CN108468573B - 轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，包括主轴、油封座、压气机端轴承支撑体和轴承套，所述压气机端轴承支撑体与主轴之间设有径向轴承，所述压气机端轴承支撑体与轴承套之间设有主止推轴承，所述主止推轴承为双面承载浮动结构，所述压气机端轴承支撑体与油封座之间设有辅助推力轴承，所述辅助推力轴承为双面承载浮动结构。本发明在相同的环形面积下，浮动式辅助推力轴承轴向承载能力是固定式辅助推力轴承轴向承载能力的两倍，保证轴流增压器长期工作结构稳定及安全工作；双浮环推力轴承结构突破原有限制，可根据应用需要，设计出满足轴向双向均需要承受大的轴向载荷的轴承结构，增加实现需求的设计自由度。

Description

轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构
技术领域
本发明涉及轴流式涡轮增压器推力轴承结构技术领域，具体涉及一种轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构。
背景技术
轴流增压器随着工作压比提高，增压器的推力轴承承受的轴向推力越来越大。增压器的推力轴承结构包括主止推轴承及其摩擦副、辅助推力轴承及其摩擦副及油路等结构。轴流增压器在正常工作状态下，涡轮动叶片和涡轮盘承受的轴向气动载荷与压气机叶轮承受的轴向气动载荷的方向一致，导致增压器转子轴向窜动至压气机端，其轴向载荷合力由主止推轴承承载及其摩擦副承载。增压器在紧急停车、突然卸载等边界工况运行时，增压器的转子由于惯性，转子推向涡轮端，由辅助推力轴承及其摩擦副承载推向涡轮端的轴向载荷。
如图1和图2所示，现有承担正常工作状态下轴向推力载荷的主止推轴承5-1为浮动式双面承载结构，包括主轴1、油封座2、油封座摩擦副面2a、径向轴承3-1、辅助推力轴承3a-1、压气机端轴承支撑体4-1、压气机端轴承支撑体摩擦副面4a-1、主止推轴承5-1、轴承套摩擦副面5a-1和轴承套6-1，辅助推力轴承3a-1为固定式单面承载结构，单面承载端面设计在径向轴承3-1的端面。这种轴承结构在轴流增压器压比大于4.5及以上高压比高转速工作时，在紧急停车、突然卸载等边界工况运行时，固定式辅助推力轴承存在由于承载力不足导致辅助推力轴承接触磨损的缺陷或隐患。增压器长期转运导致转子轴向游动量过大，造成叶轮与壳体碰擦更大的故障隐患，影响增压器正常运行。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构。本发明采用的技术手段如下：
一种轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，包括主轴、油封座、压气机端轴承支撑体和轴承套，所述压气机端轴承支撑体与主轴之间设有径向轴承，所述压气机端轴承支撑体与轴承套之间设有盘状环形结构的主止推轴承，所述主止推轴承为双面承载浮动结构，所述压气机端轴承支撑体与油封座之间设有盘状环形结构的辅助推力轴承，所述辅助推力轴承为双面承载浮动结构。
进一步地，所述油封座上设有分别与辅助推力轴承的端面和内侧面配合的油封座摩擦副面和油封座环面，所述辅助推力轴承套于油封座环面外且与油封座环面之间存在间隙，所述间隙在半径方向上为0.05mm～1mm。
进一步地，所述轴承套包括筒状的轴承套主体和轴承套端部的凸缘，所述轴承套主体朝向油封座一侧，所述径向轴承和主止推轴承均套于轴承座主体上，所述轴承套主体的外壁为轴承套环面，所述主止推轴承与轴承套环面之间存在间隙，所述间隙在半径方向上为0.05mm～1mm。
进一步地，所述轴承套包括筒状的轴承套主体和轴承套端部的凸缘，所述轴承套主体朝向远离油封座的一侧，所述径向轴承和主止推轴承套于主轴上，所述主止推轴承与主轴之间存在间隙，所述间隙在半径方向上为0.05mm～1mm。
进一步地，所述主止推轴承和所述辅助推力轴承的承载面上设有周向依次间隔设置的油槽、楔形面和平面，所述油槽为轴承径向的槽，所述楔形面为从平面到油槽边缘逐渐内凹的斜面。
进一步地，相邻油槽在环形轴承的内径边缘和外径边缘之间的中心线处的周向距离为b，环形轴承的外半径和内半径的差值为a，油槽的宽度为c，b为a～4/3a，c为0.15b～0.2b，且c的最小值为2mm。
进一步地，所述楔形面的面积与所述平面的面积比为4:1。
进一步地，所述主止推轴承和辅助推力轴承的外边缘处设有挡边，所述挡边的宽度为0.5mm～2mm，所述挡边的高度与所述平面一致。
进一步地，所述油槽的外端部设有宽度小于油槽宽度的凹槽，所述凹槽从油槽贯穿至轴承的外边缘。
与现有技术比较，本发明所述的轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构具有以下优点：
1、在相同的环形面积下，浮动式辅助推力轴承轴向承载能力是固定式辅助推力轴承轴向承载能力的2倍，增压器在正常工作状态下推向压气机端的轴向推力轴承承载具有安全裕度，又实现高压比轴流增压器在紧急停车、突然卸载等边界工况下推向涡轮端的轴向推力轴承具有安全承载裕度，保证轴流增压器长期工作结构稳定及安全工作；
2、双浮环推力轴承结构突破原有一个方向固定式推力轴承，一个方向浮动推力轴承结构的限制，可根据应用需要，设计出满足轴向双向均需要承受大的轴向载荷的轴承结构，增加实现需求的设计自由度。
附图说明
图1是现有技术中轴流式涡轮增压器推力轴承结构示意图。
图2是现有技术中另一种轴承套安装方式的轴流式涡轮增压器推力轴承结构示意图。
图3是本发明实施例一的结构示意图。
图4是本发明实施例所述的主止推轴承/辅助推力轴承的结构示意图。
图5是图4的v-v局部剖视图。
图6是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图3所示，一种轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，包括主轴1、油封座2、压气机端轴承支撑体5和轴承套7，所述轴承套7包括筒状的轴承套主体和轴承套端部的凸缘，所述轴承套主体的外壁为轴承套环面7a，所述凸缘的内端面为轴承套摩擦副面6a，所述压气机端轴承支撑体5与主轴1之间设有径向轴承4，所述压气机端轴承支撑体5与轴承套7之间设有盘状环形的主止推轴承6，所述压气机端轴承支撑体5与油封座2之间设有盘状环形的辅助推力轴承3。压气机端轴承支撑体5的轴向两个端面分别为双浮环推力轴承的摩擦副面。本实施例中，所述轴承套主体朝向油封座2一侧，所述径向轴承4和主止推轴承6均套于轴承座主体的外侧，所述辅助推力轴承3处于自由状态，没有固定装置，辅助推力轴承3的内壁与油封座环面之间有径向0.05mm～1mm的间隙，在压力润滑工作状态下辅助推力轴承3处于浮动状态。所述主止推轴承6也处于自由状态，没有固定装置，所述主止推轴承6与轴承套环面7a之间设有径向0.05mm～1mm的间隙，在压力润滑工作状态下主止推轴承6处于浮动状态，主止推轴承6的两个端面为承载面，与轴承套摩擦副面6a和压气机端轴承支撑体第二摩擦副面5a共同形成双面承载推力轴承工作面，实现轴向承载。
所述油封座2上设有与辅助推力轴承3配合的油封座摩擦副面2a和油封座环面2b，所述辅助推力轴承3套于油封座环面2b外且与油封座环面2b之间存在间隙，所述辅助推力轴承3的两个端面与油封座摩擦副面2a和压气机端轴承支撑体第一摩擦副面3a共同形成双面承载辅助推力轴承工作面，实现轴向承载。
如图4和图5所示，所述主止推轴承6和所述辅助推力轴承3的承载面上设有周向依次间隔设置的油槽16、楔形面11和平面13，所述油槽16为轴承径向的槽，用于为轴承提供润滑油通道，所述楔形面11为从平面到油槽边缘逐渐内凹的斜面，也就是说，楔形面从油楔终止线12到油槽16逐渐内凹，所述主止推轴承6和所述辅助推力轴承3的两个承载面均为这种结构。相邻油槽在环形轴承的内径边缘和外径边缘之间的中心线处的周向距离为b，所述的中心线的直径d为环形轴承的内径和外径之和的1/2，环形轴承的外半径和内半径的差值为a，油槽的宽度为c，b为a～4/3a，c为0.15b～0.2b，且c的最小值为2mm，保证供油量。作为优选方案，所述楔形面11的面积与所述平面13的面积比为4:1。楔形面11根据流体动力学进行设计，增大了轴承的轴向承载力，使轴承能够承受更大的轴向推力，采用楔形面与平面4:1的比例，使轴承的轴向承载力更大。所述主止推轴承6和辅助推力轴承3的外边缘处设有挡边15，所述挡边15的宽度e为0.5mm～2mm，所述挡边15的高度与所述平面一致，也就是说，挡边15的上表面与所述平面13在一个面上，挡边的设置，进一步提高了轴承的轴承承载力。所述油槽16的外端部设有宽度小于油槽宽度的凹槽14，所述凹槽14从油槽16贯穿至轴承的外边缘。凹槽14的设置，在润滑油里存在杂质颗粒的情况下，可以在轴承转动过程中通过凹槽14将颗粒甩出，避免颗粒划伤轴承的承载面，凹槽14可以根据需要选择设置和不设置。图5中的波浪线为剖视部分的轮廓线，并不是整个结构的轮廓线，不代表结构和形状。
实施例二
如图6所示，本实施例与实施例一的不同之处在于轴承套7的安装方式不同，具体地，所述轴承套主体朝向远离油封座2的一侧，所述径向轴承4和主止推轴承6直接套于主轴1的外侧，所述凸缘的远离轴承套主体的端面为轴承套摩擦副面6a，所述主止推轴承6与主轴外壁1a之间设有半径方向0.05mm～1mm的间隙。本实施例的其他结构与实施例一相同。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，包括主轴、油封座、压气机端轴承支撑体和轴承套，所述压气机端轴承支撑体与主轴之间设有径向轴承，所述压气机端轴承支撑体与轴承套之间设有盘状环形结构的主止推轴承，所述主止推轴承为双面承载浮动结构，其特征在于：所述压气机端轴承支撑体与油封座之间设有盘状环形结构的辅助推力轴承，所述辅助推力轴承为双面承载浮动结构；
所述油封座上设有分别与辅助推力轴承的端面和内侧面配合的油封座摩擦副面和油封座环面，所述辅助推力轴承套于油封座环面外且与油封座环面之间存在间隙，所述间隙在半径方向上为0.05mm～1mm；
所述主止推轴承和所述辅助推力轴承的承载面上设有周向依次间隔设置的油槽、楔形面和平面，所述油槽为轴承径向的槽，所述楔形面为从平面到油槽边缘逐渐内凹的斜面。
2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，其特征在于：所述轴承套包括筒状的轴承套主体和轴承套端部的凸缘，所述轴承套主体朝向油封座一侧，所述径向轴承和主止推轴承均套于轴承座主体上，所述轴承套主体的外壁为轴承套环面，所述主止推轴承与轴承套环面之间存在间隙，所述间隙在半径方向上为0.05mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，其特征在于：所述轴承套包括筒状的轴承套主体和轴承套端部的凸缘，所述轴承套主体朝向远离油封座的一侧，所述径向轴承和主止推轴承套于主轴上，所述主止推轴承与主轴之间存在间隙，所述间隙在半径方向上为0.05mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，其特征在于：相邻油槽在环形轴承的内径边缘和外径边缘之间的中心线处的周向距离为b，环形轴承的外半径和内半径的差值为a，油槽的宽度为c，b为a～4/3a，c为0.15b～0.2b，且c的最小值为2mm。
5.根据权利要求1所述的轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，其特征在于：所述楔形面的面积与所述平面的面积比为4:1。
6.根据权利要求1所述的轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，其特征在于：所述主止推轴承和辅助推力轴承的外边缘处设有挡边，所述挡边的宽度为0.5mm～2mm，所述挡边的高度与所述平面一致。
7.根据权利要求1所述的轴流式涡轮增压器双浮环推力轴承结构，其特征在于：所述油槽的外端部设有宽度小于油槽宽度的凹槽，所述凹槽从油槽贯穿至轴承的外边缘。
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