CN108930715A - 一种双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，包括转动部件、固定部件、前混合推力轴承、后混合推力轴承、轴承座、前导轴承和后导轴承，所述转动部件设于所述固定部件内，其通过前混合推力轴承和后混合推力轴承可转动连接于所述固定部件。本发明可应用于潮流发电装置，易起动，能有效承受正反向水推力载荷及防腐、防泥沙，解决运行维护困难的问题，保证潮流发电装置的安全和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种推力轴承系统，属于海洋潮流机械装置设计技术领域，具体涉及一种双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统。
背景技术
随着国际性的能源衰竭和坏境恶化问题的愈发严重，开发新能源，走可持续发展的能源之路，是人类今后生存的必然选择。而海洋能是地球最大的储备能源，地球表面积约为5.1×108km2，其中陆地表面积为1.49×108km2，海洋面积则达到了3.61×108km2，占比约为71％。且海洋能源于太阳与月亮的引力，具有可再生性，取之不尽，用之不竭。因此由于其独特的优越性和巨大的储存量，近年来对此的开发利用已成为热点。
潮流发电装置是海洋能利用主要方式，而推力轴承组作为潮流发电装置的轴向负荷支撑部件，对转动部件的稳定运行起着关键性作用。传统推力轴承可采用滚动轴承或滑动轴承型式，其中，滚动轴承承载能力差，只适合轻载场合，其滚动摩擦损耗依靠油、脂润滑冷却，而滑动轴承承载能力较强，适合中、重载场合，其滑动摩擦损耗较大，一般需要一套润滑冷热系统。潮流发电装置浸没于海水之中远离海岸，推力轴承单纯采用常规的滚动轴承或滑动轴承运行维护都非常困难，同时海洋潮流对叶轮装置的轴向推力较大，并且涨潮和落潮是正反双向流动的，需考虑承受双向水推力负荷。另外，泥沙堵塞问题也必须考虑防护。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，可应用于潮流发电装置，易起动，能有效承受正反向水推力载荷及防泥沙，解决运行维护困难的问题，保证潮流发电装置的安全和寿命。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，包括转动部件、固定部件、推力轴承结构、轴承座、前导轴承和后导轴承，所述转动部件设于所述固定部件内，其通过推力轴承结构可转动连接于所述固定部件；
所述推力轴承结构包括前混合推力轴承和后混合推力轴承，所述转动部件的前端通过前混合推力轴承可转动连接于所述固定部件内部的前端，所述转动部件的后端通过后混合推力轴承可转动连接于所述固定部件内部的后端；所述前混合推力轴承和后混合推力轴承均主要由轴圈、座圈、圆柱滚子、强永磁体组成，若干圆柱滚子周向排布于所述轴圈和座圈之间，所述轴圈和座圈相对的一面上分别周向设有强永磁体；所述前混合推力轴承和后混合推力轴承对称设置，两者的轴圈均位于靠近转动部件的一侧；所述前混合推力轴承的轴圈和圆柱滚子之间具有前轴向间隙，所述后混合推力轴承的轴圈和圆柱滚子之间具有后轴向间隙，当前轴向间隙与后轴向间隙相等时，前混合推力轴承的磁场力与后混合推力轴承的磁场力相等。
进一步地，所述圆柱滚子位于轴圈和座圈之间的外周或内周，而所述强永磁体则位于轴圈和座圈之间的内周或外周。
进一步地，所述轴圈上的强永磁体和座圈上的强永磁体之间设有支持环。
进一步地，前混合推力轴承和后混合推力轴承均包括有防泥沙挡圈，所述防泥沙挡圈套接于轴圈和座圈的外表面并且可完全覆盖轴圈和座圈之间的缝隙。
进一步地，所述轴圈上的强永磁体的数量为自然数N，座圈上的强永磁体的数量为与N互为质数的相邻自然数N±1。
更进一步地，N≥10。
进一步地，所述双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统不设置润滑冷却系统。
本发明的有益效果在于：本发明可应用于潮流发电装置，由于所述前混合推力轴承的轴圈和圆柱滚子之间具有前轴向间隙，所述后混合推力轴承的轴圈和圆柱滚子之间具有后轴向间隙，因此转动部件或处于轴向悬浮状态，或只是推力滚子轴承承受一部分载荷，因此有效地减小了所述混合推力轴承实际承受的轴向载荷，使其能安全承受正、反向水推力载荷；
另外，由于只是推力滚子轴承承受一部分载荷，轴承损耗小，不需设置润滑冷却系统，依靠海水润滑冷却即可，避免了润滑冷却系统的故障节点和运行维护问题，保证潮流发电装置的安全和寿命。
当转动部件处于轴向悬浮状态时，推力轴承无摩擦阻力矩，当只是推力滚子轴承承受一部分载荷时摩擦阻力矩很小，同时磁推力轴承的轴圈和座圈上设置的强永磁体数量为相邻互质自然数，磁滞阻力矩也极小，因此潮流发电装置极易起动。
所述防泥沙挡圈的设置防止了海水中泥沙或类似物进入所述混合推力轴承内部对其造成破坏，进一步保证潮流发电装置的安全和寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统机构示意图；
图2为本发明实施例中前混合推力轴承的剖面详图；
图3为图2中的A-A向横剖面图；
图4为图2中的B-B向横剖面图；
图5为本发明实施例中轴承系统的正向推力负荷受力示意图(F1较小时)；
图6为本发明实施例中轴承系统的正向推力负荷受力示意图(F1较大时)；
图7为本发明实施例中轴承系统的反向推力负荷受力示意图(F2较小时)；
图8为本发明实施例中轴承系统的反向推力负荷受力示意图(F2较大时)。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
本实施例提供一种双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，如图1-4所示，包括转动部件1、固定部件2、推力轴承结构、轴承座4、前导轴承5A和后导轴承5B，所述转动部件1设于所述固定部件2内，其通过推力轴承结构可转动连接于所述固定部件2；
所述推力轴承结构包括前混合推力轴承3和后混合推力轴承3’，所述转动部件1的前端通过前混合推力轴承3可转动连接于所述固定部件2内部的前端，所述转动部件1的后端通过后混合推力轴承3’可转动连接于所述固定部件2内部的后端；所述前混合推力轴承3和后混合推力轴承3’均主要由轴圈31、座圈32、圆柱滚子33、强永磁体36、37组成，若干圆柱滚子33周向排布于所述轴圈31和座圈32之间，所述轴圈31和座圈32相对的一面上分别周向设有强永磁体36、37；所述前混合推力轴承3和后混合推力轴承3’对称设置，两者的轴圈31均位于靠近转动部件1的一侧；所述前混合推力轴承3的轴圈31和圆柱滚子33之间具有前轴向间隙δ1，所述后混合推力轴承3’的轴圈31和圆柱滚子33之间具有后轴向间隙δ2，当前轴向间隙δ1与后轴向间隙δ2相等时，前混合推力轴承3的磁场力fB0与后混合推力轴承3’的磁场力fD0相等。
上述双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统的工作原理在于：
所述前混合推力轴承的轴圈31、座圈32和圆柱滚子33构成前推力滚子轴承部分3A，所述后混合推力轴承的轴圈31、座圈32和圆柱滚子33构成后推力滚子轴承部分3C，所述前混合推力轴承的轴圈31、座圈32和强永磁体36、37构成前磁推力轴承部分3B，所述后混合推力轴承的轴圈31、座圈32和强永磁体36、37构成后磁推力轴承部分3D。所述前推力滚子轴承部分3A的轴圈31和圆柱滚子33之间设计有前轴向间隙δ1，所述后推力滚子轴承部分3C的轴圈31和圆柱滚子33之间设计有后轴向间隙δ2，当前轴向间隙δ1与后轴向间隙δ2相等时，前磁推力轴承部分3B的磁场力fB0与后磁推力轴承部分3D的磁场力fD0相等。
如图5-6所示，当转动部件1受到正向推力负荷F1作用时，δ1将大于δ2，此时前磁推力轴承部分3B对转动部件1的磁场力fB1将小于后磁推力轴承部分3D对转动部件1的磁场力fD1。若F1较小(如图5所示)，则fB1+F1＝fD1即F1＝fD1-fB1，正向推力负荷F1由后磁推力轴承部分3D和前磁推力轴承部分3B共同承担，转动部件1处于轴向悬浮状态，后推力滚子轴承部分3C和前推力滚子轴承部分3A不承受推力负荷。若F1较大(图6所示)，前轴向间隙将由δ1增大到接近于或等于δ1+δ2，后轴承间隙将由δ2减小到接近于或等于0，则fB1+F1＝fD1+fC1即F1＝fD1-fB1+fC1，正向推力负荷F1由后磁推力轴承部分3D、前磁推力轴承部分3B和后推力滚子轴承部分3C共同承担，前推力滚子轴承部分3A不承受推力负荷，后推力滚子轴承部分3C承受部分推力负荷。
如图7-8所示，当转动部件1受到反向推力负荷F2的作用时，δ1将小于δ2，此时前磁推力轴承部分3B对转动部件1的磁场力fB2将大于后磁推力轴承部分3D对转动部件1的磁场力fD2。若F2较小(图7所示)，则fB2＝F2+fD2即F2＝fB2-fD2，反向推力负荷F2由前磁推力轴承部分3B和后磁推力轴承部分3D共同承担，转动部件1处于轴向悬浮状态，前推力滚子轴承部分3A和后推力滚子轴承部分3C不承受推力负荷。若F2较大(图8所示)，后轴向间隙将由δ2增大到接近于或等于δ1+δ2，前轴承间隙将由δ1减小到接近于或等于0，则fA2+fB2＝F2+fD2即F2＝fA2+fB2-fD2，反向推力负荷F2由前磁推力轴承部分3B、后磁推力轴承部分3D和前推力滚子轴承部分3A共同承担，后推力滚子轴承部分3C不承受推力负荷，前推力滚子轴承部分3A承受部分推力负荷。
进一步地，所述圆柱滚子33位于轴圈31和座圈32之间的外周或内周，而所述强永磁体36、37则位于轴圈31和座圈32之间的内周或外周。在本实施例中，圆柱滚子33位于外周，而强永磁体36、37并列设于内周。
在本实施例中，所述轴圈31上的强永磁体36和座圈32上的强永磁体37之间设有支持环34。
在本实施例中，还包括有防泥沙挡圈35，所述防泥沙挡圈35套接于轴圈31和座圈32的外表面并且可完全遮挡轴圈31和座圈32之间的缝隙。防泥沙挡圈35的设置可以防止海水中的泥沙或类似物进入所述前混合推力轴承和后混合推力轴承内部。
进一步地，所述前磁推力轴承部分3B和后磁推力轴承部分3D为强永磁体斥力型，强永磁体36和强永磁体37互为排斥产生磁推力承受推力负荷。为减小起动时磁滞阻力，轴圈31设置强永磁体36的数量为自然数N(通常N≥10)，座圈32设置强永磁体37的数量为与N互为质数的相邻自然数N±1。
进一步地，在本实施例中，所述双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统不需设置润滑冷却系统，承受部分正向推力负荷F1的后推力滚子轴承部分3C和承受部分反向推力负荷F2的前推力滚子轴承部分3A滚动摩擦产生的较小损耗直接由海水润滑冷却。
本实施例的双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统也用于其他类似场合的流体机械中。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，包括转动部件、固定部件、推力轴承结构、轴承座、前导轴承和后导轴承，所述转动部件设于所述固定部件内，其通过推力轴承结构可转动连接于所述固定部件；其特征在于：
所述推力轴承结构包括前混合推力轴承和后混合推力轴承，所述转动部件的前端通过前混合推力轴承可转动连接于所述固定部件内部的前端，所述转动部件的后端通过后混合推力轴承可转动连接于所述固定部件内部的后端；所述前混合推力轴承和后混合推力轴承均主要由轴圈、座圈、圆柱滚子、强永磁体组成，若干圆柱滚子周向排布于所述轴圈和座圈之间，所述轴圈和座圈相对的一面上分别周向设有强永磁体；所述前混合推力轴承和后混合推力轴承对称设置，两者的轴圈均位于靠近转动部件的一侧；所述前混合推力轴承的轴圈和圆柱滚子之间具有前轴向间隙，所述后混合推力轴承的轴圈和圆柱滚子之间具有后轴向间隙，当前轴向间隙与后轴向间隙相等时，前混合推力轴承的磁场力与后混合推力轴承的磁场力相等。
2.根据权利要求1所述的双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，其特征在于，所述圆柱滚子位于轴圈和座圈之间的外周或内周，而所述强永磁体则位于轴圈和座圈之间的内周或外周。
3.根据权利要求1所述的双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，其特征在于，所述轴圈上的强永磁体和座圈上的强永磁体之间设有支持环。
4.根据权利要求1所述的双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，其特征在于，前混合推力轴承和后混合推力轴承均包括有防泥沙挡圈，所述防泥沙挡圈套接于轴圈和座圈的外表面并且可完全覆盖轴圈和座圈之间的缝隙。
5.根据权利要求1所述的双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，其特征在于，所述轴圈上的强永磁体的数量为自然数N，座圈上的强永磁体的数量为与N互为质数的相邻自然数N±1。
6.根据权利要求5所述的双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，其特征在于，N≥10。
7.根据权利要求1所述的双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统，其特征在于，所述双向相邻互质磁力及滚子混合推力轴承系统不设置润滑冷却系统。
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Denomination of invention: A Bidirectional Adjacent Mutual Mass Magnetic and Roller Hybrid Thrust Bearing System Effective date of registration: 20230706 Granted publication date: 20200619 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Hangzhou Jianghe Hydropower Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023330001394 |
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