CN109027002B - 一种高速浮环轴承及转子系统支承方式 - Google Patents

一种高速浮环轴承及转子系统支承方式 Download PDF

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    • H02K7/08Structural association with bearings

Abstract

本发明公开了一种高速浮环轴承,高速浮环轴承套置于转子上,包括轴承座、浮环,轴承座设置为空心筒状结构,浮环设置于空心筒状结构内,转子运转时,浮环与转子产生相对转动,轴承座设有轴承座通油孔和轴承座通油槽,浮环设置有浮环通油孔和浮环油槽,润滑介质通过轴承座通油孔进入轴承座通油槽,通过浮环通油孔进入浮环油槽,在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑。一种高速浮环轴承‑转子支撑系统,包含上述高速浮环轴承,还包括浮环与推力组合轴承、转子系统和供油系统。

Description

一种高速浮环轴承及转子系统支承方式
技术领域
本发明涉及一种高速浮环轴承,尤其涉及一种高速浮环轴承-转子系统支承方式。
背景技术
随着旋转机械向高转速、高稳定性的方向发展,对大DN值、长寿命、耐冲击,且具有良好高速稳定性的支承方式提出了更高的要求。现阶段,高速轻载传动系统转子的支承方案主要采用高精密滚动轴承、滑动轴承、磁悬浮轴承和空气轴承等。
高精密滚动轴承DN值在2×106以下,一旦超过轴承的极限转速,轴承滚子将在离心力的作用下异常运行,轴承寿命会大大缩短,让转子产生较大振动,严重时将导致轴承抱死卡滞,甚至烧毁轴承,对整个系统产生破坏性的损坏。
滑动轴承以润滑油作为润滑介质,根据动压效应形成动压油膜,避免转子外轴颈与轴承内轴颈之间产生机械摩擦。滑动轴承在高速传动系统领域应用广泛,但因不同结构形式的滑动轴承的应用环境也不同。可倾瓦滑动轴承在高速传动系统中应用广泛,但是其供油量大,产热多,工作效率不高,故在对效率要求较高的场合不适用,并且其结构较为复杂,加工成本高。
磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中,使转子与轴颈之间没有机械接触。磁悬浮轴承相对复杂,包括转子、传感器、控制器和执行器四大部分,其成本较高,可靠性不高。磁悬浮轴承支承方案目前只在少数情况下使用,技术成熟度不高,且成本非常高,应用范围受限。
空气轴承是采用空气作为润滑介质的滑动轴承,具有运转速度高、抗冲击能力强、运行寿命长、稳定性好等特点。因空气黏度远低于润滑油黏度,所以其承载力较小,对于复杂载荷下的工况不适用,特别是齿轮传动系统,齿轮啮合力的波动会影响空气轴承的高速稳定性。空气轴承支承方案因不能承受复杂载荷,故目前还没有大量的工程应用,且其运行维护成本较高,对环境要求也非常苛刻。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种高速浮环轴承,以及一种高速浮环轴承-转子系统支承方式,使高速传动系统在高速运转的情况下更加平稳、可靠。为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种高速浮环轴承,所述高速浮环轴承套置于转子上,包括轴承座、浮环,其特征在于,所述轴承座设置为空心筒状结构,所述浮环设置于所述空心筒状结构内,转子运转时,所述浮环与转子产生相对转动,所述轴承座设有轴承座通油孔和轴承座通油槽,所述浮环设置有浮环通油孔和浮环油槽,润滑介质通过所述轴承座通油孔进入轴承座通油槽,通过所述浮环通油孔进入浮环油槽,在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑。
优选,所述浮环包括内轴颈、外轴颈和浮环端面,所述浮环与转子间隙配合,其配合间隙为内轴颈直径的0.1%-0.5%,所述轴承座与浮环间隙配合,其配合间隙为外轴颈直径的0.08%-0.4%。
优选,所述浮环的内轴颈、外轴颈和/或浮环端面涂有耐磨涂层。
优选,所述耐磨涂层材料为磷锡青铜,涂层厚度为0.05~0.2mm。
优选,所述浮环与所述轴承座轴向方向设置有间隙,所述间隙为所述内轴颈直径的0.15~0.35mm。
本发明还提供了一种高速浮环轴承-转子支撑系统,其特征在于,包括浮环与推力组合轴承、转子系统、供油系统和如权利要求1所述高速浮环轴承,所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承分别套置在转子系统的两端,高速浮环轴承承受径向载荷,浮环与推力组合轴承承受径向和轴向载荷,所述供油系统为所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承供油。
优选,所述浮环与推力组合轴承由高速浮环轴承和可倾瓦推力轴承组成,所述可倾瓦推力轴承的可倾瓦沿浮环中心轴线圆周均匀分布,安装在高速浮环轴承座左端和/或右端,由轴承座轴向位置对所述浮环与推力组合轴承进行轴向限位。
优选,所述转子系统包括转子和推力盘。
优选,所述推力盘的至少一端面为锥面。
1、优选,所述供油系统包括机械泵和电动泵,所述供油系统包括机械泵和电动泵,所述电动泵在高速浮环轴承-转子支撑系统低速运行时使用,所述机械泵在高速浮环轴承-转子支撑系统高转速运行时使用。
本发明的关键在于提供一种高速、高稳定性支撑系统。与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明转子运转时,浮环相对转子和轴承座转动,起到了转速差缓冲作用,大大减少浮环与转子、浮环与轴承座之间的机械摩擦,从而减少热量产生,所需供油量大幅降低。同时,三者之间均为间隙配合,也便于安装,降低安装成本,特别是对于大直径的转子系统,效果更为明显。本发明采用高速浮环轴承承受径向载荷,采用浮环与推力组合轴承承受径向和轴向载荷,轴承效率高,且轴承结构简单,极大地节省了安装空间。本发明的转子系统的高速稳定性良好,振动小,效率高,寿命长、可靠,制造成本低。供油系统采用机械泵和电动泵组合的方式供油,确保启停阶段轴承的供油,避免轴承处在贫油润滑状态,提高轴承寿命。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
图1是高速转子系统
图2是高速浮环轴承剖视图。
图3是高速浮环轴承立体图。
图4是浮环与推力组合轴承剖视图。
图5是浮环与推力组合轴承立体图。
图6是供油系统。
图中各标号表示:
1、锁紧螺母;2、离心叶轮;3、密封环;4、转子;5、高速浮环轴承;6、调整垫;7、推力盘;8、浮环与推力组合轴承;9、油槽;10、轴承座;11、耐磨涂层;12、浮环;13、浮环通油孔;14、可倾瓦推力轴承;15、浮环油槽;16、轴承座通油孔;17、齿轮箱;18、油箱;19、机械泵;20、电动泵;21、内轴颈;22、外轴颈;23、浮环端面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如附图1所示,本实施例所示的高速浮环轴承-转子系统包括锁紧螺母1、离心叶轮2、密封环3、转子4、高速浮环轴承5、调整垫6、推力盘7、浮环与推力组合轴承8。高速浮环轴承5、浮环与推力组合轴承8套置在转子系统的两端,起支撑和传递扭矩的作用。高速浮环轴承5承受径向载荷,浮环与推力组合轴承8承受径向和轴向载荷,不仅可以极大地节省了安装空间,合理安排轴承的布局方式,同时也能依需满足转子系统的强度。
如附图2所示,本实施例所示的高速浮环轴承5,包括轴承座10、浮环12,轴承座10设置为空心筒状结构,浮环12间隙配合在空心筒状结构内。高速浮环轴承5间隙配合在转子4上。所述轴承座10设有轴承座通油孔16和轴承座通油槽9,所述浮环12设置有浮环通油孔13和浮环油槽15,润滑介质通过所述轴承座通油孔16进入轴承座通油槽9,通过浮环通油孔13进入浮环油槽15,在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑。转子运转时,浮环12相对转子4和轴承座10转动,起到了转速差缓冲作用,大大减少浮环与转子、浮环与轴承座之间的机械摩擦,从而减少热量产生,所需供油量大幅降低。同时,三者之间均为间隙配合,也便于安装,降低安装成本,特别是对于大直径的转子系统,效果更为明显。
所述浮环12包括内轴颈21、外轴颈22和浮环端面23,浮环12与转子4间隙配合,其配合间隙为内轴颈21的0.1%-0.5%,所述轴承座10与浮环12间隙配合,其配合间隙为外轴颈22的0.08%-0.4%。优选的,浮环12与转子4之间的配合间隙为内轴颈21的0.2%-0.3%,轴承座10与浮环12之间的间隙配合为外轴颈22的0.1%-0.35%。上述间隙能够让浮环与转子、浮环与轴承座之间形成转速差,也能让轴承与转子产生稳定的动压油膜,避免机械干磨损,动压油膜的均化作用和良好的抗震性能,让转子高精度和高平稳性运转。浮环12的内轴颈21、外轴颈22和/或浮环端面23均涂有耐磨涂层11,耐磨涂层能够有效的减少浮环12与转子4、浮环12与轴承座10之间的机械磨损,增加轴承的寿命。所述耐磨涂层11的材料为磷锡青铜,厚度为0.05~0.20mm,其硬度更高,耐磨性更好,且允许更高的润滑油温升。
如附图4所示,浮环与推力组合轴承8由高速浮环轴承5和可倾瓦推力轴承14组成,所述可倾瓦推力轴承14的可倾瓦沿浮环及浮环12中心轴线圆周均匀分布,安装在高速浮环轴承座10的左端和/或右端,由轴承座轴向位置对所述浮环与推力组合轴承进行轴向限位。径向与推力组合轴承8一端与转子4端面贴合,另由推力盘7限位,再依次通过调整垫6和离心叶轮2,由锁紧螺母1锁紧连接在转子4上。推力盘7、离心叶轮2、调整垫6和锁紧螺母1均安装在转子4上。推力盘7与转子4之间、离心叶轮2与转子4之间均为过渡配合。所述推力盘7与浮环与推力组合轴承8的装配面为锥面,在转子高速运转时,推力盘7和浮环与推力组合轴承8接触面形成动压油膜,减少两接触端面的机械摩擦,从而降低热量,提高运行效率。
如图6所示,所述供油系统采用机械泵和电动泵组合的方式供油,确保启停阶段轴承的供油,避免轴承处在贫油润滑状态,提高轴承寿命。供油系统充分考虑了浮环轴承启停阶段的润滑状态,在相对转速较低的情况下,机械泵无法提供充足的润滑油,轴承不能形成动压油膜时,采用电动泵。同时,机械泵由输入轴直接驱动,避免了因突然停电导致电动泵无法工作的弊端,为齿轮箱的润滑提供双保险。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种高速浮环轴承,所述高速浮环轴承套置于转子上,包括轴承座、浮环,其特征在于,所述轴承座设置为空心筒状结构,所述浮环设置于所述空心筒状结构内,转子运转时,所述浮环与转子及轴承座产生相对转动,起到转速差缓冲作用,所述轴承座设有轴承座通油孔和轴承座通油槽,所述浮环设置有浮环通油孔和浮环油槽,润滑介质通过所述轴承座通油孔进入轴承座通油槽,通过所述浮环通油孔进入浮环油槽,在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑,所述浮环包括内轴颈、外轴颈和浮环端面,所述浮环与转子间隙配合,其配合间隙为内轴颈直径的0.1%-0.5%,所述轴承座与浮环间隙配合,其配合间隙为外轴颈直径的0.08%-0.4%。
2.如权利要求1所述的高速浮环轴承,其特征在于,所述浮环的内轴颈、外轴颈和/或浮环端面涂有耐磨涂层。
3.如权利要求2所述的高速浮环轴承,其特征在于,所述耐磨涂层材料为磷锡青铜,涂层厚度为0.05~0.2mm。
4.如权利要求1或2所述的高速浮环轴承,其特征在于,所述浮环与所述轴承座轴向方向设置有间隙,所述间隙为0.15~0.35mm。
5.一种高速浮环轴承-转子支撑系统,其特征在于,包括浮环与推力组合轴承、转子系统、供油系统和如权利要求1所述高速浮环轴承,所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承分别套置在转子系统的两端,高速浮环轴承承受径向载荷,浮环与推力组合轴承承受径向和轴向载荷,所述供油系统为所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承供油。
6.如权利要求5所述的高速浮环轴承-转子支撑系统,其特征在于所述浮环与推力组合轴承由高速浮环轴承和可倾瓦推力轴承组成,所述可倾瓦沿浮环中心轴线圆周均匀分布,安装在高速浮环轴承座左端和/或右端,由轴承座轴向位置对所述浮环与推力组合轴承进行轴向限位。
7.如权利要求5所述的高速浮环轴承-转子支撑系统,其特征在于所述转子系统包括转子和推力盘。
8.如权利要求5所述的高速浮环轴承-转子支撑系统,其特征在于所述供油系统包括机械泵和电动泵,所述电动泵在高速浮环-转子支撑系统低速运行时使用,所述机械泵在高速浮环轴承-转子支撑系统高转速运行时使用。
9.如权利要求7所述的高速浮环轴承-转子支撑系统,其特征在于,所述推力盘的至少一端面为锥形。
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