3为可倾瓦块出油侧的间隙。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

参考图4和图6，一种径向滑动轴承，包括轴承壳体10和瓦块11，瓦块11安装在轴承壳体10的内壁，轴承壳体10的两个端口均设置有控油固定环13，所述固定环13通过螺栓19固定在所述轴承壳体10的端口上，所述固定环13与瓦块11之间设置有防转插销20，其中，所述瓦块11设置有五块，所述瓦块11的外圆弧半径小于轴承壳体10的内圆弧半径，所述瓦块11中非承载瓦部分设置有一块可径向移动的浮动可倾瓦块12，处于载荷合力方向的反方向上，所述浮动可倾瓦块12的背面与轴承壳体10的内壁间设置有液压腔14，所述液压腔14内设置有活塞式支承块16，所述活塞式支承块上套设有密封环17，所述液压腔14的端口设置有油压控制器15，所述轴承壳体10内设置有流道18，所述油压控制器15连通流道控制所述液压腔14的油压，调节浮动可倾瓦块12沿径向作微小距离移动，能对非承载瓦部分间隙最大且易产生不稳定状况瓦块进行实时动态控制，并使五块瓦块11的瓦面均与轴颈21之间的间隙为，0.2mm＞瓦块进油侧的间隙＞瓦块中间的间隙＞瓦块出油侧的间隙＞0.1mm，呈收敛区。确保所有瓦块均能建立起稳定可靠的油膜力，有效避免瓦块颤振，改善瓦块的工作稳定性。

油膜力产生的过程如下，在轴颈与推力瓦之间的油膜虽然比较薄，但我们仍然可以认为油膜能分为更薄的油层。当轴颈旋转时，黏附在轴颈表面的润滑油，被带入两摩擦面之间。由于油黏附在轴颈的表面，所以这层油的运动速度与轴颈的运动速度相同况而黏附在推力瓦表面的油层，运动速度则为零。这样，上下各油层之间就有了速度差，速度自上而下逐渐降低。速度差会使油层分开，分开的断面是与推力瓦表面平行的，相当于油层在水平面上受到了剪切，速度的变化率就是剪切的变化率。由于油是有一定的黏度的，因此，使油层分开就需要作用一定的力，黏度越大，作用力就越大。从材料力学中的有关定律可知，当材料受到剪切作用时，会使材料产生一对力，这对力的大小与作用力的大小相等，而方向则与作用力的方向成90°，由此就产生了垂直作用于轴颈面和推力瓦面的力，使两摩擦面分开。这就是油膜压力的根本来源。

如果推力瓦面与轴颈处于平行位置，那么进油口的面积与出油口的面积相等。当油膜有了压力后，压力会使进入的油流速度减慢，而使出去的油流速度增加，速度不同造成流量不相等，出油量大于进油量，轴颈与瓦面间的油迅速流出，这就会导致油膜的压力迅速消失。因此，两摩擦面处于平行状态，是无法建立承压油膜的；但是，如果我们将推力瓦沿运动方向倾斜放置，使进油口的面积增大，出油口的面积减小，就可以做到流入和流出的流量相等，油膜的压力就不致消失。

由于推力瓦是单支点支撑，轴颈运动时带入润滑油，油就像“楔子”一样将瓦挤到倾斜的位置，从而实现保持油膜压力的目的。

综上所述，形成“油膜压力”的三个最基本的条件是：

(1)摩擦表面必须以一定的速度作相对运动。

(2)必须供给充分的、具有一定黏度的润滑油。

(3)两摩擦表面必须形成向运动方向逐渐收敛的楔形间隙，即移动件带着润滑油从大口走向小口。

油层中的压力是因为油层中有剪应力的变化而产生的，要使油层中产生较大的压力以支持外载荷，就得要加大油层中剪应力的变化率，而这种变化率与油的黏度和运动的速度有关。因而得出结论：油膜压力的大小与相对运动的速度成正比、与油的黏度成正比，而与油膜厚度的平方成反比。对于油膜厚度，应有一个正确理解，虽然油膜的厚度越小，油膜的承载能力越高，但实际上间隙不能无限缩小，因为还受到加工要求及发热等方面的限制。所以本发明中瓦面均与轴颈之间的间隙为，0.2mm＞瓦块进油侧的间隙＞瓦块中间的间隙＞瓦块出油侧的间隙＞0.1mm。

载荷作用在轴承上，油膜压力是载荷的反作用力，其大小必然会随着载荷的变化而变化。为适应载荷力的变化，运行中的推力轴承必须能自动作一些必要的调整。对于稳定运行的轴承而言，转速不变，运动速度就不会有变化；油的黏度虽会随温度升高而下降，但稳定后一般也不会发生太大的变化。所以，当外载荷发生变化时，油膜的压力主要依靠油膜厚度的改变作调整，同时，瓦的倾斜也会发生微小的变化。

实施例2

参考图5和图6，一种径向滑动轴承，包括轴承壳体和瓦块，瓦块安装在轴承壳体的内壁，轴承壳体的两个端口均设置有控油固定环，所述控油固定环通过螺栓固定在所述轴承壳体的端口上，所述控油固定环与瓦块之间设置有防转插销，其中，所述瓦块设置有四块，所述瓦块的外圆弧半径小于轴承支架的内圆弧半径，所述瓦块的非承载瓦设置有两块可径向移动的浮动可倾瓦块，且两者相邻，处于载荷合力方向的反方向上，所述浮动可倾瓦块的背面与轴承壳体的内壁间设置有液压腔，所述液压腔的端口设置有油压控制器，所述轴承壳体内设置有流道，所述油压控制器连通流道控制所述液压腔的油压，调节浮动可倾瓦块沿径向作微小距离移动，对非承载瓦部分间隙最大且易产生不稳定状况瓦块进行实时动态控制，并使四块瓦块11的瓦面均与轴颈21之间的间隙为，0.2mm＞瓦块进油侧的间隙＞瓦块中间的间隙＞瓦块出油侧的间隙＞0.1mm，呈收敛区。确保所有瓦块均能建立起稳定可靠的油膜力，有效避免瓦块颤振，改善瓦块的工作稳定性。

所述液压腔内设置有活塞式支承块，所述活塞支承块上套设有密封环。

通过上述的实施例1和实施例2可以得知，瓦块数为奇数时，处于载荷合力方向的反方向上瓦块间隙最大，且易产生不稳定状况，在该位置设置一个浮动可倾瓦块即可，瓦块数为偶数时，需要设置两个浮动可倾瓦块。

在实际的安装过程中，应该参考图4或图5中方式进行安装。图1中由于轴自身的重力和工作载荷的作用力，导致轴中心偏离轴承中心而产生偏移量e，底部两块瓦块受到作用在单个轴承上载荷的合力F，为承载瓦块，上面两块瓦块为非承载瓦，因轴颈偏移，非承载瓦块与轴颈之间的间隙增大，如图5所示，为了各瓦块与轴颈间的间隙不致过大，上面两块瓦块必须设置成可沿径向作微小距离移动的浮动可倾瓦块，通过控制液压油的作用力，可以推动浮动可倾瓦向轴颈偏移，实现动态控制可倾瓦块与轴颈之间的间隙。

本发明可根据实际情况通过油压控制器，向油膜力过小的瓦块上施加一定载荷，推动可倾瓦块向轴颈偏移，使可倾瓦块与轴颈之间的间隙处于合适范围，从而保证可倾瓦块也能建立起稳定、可靠的油膜力，有效避免瓦块颤振情况，改善瓦块的工作稳定性。参考图2、图3和图7，通过了解可倾瓦块的状态，可得知本发明中对于可倾瓦块调节的重要性。

除此之外，由于可倾瓦块与轴颈之间的间隙缩小，进而使滑动轴承的刚度系数及阻尼系数增加，提高了滑动轴承过临界转速时的对数衰减率，以便机组能够顺利的通过临界转速。同时可通过对滑动轴承动特性性能的控制使临界转速有效避开工作转速范围，确保机组安全、稳定工作。如图8、9、10中所示，滑动轴承的摩擦系数f是重要的设计参数之一，它的大小与润滑油的粘度η(Pa·s)、轴的转速n(r/min)和轴承压力p(MPa)有关，令λ＝ηn/p式中：λ-轴承特性数

观察滑动轴承形成液体动压润滑的过程，摩擦系数f随轴承特性数λ的变化如图11所示，图中相应于f值最低点的轴承特性数λc称为临界特性数，且λc以右为液体摩擦润滑区，λc以左为非液体摩擦润滑区，轴与轴瓦之间为边界润滑并有局部金属接触。因此f值随λ减小而急剧增加。不同的轴颈和轴瓦材料，加工情况、轴承相对间隙等，f-λ曲线不同，c也随之不同。

图2中，可倾瓦块的瓦面与轴颈之间的间隙，沿轴颈旋转方向，图中箭头所指方向为轴颈旋转方向，先由小变大，呈发散区，再由大变小，呈收敛区，即h2大于h1和h3，无法建立起油膜力，瓦块状态极不稳定，瓦块会处于随机摆动的颤振状态。

图3中，可倾瓦块瓦面的曲率中心与轴颈同中心，他们之间的间隙沿轴颈旋转方向相等，即h1＝h2＝h3，没有收敛区，不能建立起油膜力的状态。

图7中，可倾瓦块的瓦面与轴颈之间的间隙，沿轴颈旋转方向由大变小，即h1＞h2＞h3，呈收敛区，形成一种油楔，使润滑油内产生压力，能够建立起稳定、可靠的油膜力状态。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种径向滑动轴承，包括轴承壳体(10)和瓦块(11)，瓦块(11)安装在轴承壳体(10)的内壁，轴承壳体(10)的两个端口均设置有控油固定环(13)，其特征在于：所述瓦块(11)设置有若干块，所述瓦块(11)中设置有一块或两块可径向移动的浮动可倾瓦块(12)，所述浮动可倾瓦块(12)的背面与轴承壳体(10)的内壁间设置有液压腔(14)，所述液压腔(14)的端口设置有油压控制器(15)，所述油压控制器(15)控制所述液压腔(14)的油压，调节浮动可倾瓦块(12)沿轴颈(21)径向移动，并使若干瓦块(11)的瓦面均与轴颈(21)之间的间隙为，0.2mm＞瓦块进油侧的间隙＞瓦块中间的间隙＞瓦块出油侧的间隙＞0.1mm，呈收敛区；

其中，所述瓦块(11)的块数为奇数时，所述瓦块的非承载瓦部分设置有一块浮动可倾瓦块(12)，沿载荷合力方向的反向布置；所述瓦块(11)的块数为偶数时，所述瓦块的非承载瓦部分设置有两块浮动可倾瓦块(12)，且两者相邻，沿载荷合力方向的反向布置；

所述液压腔(14)内设置有活塞式支承块(16)，所述活塞式支承块(16)上套设有密封环(17)；

所述控油固定环(13)通过螺栓(19)固定在所述轴承壳体(10)的端口上，所述控油固定环(13)与瓦块(11)之间设置有防转插销(20)。

2.根据权利要求1所述的一种径向滑动轴承，其特征在于：所述瓦块(11)的外圆弧半径小于轴承壳体(10)的内圆弧半径。