CN109681533B - 一种封闭式水润滑轴承系统 - Google Patents

Abstract

本发明为封闭式水润滑轴承系统，包括轴套组件和用以支撑尾轴水密封轴承，水密封轴承的内周与尾轴的外周为水润滑；前密封组件封闭靠近联轴器的一端的一组水密封轴承，并用以防止流通的淡水向联轴器的方向泄漏；后密封组件封闭靠近螺旋桨的一端的另一组水密封轴承，并用于防止流通的淡水向螺旋桨的方向泄漏，且防止海水通过后密封组件；还具有用以轴套组件和水密封轴承之间形成流动的淡水循环，并用以冷却前密封组件和后密封组件的供水系统。本发明提供的封闭式水润滑轴承系统，整体功能更加完善，其体现在运行时能够提供良好的封闭要求和冷却性能，还可以通过控制系统判断淡水的流动情况，以便更好的维护运行。

Description

一种封闭式水润滑轴承系统

技术领域

本发明涉及轴承系统及技术领域，特别涉及一种封闭式水润滑轴承系统。

背景技术

现行趋势下，水润滑轴承由于质量水润滑轴承一般具有外套和为高分子复合材料轴承，制造材料方面，轴承外套采用复合材料制造，轴承面层，为橡胶材料，复合材料为玻璃纤维增强环氧树脂。因而材料上的突破节约了以往采用贵重金属的制造成本，新材料制造的水润滑轴承，其具有质量轻，精度高，易于加工和生产制造，因此，水润滑轴承的应用范围在未来会更加广泛。

现行方式中，水润滑轴承的应用分为封闭式水润滑系统和开放式水润滑轴承系统，具体的，开放式水润滑轴承系统多用于船舰尾轴尾管，这种结构适用于在船舰在水之洁净的水域，或者不含有泥沙的水域内的航行。主机的冷却水可以作为轴承系统的润滑介质，主要是利用海水起到冷却和润滑轴承的作用，而开放式水润滑轴承系统的优势在于结构简单，密封装置少，对于主机冷却水的利用充分，但是其缺陷也比较明显，比如仅能适用在洁净水域和不含泥沙的海域，属于开放式水润滑轴承系统的重要缺陷。

现有技术中，轴尾润滑采用封闭式有润滑系统，对于船舰而言，封闭式油润滑系统能够解决船舰在内河或者沿海含泥沙水域航行，但是对于密封设备的要求很高，实际中封闭式油润滑华系统却有着较高的故障率，泄漏的润滑油大量外泄，污染附近的水域环境，迫害水域生态，严重的甚至造成不可逆的污染影响。因而研究方向转为结合开放式的润滑和冷却思路，采用海水或者淡水建立封闭式的水润滑轴承系统，而现有技术中水润滑轴承系统的功能存不够完善，封闭性能和冷却效果差，无法及时判断故障，制约了水润滑轴承的应用。

发明内容

本发明要解决现有技术中水润滑轴承系统的功能存不够完善，封闭性能和冷却效果差，无法及时判断故障，制约了水润滑轴承的应用的技术问题，提供一种封闭式水润滑轴承系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

封闭式水润滑轴承系统，具有尾轴，所述尾轴的一端连接有位于海水之中的螺旋桨，另一端连接有位于船体的联轴器，其特征在于，包括：

轴套组件，其用以与所述尾轴形成间隙配合；

水密封轴承，其用以支撑所述尾轴，且所述尾轴的两端分别设置有一组所述水密封轴承，所述水密封轴承的内周与所述尾轴的外周为水润滑；

前密封组件，其封闭靠近所述联轴器的一端的一组水密封轴承，并用以防止流通的淡水向所述联轴器的方向泄漏；

后密封组件，其封闭靠近所述螺旋桨的一端的另一组水密封轴承，并用于防止流通的淡水向所述螺旋桨的方向泄漏，且防止所述海水通过所述后密封组件；以及

用以所述轴套组件和所述水密封轴承之间形成流动的淡水循环，并用以冷却所述前密封组件和所述后密封组件的供水系统。

进一步地，所述轴套组件包括：

中间轴套，其一端固定连接有前端轴套，其另一端固定连接有后端轴套；

其中，所述前端轴套位于所述联轴器的一侧，并用以连接所述前密封组件，所述后端轴套位于所述螺旋桨的一侧，并用于连接所述后密封组件。

进一步地，所述前密封组件包括：

前密封壳，其一端用于与所述前端轴套固定连接；

耐磨衬套，其自所述前密封壳朝向所述联轴器的一端穿入所述前密封壳的内部，且与所述前密封壳的内周配合形成一个前密封腔；以及

用以固定所述耐磨衬套位于所述联轴器一端的定位环。

进一步地，所述前密封组件还包括有：

第一压盖，其固定在所述前密封壳朝向所述前端轴套

一侧形成的凹陷的圆台上；

角密封圈，其设置在所述耐磨衬套穿过所述前密封壳的一端，并用于所述耐磨衬套的外周与所述前密封壳内周之间的密封。

第二压盖，其固定连接在所述前密封壳位于所述联轴器的一端，并用以压合所述角密封圈。

进一步地，所述前密封腔内具有：

限位环，其形成于所述前密封壳的内周；

气胎，其嵌入所述限位环与所述第一压盖之间，其外周与所述前密封壳的内周接触，所述气胎内周的截面为两侧凸起的圆弧和中心凹陷的圆弧；

隔水圈，其设置于所属耐磨衬套位于所述前密封壳内部的一端，且其与所述限位环配合形成一个环形的通道口；

其中所述气胎内周界面为凸起圆弧与所述隔水圈配合封闭所述环形的通道口。

进一步地，所述前密封腔还包括有：

气胎接管，其位于所述限位环与所述第一压盖之间，其一端连通所述气胎，另一端连通有平衡阀；

进水口，其一端连通至所述前密封腔，其另一端用以引入所述流通的淡水；

其中，所述流通的淡水自所述进水口进入所述前密封腔室后，挤压所述气胎，并流过所述环形的通道口向所述前端轴套的方向流动；

其中，所述气胎收到挤压变形，自所述气胎接管、所述平衡阀排除气胎内的空气。

进一步地，所述后密封组件具有：

后压盖；

后壳体，其一端固定连接所述后端轴套，其另一端固定连接所述后压盖；

水封环，其设置于所述后压盖和所述后壳体之间，且将所述后压盖和所述后壳体的内部分隔成海水室和淡水室；

连通管，其设置于所述后壳体的径向，用于连通所述淡水室。

进一步地，所述前密封腔、所述海水室和所述淡水室设置有密封部，其包括有密封圈和箍紧簧。

进一步地，所述供水系统包括：

前水室，其环绕所述前密封壳的外周设置，其用以自外部冷却所述前密封组件；

后水室，其环绕所述后压盖和所述后壳体的外周设置，其位于所述海水之中，由所述海水冷却降温；

吸入管，其一端连通至所述后水室，另一端穿过所述前水室与所述进水口连通；

所述吸入管还设置有循环泵和视流镜；

其中，所述循环泵以所述吸入管连通所述后水室的一端作为吸入端，以所述吸入管连通至所述进水口的一端为输出端；

所述视流镜用以监察所述流动的淡水；

平衡管，其用以连通所述前水室和所述后水室；

以及用以向所述前水室和所述后水室补充淡水且与前水室连通的淡水管。

进一步地，还包括有控制组件，所述控制组件包括：

压力传感器，其设置于所述气胎接管的径向，用于检测所

述气胎受到所述流通的淡水挤压时产生的压力，并产生的第一反馈信号；

流量调节阀，其设置于所述循环泵的出口，其用以接受所述压力传感器的产生的第一反馈信号以控制所述循环泵的流量；

液位检测器，其用以检测所述后水室的液位，并产生第二反馈信号；

淡水补充阀，其设置于所述谈水管上，其用以接受所述液位检测器产生的第二反馈信号判断其是否开启或者关闭。

本发明具有以下的有益效果：

1、本发明提供的封闭式水润滑轴承系统，功能更加完善，其体现在运行时能够提供良好的封闭要求和冷却性能，还可以通过控制系统判断淡水的流动情况，以便更好的维护运行；

2、本发明提供的冷却方式的设计，前水室和后水室相当于水冷壁，相当于自外向内冷却，再配合淡水在前密封腔、海水室和淡水室之间的流动进一步加强冷却，相当于自内向外冷却，加强了冷却效果，减少设备各部件之间因过热而产生的损耗，便于系统的长周期运行。

3、本发明可以通过气胎的压力进行一个初步的故障判断，并可以通过其压力值的控制信号，通过流量调节阀去调整循环泵的出口流量，用以维持恒定的气胎的气压，并用以稳定封闭式水润滑轴承系统的淡水流通循环。

4、本发明设计的气胎，其功能与以往设计不同，气体从平衡阀中排出，当没有流动的淡水压力时，即是停机时，气胎回复原状，与隔水圈配合形成“自密封”，以达到停机封闭保护设备减少空气进入腐蚀设备，进而老化的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本发明的封闭式水润滑轴承系统的结构示意图；

图2为本发明的前密封组件结构示意图；

图3为本发明的后密封组件结构示意图；

图4为本发明的控制方式的示意图；

图中的附图标记表示为：

尾轴100、螺旋桨200、联轴器300；

轴套组件10、水密封轴承20、前密封组件30、中间轴套110、前端轴套120、后端轴套130、前密封壳310、耐磨衬套320、前密封腔301、定位环330、第一压盖311、角密封圈321、第二压盖312、限位环341、气胎340、隔水圈350、气胎接管342、进水口360、平衡阀343、后压盖410、后壳体420、水封环430、连通管403、海水室401、淡水室402、密封部60、密封圈601、箍紧簧602、前水室510、后水室520、吸入管530、循环泵550、平衡管540、淡水管560、视流镜570、控制组件70、压力传感器701、流量调节阀702、液位检测器703、淡水补充阀704。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要理解的是，在本发明的描述中，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如附图1所示，封闭式水润滑轴承系统，具有尾轴100，尾轴100的一端连接有位于海水之中的螺旋桨200，另一端连接有位于船体的联轴器300，其特征在于，包括：轴套组件10，其用以与尾轴100形成间隙配合；水密封轴承20，其用以支撑尾轴100，且尾轴100的两端分别设置有一组水密封轴承20，水密封轴承20的内周与尾轴100的外周为水润滑；前密封组件30，其封闭靠近联轴器300的一端的一组水密封轴承20，并用以防止流通的淡水向联轴器300的方向泄漏；

后密封组件，其封闭靠近螺旋桨200的一端的另一组水密封轴承20，并用于防止流通的淡水向螺旋桨200的方向泄漏，且防止海水通过后密封组件；以及用以所述轴套组件10和所述水密封轴承20之间形成流动的淡水循环，并用以冷却所述前密封组件30和所述后密封组件的供水系统。

具体地，封闭式水润滑轴承系统，具有轴套组件10和水润滑轴承20，其工作原理是，轴套组件10和水润滑轴承20需要有淡水流通，此外前密封组件30和后密封组件用于封闭隔绝淡水，已形成良好的封闭式密封，封闭式水润滑轴承系统将主要应用于含泥沙较大的海水或者湖泊之中，供水系统的目的是提供可以流通的淡水，并且需要对前密封组件30和后密封组件进行降温冷却，冷却的原因是，封闭式水润滑轴承系统在运行时，前密封组件30和后密封组件发热，从而破坏密封，海水中的泥沙流入水润滑轴承，使的尾轴产生故障，因此前密封组件30和后密封组件的冷却非常重要，并且供水系统用于冷却的方式也决定了前密封组件30和后密封组件的冷却效果，并且还需要满足淡水在轴承组件10和水密封轴承20之间的循环流动。

如附图1所示，轴套组件10包括：中间轴套110，其一端固定连接有前端轴套120，其另一端固定连接有后端轴套130；其中，前端轴套120位于联轴器300的一侧，并用以连接前密封组件30，后端轴套130位于螺旋桨200的一侧，并用于连接后密封组件。

具体的，将轴套组件10分成三个部分，前端轴套130连接前密封组件130，后端轴套120连接后密封组件，中间轴套110置于中间，形成淡水流通结构，首先保证淡水循环。

如附图2所示，前密封组件30包括：前密封壳310，其一端用于与前端轴套120固定连接；耐磨衬套320，其自前密封壳310朝向联轴器300的一端穿入前密封壳310的内部，且与前密封壳310的内周配合形成一个前密封腔301；以及用以固定耐磨衬套位于联轴器300一端的定位环330。上述部件形成密封组件的外壳结构，其主要目的是为了布置淡水的进入方式和具体的封闭密封。

如附图2所示，前密封组件30还包括有：第一压盖311，其固定在前密封壳310朝向前端轴套120一侧形成的凹陷的圆台上；角密封圈321，其设置在耐磨衬套320穿过前密封壳310的一端，并用于耐磨衬套320的外周与前密封壳310内周之间的密封。第二压盖312，其固定连接在前密封壳310位于联轴器的一端，并用以压合角密封圈321。此部分部件的作用是保证整体前密封组件30的密封结构，防止泄漏。

如附图2所示，前密封腔301内具有：限位环341，其形成于前密封壳310的内周；气胎340，其嵌入限位环341与第一压盖311之间，其外周与前密封壳310的内周接触，气胎340内周的截面为两侧凸起的圆弧和中心凹陷的圆弧；隔水圈350，其设置于所属耐磨衬套320位于前密封壳310内部的一端，且其与限位环341配合形成一个环形的通道口；其中气胎340内周界面为凸起圆弧与隔水圈350配合封闭环形的通道口。以往的设计中，“气胎”的功能是停机后，充气封闭，而本发明中的气胎340与以往设计不同，特别是功能不同，其实现的是一个自封闭过程，相比于以往的设计，减少了作业人员的工作量，并且自密封效果更佳稳定。

具体地，如附图2所示，前密封腔301还包括有：气胎接管342，其位于限位环341与第一压盖311之间，其一端连通气胎340，另一端连通有平衡阀343；进水口360，其一端连通至前密封腔301，其另一端用以引入流通的淡水；其中，流通的淡水自进水口360进入前密封腔301后，挤压气胎340，并流过环形的通道口向前端轴套120的方向流动；其中，气胎340收到挤压变形，自气胎接管342、平衡阀343排除气胎340内的空气。因此，前述的“自密封”不再需要充气，而是流通的淡水产生的压力通过挤压气胎340排气，气体从平衡阀343中排出，同理，当没有流动的淡水压力时，可以理解为停机时，气胎回复原状，与隔水圈配合形成“自密封”，以达到停机封闭保护设备减少空气进入腐蚀设备，进而老化的目的。

如附图3所示，后密封组件具有：后压盖410；后壳体420，其一端固定连接后端轴套130，其另一端固定连接后压盖410；水封环430，其设置于后压盖410和后壳体420之间，且将后压盖410和后壳体420的内部分隔成海水室401和淡水室402；连通管403，其设置于后壳体420的径向，用于连通淡水室402。此部分为后密封组件的具体结构。海水室401和淡水室402均具有冷却密封部60的作用。

如附图2、3所示，前密封腔301、海水室401和淡水室402设置有密封部60，其包括有密封圈601和箍紧簧602。需要着重考虑密封部60的降温。

如附图、4所示，供水系统包括：前水室510，其环绕前密封壳310的外周设置，其用以自外部冷却前密封组件30；后水室520，其环绕后压盖410和后壳体420的外周设置，其位于海水之中，由海水冷却降温；如此设计，优化冷却方式的设计，前水室510和后水室520相当于水冷壁，相当于自外向内冷却，再配合淡水在前密封腔301、海水室401和淡水室402之间的流动进一步加强冷却，相当于自内向外冷却。

吸入管530，其一端连通至后水室520，另一端穿过前水室510与进水口360连通；吸入管530还设置有循环泵550和视流镜570；其中，循环泵550以吸入管530连通后水室520的一端作为吸入端，以吸入管530连通至进水口360的一端为输出端；视流镜570用以监察流动的淡水；

平衡管540，其用以连通前水室510和后水室520，如此当淡水流动时，能够平衡前水室510和后水室520之间的温度，尤其时，前水室510可以完全置于海水之中，由海水自然冷却。以及用以向前水室510和后水室520补充淡水且与前水室连通的淡水管560。

如附图1、4所示，还包括有控制组件70，控制组件70包括：压力传感器701，其设置于气胎接管342的径向，用于检测所述气胎340受到流通的淡水挤压时产生的压力，并产生的第一反馈信号；流量调节阀702，其设置于循环泵550的出口，其用以接受压力传感器701的产生的第一反馈信号以控制循环泵550的流量；液位检测器703，其用以检测后水室520的液位，并产生第二反馈信号；淡水补充阀704，其设置于谈水管560上，其用以接受液位检测器703产生的第二反馈信号判断其是否开启或者关闭。具体地，可以接入PLC反馈控制或者接入DCS控制，并在集控室集中显示封闭式水润滑轴承系统的情况，以便于排除故障，具体地，淡水流动的情况可以通过气胎340的压力进行一个初步的判断，并可以通过其压力值的控制信号，通过流量调节阀702去调整循环泵550的出口流量，用以维持恒定的气胎340的气压，并用以稳定封闭式水润滑轴承系统的淡水流通循环。

通过综上，本发明对封闭式水润滑轴承系统的整体结构进行改进和优化，使得其在运行时的封闭和冷却的功能更加完善，供水系统的冷却降温效果好，并且结构精简；停机时，气胎340采用新的设计方式，实现“自密封”减少了人工充气密封麻烦，控制方式清晰，便于故障的排除。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种封闭式水润滑轴承系统，具有尾轴(100)，所述尾轴(100)的一端连接有位于海水之中的螺旋桨(200)，另一端连接有位于船体的联轴器(300)，其特征在于，包括：

轴套组件(10)，其用以与所述尾轴(100)形成间隙配合；

水密封轴承(20)，其用以支撑所述尾轴(100)，且所述尾轴(100)的两端分别设置有一组所述水密封轴承(20)，所述水密封轴承(20)的内周与所述尾轴(100)的外周为水润滑；

前密封组件(30)，其封闭靠近所述联轴器(300)的一端的一组水密封轴承(20)，并用以防止流通的淡水向所述联轴器(300)的方向泄漏；

后密封组件(40)，其封闭靠近所述螺旋桨(200)的一端的另一组水密封轴承(20)，并用于防止流通的淡水向所述螺旋桨(200)的方向泄漏，且防止所述海水通过所述后密封组件(40)；以及

用以所述轴套组件(10)和所述水密封轴承(20)之间形成流动的淡水循环，并用以冷却所述前密封组件(30)和所述后密封组件(40)的供水系统；

所述轴套组件(10)包括：

中间轴套(110)，其一端固定连接有前端轴套(120)，其另一端固定连接有后端轴套(130)；

其中，所述前端轴套(120)位于所述联轴器(300)的一侧，并用以连接所述前密封组件(30)，所述后端轴套(130)位于所述螺旋桨(200)的一侧，并用于连接所述后密封组件；

所述前密封组件(30)包括：

前密封壳(310)，其一端用于与所述前端轴套(120)固定连接；

耐磨衬套(320)，其自所述前密封壳(310)朝向所述联轴器(300)的一端穿入所述前密封壳(310)的内部，且与所述前密封壳(310)的内周配合形成一个前密封腔(301)；以及

用以固定所述耐磨衬套位于所述联轴器(300)一端的定位环(330)；

所述前密封组件(30)还包括有：

第一压盖(311)，其固定在所述前密封壳(310)朝向所述前端轴套(120)一侧形成的凹陷的圆台上；

角密封圈(321)，其设置在所述耐磨衬套(320)穿过所述前密封壳(310)的一端，并用于所述耐磨衬套(320)的外周与所述前密封壳(310)内周之间的密封；

第二压盖(312)，其固定连接在所述前密封壳(310)位于所述联轴器的一端，并用以压合所述角密封圈(321)；

所述前密封腔(301)内具有：

限位环(341)，其形成于所述前密封壳(310)的内周；

气胎(340)，其嵌入所述限位环(341)与所述第一压盖(311)之间，其外周与所述前密封壳(310)的内周接触，所述气胎(340)内周的截面为两侧凸起的圆弧和中心凹陷的圆弧；

隔水圈(350)，其设置于所述 耐磨衬套(320)位于所述前密封壳(310)内部的一端，且其与所述限位环(341)配合形成一个环形的通道口；

其中所述气胎(340)内周界面为凸起圆弧与所述隔水圈(350)配合封闭所述环形的通道口；

所述前密封腔(301)还包括有：

气胎接管(342)，其位于所述限位环(341)与所述第一压盖(311)之间，其一端连通所述气胎(340)，另一端连通有平衡阀(343)；

进水口(360)，其一端连通至所述前密封腔(301)，其另一端用以引入所述流通的淡水；

其中，所述流通的淡水自所述进水口(360)进入所述前密封腔(301)后，挤压所述气胎(340)，并流过所述环形的通道口向所述前端轴套(120)的方向流动；

其中，所述气胎(340)收到挤压变形，自所述气胎接管(342)、所述平衡阀(343)排除气胎(340)内的空气；

所述后密封组件具有：

后压盖(410)；

后壳体(420)，其一端固定连接所述后端轴套(130)，其另一端固定连接所述后压盖(410)；

水封环(430)，其设置于所述后压盖(410)和所述后壳体(420)之间，且将所述后压盖(410)和所述后壳体(420)的内部分隔成海水室(401)和淡水室(402)；

连通管(403)，其设置于所述后壳体(420)的径向，用于连通所述淡水室(402)；

所述前密封腔(301)、所述海水室(401)和所述淡水室设置有密封部(60)，其包括有密封圈(601)和箍紧簧(602)；

所述供水系统包括：

前水室(510)，其环绕所述前密封壳(310)的外周设置，其用以自外部冷却所述前密封组件(30)；

后水室(520)，其环绕所述后压盖(410)和所述后壳体(420)的外周设置，其位于所述海水之中，由所述海水冷却降温；

吸入管(530)，其一端连通至所述后水室(520)，另一端穿过所述前水室(510)与所述进水口(360)连通；

所述吸入管(530)还设置有循环泵(550)和视流镜(570)；

其中，所述循环泵(550)以所述吸入管(530)连通所述后水室(520)的一端作为吸入端，以所述吸入管(530)连通至所述进水口(360)的一端为输出端；

所述视流镜(570)用以监察所述流动的淡水；

平衡管(540)，其用以连通所述前水室(510)和所述后水室(520)；

以及用以向所述前水室(510)和所述后水室(520)补充淡水且与前水室连通的淡水管(560)；

还包括有控制组件(70)，所述控制组件(70)包括：

压力传感器(701)，其设置于所述气胎接管(342)的径向，用于检测所述气胎(340)受到所述流通的淡水挤压时产生的压力，并产生的第一反馈信号；

流量调节阀(702)，其设置于所述循环泵(550)的出口，其用以接受所述压力传感器(701)的产生的第一反馈信号以控制所述循环泵(550)的流量；

液位检测器(703)，其用以检测所述后水室(520)的液位，并产生第二反馈信号；

淡水补充阀(704)，其设置于所述淡水管(560)，其用以接收所述液位检测器(703)产生的第二反馈信号判断其是否开启或者关闭。

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