CN110402334A - 用于涡轮机械的通气轴承保持器 - Google Patents
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Abstract
提供用于诸如压缩机和涡轮机之类的涡轮机械的通气轴承保持器和滚柱轴承。轴承保持器构件的内圆周表面中或附近的轴向开口使滚柱轴承上的压差均衡。可以在内圆周表面中设置轴向凹槽。保持器构件的OD上的阻尼器构件可使刚性振动模式最小化并适应热增长和未对准。
Description
技术领域
本发明涉及用于涡轮机械的轴承,且更具体地涉及用于滚柱轴承的保持器和组件。
背景技术
涡轮机械在转子和流体之间传递能量,并且包括涡轮机和压缩机。涡轮机将能量从流体传递到转子(叶轮),而压缩机将能量从转子(叶轮)传递到流体。通常,存在开放式和封闭式的涡轮机械。开放式机械,例如螺旋桨、风车和无遮盖式风扇,用作无限程度的流体,而封闭式机械在流体通过壳体或外壳时对有限量的流体进行操作。涡轮机械还根据它们是轴流式机械还是径向(离心)流式机械来分类。
压缩机涡轮机械和涡轮机式涡轮机械通常包括位于一端具有叶轮的主体或壳体中的旋转轴。轴的旋转引起叶轮的旋转,叶轮的旋转又压缩或促进流体的流动。提供诸如滚柱轴承之类的轴承以允许轴自由旋转。
正确的润滑对于轴承的性能和寿命是重要的。对于永久润滑的轴承,还需要均衡可能迫使润滑剂从轴承流出的压差。保持器构件可用于帮助防止润滑剂从轴承中损耗,以及防止污染物进入轴承并降低它们的性能和耐久性。
对于高速涡轮机械,防止滚柱轴承或轴承保持器的外座圈以与轴和叶轮相同的速度旋转也是重要的,从而增加它们的持续时间和性能。
因此,本发明的目的是提供一种用于永久润滑轴承的改进的保持构件,以及永久润滑轴承和改进的保持构件的组件,其中改进了润滑剂的保持性,并且改进了组件的耐久性和寿命。本发明的另一个目的是提供一种改进的滚柱轴承和保持器组件,以及一种用于滚柱轴承的改进的保持器构件。
发明内容
本发明满足了这些和其他目的,本发明提供了一种改进的轴承保持器构件以及这种轴承保持器构件与诸如滚柱轴承之类的轴承的改进组合。轴承保持器构件具有邻近其内圆周表面的一个或多个轴向通气孔。这些通气孔均衡了可能迫使润滑剂从轴承(例如,经过轴承侧护罩)流出的压差。此外,一个或多个径向凹槽可以设置在邻近轴向通气孔的保持器构件的内圆周表面上。径向凹槽为可以在滚柱轴承或组件附近产生的气体提供旁路。
为了提供阻尼并限制轴承保持器构件在壳体中的旋转,一个或多个阻尼构件设置在保持器构件的外圆周表面上。阻尼构件可以是橡胶或弹性体环构件,例如O形环,或者它可以是提供与壳体的阻尼和摩擦接触的金属可压缩结构构件。
通过结合附图和所附权利要求书对本发明以下的描述,本发明的其他特征以及其他益处和优点将变得容易理解。
附图说明
图1是利用本发明的代表性涡轮机械的透视截面图。
图2是图1中区域2的分解图。
图3是根据本发明的滚柱轴承和轴承保持构件的组合的透视图。
图4是图3所示的本发明的剖视图。
图5是根据本发明的轴承保持器构件的透视图。
图6是如图3和图4所示的本发明的分解图。
图7示出了本发明的替代实施例。
具体实施方式
本发明特别涉及永久润滑的滚柱轴承机构,特别是用于诸如涡轮发电机或电动增压器之类的高速涡轮机械的滚柱轴承机构,并且将在此以示例性方式进行描述。然而,本发明不应限于仅对那些情况和那些产品使用本发明。涡轮机械可以支撑各种叶轮,包括涡轮机、压缩机、泵、风扇等。轴承也可以是任何类型的标准轴承,诸如,各种类型的滚珠轴承或滚柱轴承,例如,圆柱形滚柱轴承、锥形滚柱轴承、球状的滚柱轴承等。滚柱元件还可以布置成一排或多排。所使用的润滑脂或润滑剂的类型也可以是任何标准类型,或将来新复合的。
轴承也不必是永久润滑的类型。它可以是具有用于补充润滑的端口的轴承。润滑脂或润滑剂优选应具有足够的类型和量以密封轴承机构,防止固体和液体污染物以及湿气。施加到轴承上的润滑脂量通常取决于应用。不足量的润滑脂会导致金属与金属的接触和过早的轴承失效。过量的润滑脂会导致轴承内的工作温度上升太快。润滑脂的量还可以取决于轴承的速度范围。较大量的润滑(高达100%填充)通常用于低速应用,较少量的润滑(例如30-50%)通常用于中高速应用。
诸如端盖或端罩之类的保持器构件也用于将润滑脂保持在轴承中并提供更长的轴承寿命。润滑脂可施加在保持器或盖构件中,然后滚柱轴承可组装到保持器构件中或与保持器构件组装在一起,将尽可能多的润滑脂捕获在轴承-保持器组件中。
此外,尽管优选使用阻尼或软化构件,例如O形环或金属偏压力构件,但是在保持器和轴承组件的某些实施例中可能不需要这样的部件。软安装组件是优选的,因为它可以减少或防止保持器构件的旋转,允许轴向移动,确保有效的轴向预载,并且还降低旋转组件的刚性振动模式。软安装组件还可以更好地适应热增长和未对准。
参照图1,示出了在代表性的涡轮发电机10中使用的本发明。涡轮机具有壳体15、内部安装的旋转轴构件14、流体管道17和附接在轴构件一端的叶轮16。
轴构件14通过成对的轴承组件18和20可旋转地安装在定子壳体12中。定子壳体中的电动机22用于产生电力以使轴构件旋转。马达具有定子构件24,定子构件24旋转固定地附接到轴构件14的转子构件26。涡轮机械10还具有迷宫式密封件23、隔热罩25和冷却剂通道27。
轴承组件18和20可以都是相同类型的轴承或者可以是不同类型的轴承。这里将参照本发明的优选实施例的使用来描述轴承组件20。轴承18优选为与通气轴承组件20相同类型并具有相同部件。
本发明的轴承组件20如图2-6所示。组件20通常包括轴承构件25和保持器构件30。在所示的实施例中,轴承构件是滚柱轴承,其具有定位在保持架构件38中的多个球状的球构件32。尽管示出了七个球构件32,但是球构件的数量不是关键的,并且可以是在这种类型的滚柱轴承中使用的任何数量。
滚柱轴承组件20包括内座圈构件34和外座圈构件36,二者分别具有用于球构件的弯曲滚道35和37。球保持器构件36,也称为“保持架”,位于两个座圈件之间,用于将球保持就位,并围绕轴承组件的圆周均匀地间隔开。球构件32中的一个定位在保持架构件38中的每个开口39中。
环形护罩构件40和42位于两个座圈构件的两个轴向侧上。保持器构件40和42有助于将润滑剂保持在滚柱轴承构件内,使得轴承将令人满意地工作。
在图3-6中最佳地示出了盖型保持器构件30。保持器构件30具有外(OD)圆形圆周表面50和内(ID)圆形圆周表面52。保持器构件30还具有径向环形凸缘构件54。
优选地,保持器构件30由具有适当强度、热、磁和制造性能的金属材料(例如,钢或铝材料)制成。类似地,内座圈构件34和外座圈构件36由类似的材料制成。球构件32优选由氮化硅或合适的材料制成。金属球材料,例如钢,由于较高的离心力、热膨胀和导电性而限制用于高速电动涡轮机械。保持器构件38优选由塑料或聚合材料制成。
多个轴向通气口60设置在保持器构件30中。如图5和图6中更具体地所示,通气口邻近保持器构件30的内圆周表面52设置。这些通气口被提供来均衡可能迫使润滑剂经过侧护罩40和42并且离开轴承构件的任何压差。
优选地,设置三个通气口60,尽管数量可以小于或大于该数量。如图3-6所示,通气口还优选在保持器构件上均匀地间隔开。均匀地间隔排气口可以避免使外座圈变形。通气口的尺寸不是关键的,只要均衡适当的压差。
在保持器构件30的内圆周表面52上设置有多个凹槽70。凹槽优选是轴向定向的。凹槽的深度可以是例如保持器构件厚度的10-80%。提供凹槽以允许可能围绕轴构件形成在涡轮机壳体中或由轴承组件20引起的任何气体设旁路并通过排气口60排出。虽然在附图中示出了三个凹槽70,但是实际数量可以大于三个或小于三个。优选地,该数量与用于有效去除气体和均衡任何压差的通气口的数量相同,并且优选地,凹槽70与通气口60对准并连通,如图所示。
气体从轴承ID到轴承外座圈的径向旁路流由图4中的箭头74示出。轴向凹槽70以如图4中箭头76所示的方式在内圆周表面上提供旁路流动路径。
优选地,通气口60和凹槽70同时成形,并且具有相同的机加工或铣削工序。通气口和凹槽也可以通过任何其他传统的成形操作制成,例如铸造、烧结、金属喷射造型、3D印刷等。它们也可以在一个步骤中从保持器构件的一个轴向侧中成形。附图中所示的通气口和凹槽的几何形状提供了以这种方式实现的目的。这减少了制造保持器构件30以及整个轴承组件20所需的成本和时间。
在图5和6中示出了本发明的一个实施例,其中通气口60和凹槽70可以通过一步机加工操作制成。
穿过凸缘壁54的通气口防止在高速和高增压操作期间的轴承压差。直接轴承通气口60还确保在所有条件下均衡的压力。
除了通气口和凹槽之外,优选的轴承组件还具有阻尼“软”安装特征。在一个实施例中,一个或多个O形环凹槽80位于保持器构件30的外(OD)圆周表面50上。O形环构件82位于凹槽80中,并稍微延伸到表面50的上方,如图4最佳所示。轴承组件20在涡轮机壳体12中的“软”安装在图1和图2中示出。
当滚柱轴承和保持器构件组件安装在壳体中时,O形环为涡轮机械中的组件提供柔性安装。软安装提供了结构阻尼并降低了遇到刚性运动和振动模式的速度。“软”安装还适应轴承组件在壳体中的任何热增长和/或未对准。O形环还提供与壳体的摩擦,并限制保持器构件相对于轴构件和滚柱轴承的速度的旋转速度。
O形环82可以是目前使用的任何常规类型的合适的耐化学性和耐温性弹性体O形环。定位在保持器构件的外表面中的O形环提供了轴承组件20在压缩机壳体12中的浮动安装。
图7示出了本发明轴承组件的替代实施例100。该实施例100包括与上述实施例10相同的通气口60和径向凹槽70,但具有不同的阻尼特征。实施例100不是在圆周凹槽中使用一个或两个O形环,而是在保持器构件的外圆周表面104上包括金属结构阻尼器构件102。阻尼器构件102优选地定位在外表面104上的圆周凹槽106中。金属阻尼器构件具有围绕其圆周的多个柔顺部分或构件108,其在壳体上提供偏压力。当轴承组件100安装或组装在壳体中时,偏置构件108将轴承组件固定在适当位置,并提供与以上参照图1-6所述相同的“软”安装。优选地,金属阻尼器构件102包括防旋转特征,例如构件120,以防止阻尼器构件旋转。轴承组件还允许在轴构件上轴向滑动,并且优选地提供径向阻尼力。
尽管已经结合一个或多个实施例描述了本发明,但是应当理解,已经描述的特定机构和技术仅仅是对本发明的原理的说明,在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对所描述的方法和装置进行多种修改。
Claims (15)
1.一种用于滚柱轴承的轴承保持器构件,所述轴承保持器构件包括:
具有外表面和内表面的圆形轴向延伸环形壁构件,以及附接到所述环形壁构件的径向延伸壁凸缘构件,
所述壁凸缘构件具有用于气体从中通过的至少一个通孔,并且
在所述圆形轴向延伸环形壁构件的所述内表面中的至少一个凹槽。
2.如权利要求1所述的轴承保持器构件,其中,多个通孔设置在所述壁凸缘构件中。
3.如权利要求1所述的轴承保持器构件,其中,多个凹槽设置在所述圆形轴向延伸壁构件的所述内表面中。
4.如权利要求1所述的轴承保持器构件,其中,所述至少一个通孔和所述至少一个凹槽基本上轴向对准,其中所述通孔和所述凹槽可在单个机加工操作中成形。
5.如权利要求1所述的轴承保持器构件,其中,还包括周向地设置在所述外表面上的至少一个O形环凹槽。
6.一种滚柱轴承组件,包括滚柱轴承机构和轴承保持器构件,其中所述滚柱轴承机构包括内座圈构件、外座圈构件和位于所述内座圈构件和所述外座圈构件之间的多个滚柱构件,并且其中所述轴承保持器构件包括具有外表面和内表面的圆形轴向延伸环形壁构件,以及附接到所述环形壁构件的径向延伸壁凸缘构件,所述壁凸缘构件具有用于气体从中通过的至少一个通孔,以及在所述圆形轴向延伸环形壁构件的所述内表面中的至少一个凹槽,并且其中所述滚柱轴承机构安装在所述轴承保持器构件中,其中所述滚柱轴承组件的轴向侧之间的压差可以均衡。
7.如权利要求6所述的滚柱轴承组件,其中,多个通孔设置在所述壁凸缘构件中。
8.如权利要求6所述的滚柱轴承组件,其中,多个凹槽设置在所述圆形轴向延伸壁构件的所述内表面中。
9.如权利要求6所述的滚柱轴承组件,其中,所述至少一个通孔和所述至少一个凹槽基本上轴向对准,其中所述通孔和所述凹槽可在单个机加工操作中成形。
10.如权利要求6所述的滚柱轴承组件,还包括周向地设置在所述外表面上的至少一个O形环凹槽,以及定位在所述凹槽中的O形环。
11.如权利要求6所述的滚柱轴承组件,还包括具有壳体构件的涡轮机械,并且其中至少一个滚柱轴承组件定位在所述壳体构件中。
12.一种用于内燃机的增压进气装置,包括:
壳体;
布置在所述壳体中的叶轮构件;
轴,所述叶轮构件联接到所述轴,并且所述轴延伸穿过所述壳体;以及
联接到所述轴的轴承组件,其中所述轴承组件以径向柔顺的方式联接到所述壳体并且平衡所述轴承组件的每一侧的压力。
13.如权利要求12所述的增压进气装置,其中,所述轴承组件包括环形保持器和容纳在其中的滚柱元件轴承,所述环形保持器通过在其间径向压缩的环形阻尼构件联接到所述壳体,并且所述保持器包括轴向延伸的通道,所述轴向延伸的通道朝向所述滚柱元件轴承径向向内开口并且平衡横跨所述滚动元件轴承的每一侧的压力。
14.如权利要求13所述的增压进气装置,其中,所述环形阻尼构件是至少一个O形环构件或金属结构阻尼器构件。
15.如权利要求13所述的增压进气装置,其中,所述增压进气装置是涡轮机式涡轮机械或压缩机式涡轮机械。
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