CN110566579B - 一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承及其推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承及其推进系统。本发明依次包括前抗磨织构区、动压织构区和后抗磨织构区，前抗磨织构区包括第一轴承套和第一衬里，第一衬里上设有第一织构；动压织构区包括第二轴承套和第二衬里，第二轴承套上设有第二织构，第二衬里可被润滑介质的高压挤压进入第二织构并在高压退去之后复位；后抗磨织构区包括第三轴承套和第三衬里，第三衬里上设有第三织构。本发明在正常工况下通过第一织构容纳磨屑，在倒航工况下通过第三织构容纳磨屑，避免磨屑进入动压织构区，动压织构区上第二织构的设置，提高了其承载能力，该艉轴承润滑承载力大，抗磨损性能优良，能够很好的适应含泥沙和全部工况条件下的推进系统。

Description

一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承及其推进系统

技术领域

本发明涉及轴承的技术领域，特别是指一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承及其推进系统。

背景技术

“原动机-传动系统-螺旋桨”是目前军船和商船应用最广泛的推进模式，虽然这种模式具有动力大、设计方法和制造工艺成熟等优点，但是随着船舶技术的发展，它也暴露出诸多弊端，例如：大型船舶的船体与推进轴系存在复杂的耦合振动、水下航行器多方向性和机动性不足等。未来水-路-空三栖航行器需要适应多变环境的推进系统，其推进轴系的振动和噪声更是制约潜艇隐身能力的世界性难题。在此背景下，发展高效和可靠的船舶新型推进系统是当今国内外研究前沿和难点。

艉轴承作为上述系统的核心零部件，目前普遍存在着润滑介质供给不充分、承载力不足和抗磨损性能较差的问题，例如：中国专利CN106763196A于2017年5月31日公开了一种仿生硅藻壳体双层微造型结构的滑动轴承，该滑动轴承包括对合连接的上轴瓦和下轴瓦，上轴瓦顶部设有油孔，下轴瓦内壁局部上设有仿生硅藻壳体结构的微造型区域，微造型区域由若干个内凹的双层微造型结构沿着下轴瓦的周向和轴向上呈矩阵式排列而成，单个双层微造型结构为一大一小的两个凹槽，两个凹槽呈阶梯状分布，较小的凹槽位于较大的凹槽的底部中央。实践证明，采用该微结构滑动轴承具有较好的承载性能，但是其润滑介质供给不充分，不能较好的适应含泥沙和全部工况条件下的推进系统。中国专利CN105650118A于2016年6月8日公开了一种增设矩形腔的艉轴承，该艉轴承包括轴承钢套外圈，轴承钢套外圈内部与轴承橡胶内圈同轴配合，轴承橡胶内圈上均匀开设多个增大承载力的矩形型腔，矩形型腔之间的轴承橡胶内圈上开设沟槽结构。这种艉轴承在低速条件下依靠外界供给高压润滑介质实现承载，类似于静压轴承，如果润滑介质不是高压供给，其承载能力仍旧不足，这种高压润滑介质需要增加较为复杂的压力供给及节流系统，增加了制造加工成本和故障风险；另外，这种艉轴承的抗磨损性能较差，泥沙进入这种轴承的内部，很容易造成艉轴承的磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，旨在解决现有船舶艉轴承存在承载力不足和抗磨损性能较差使其不能较好的适应含泥沙和全部工况条件下的推进系统的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

在一个方面，本发明的一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，在径向上，所述艉轴承依次包括硬质轴承套和橡胶衬里，所述轴承套的内表面与所述衬里的外表面同轴抵接；在轴向上，所述艉轴承依次包括前抗磨织构区、动压织构区和后抗磨织构区，所述前抗磨织构区包括第一轴承套和第一衬里，所述第一衬里上沿着所述第一衬里的壁厚方向上设有多数个第一织构，所述第一织构是设置于所述第一衬里上的第一盲孔；所述动压织构区包括第二轴承套和第二衬里，所述第二轴承套的厚度大于所述第一轴承套的厚度，所述第二衬里的厚度小于所述第一衬里的厚度，所述第二轴承套上沿着所述第二轴承套的壁厚方向上设有多数个第二织构，所述第二织构是设置于所述第二轴承套上的第二盲孔，所述第二衬里可被润滑介质的高压挤压进入所述第二盲孔并在高压退去之后复位；所述后抗磨织构区包括第三轴承套和第三衬里，所述第三衬里上沿着所述第三衬里的壁厚方向上设有多数个第三织构，所述第三织构是设置于所述第三衬里上的第三盲孔。

本发明的艉轴承是一种全工况艉轴承，其轴承套由硬质材料制备而成，这些硬质材料包括不锈钢、铜等，衬里由橡胶材料制备而成，衬里具有一定弹性，轴承套与衬里密切配合；在轴线方向上，依次分为前抗磨织构区、动压织构区和后抗磨织构区。正常工况下，即船舶正常行驶时，润滑介质——海水自艉轴承的前端进入该全工况艉轴承，首先，通过前抗磨织构区上的第一织构容纳泥沙等磨屑，这些磨屑进入第一织构，磨屑主要被困于前抗磨织构区，避免其进入动压织构区；接着，润滑介质——海水进入动压织构区，由于推进系统的艉轴偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构，即第二衬里进入第二盲孔中，从而提高了艉轴承的承载能力；倒航工况下，即船舶倒航行驶时，润滑介质——海水自艉轴承的后端进入该全工况艉轴承，首先，通过后抗磨织构区上的第三织构容纳泥沙等磨屑，这些磨屑进入第三织构，磨屑主要被困于后抗磨织构区，避免其进入动压织构区；接着，润滑介质——海水进入动压织构区，由于推进系统的艉轴偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构，即第二衬里进入第二盲孔中，从而提高了艉轴承的承载能力。这种设置的艉轴承承载力大和抗磨损性能优良，能够很好的适应含泥沙和全部工况条件下的推进系统，使用寿命长，解决了艉轴承承载能力、磨屑容纳、多工况条件等之间的矛盾；因此，本发明的艉轴承也可以说是一种全工况艉轴承。

作为一种优选的实施方案，所述前抗磨织构区上的多数个第一织构沿所述前抗磨织构区的环向上分为多数排，每排所述第一织构沿着所述前抗磨织构区的轴向呈波形分布，所述后抗磨织构区上的多数个第三织构沿所述后抗磨织构区的环向上也分为多数排，每排所述第三织构沿着所述后抗磨织构区的轴向也呈波形分布；优选地，所述动压织构区上的多数个第二织构沿所述动压织构区的环向上呈均匀线性阵列分布。前抗磨织构区上的每排第一织构和后抗磨织构区上的每排第三织构分别沿前抗磨织构区和后抗磨织构区的轴线方向均呈波形分布，波形的幅值以前抗磨织构区、后抗磨织构区内任一轴线方向上都设置有第一织构、第三织构为基准，保证磨屑在进入动压织构区之前被充分容纳，以有效防止磨屑进入动压织构区而造成艉轴的磨损。当然，前抗磨织构区上的每排第一织构和后抗磨织构区上的每排第三织构还可以分别沿前抗磨织构区和后抗磨织构区的轴线方向呈线性分布。另外，第二织构的这种均匀线性阵列分布可以更好地提高动压织构区的承载能力。

作为一种优选的实施方案，所述前抗磨织构区的轴向长度大于所述后抗磨织构区的轴向长度；更优选地，所述前抗磨织构区、所述动压织构区和所述后抗磨织构区的轴向长度之比为3：5：2。由于船舶以前进工况为主，以倒航工况为辅，前抗磨织构区的轴向长度大于后抗磨织构区的轴向长度，同时为保证全工况艉轴承的承载力，前抗磨织构区、动压织构区和后前抗磨织构区的轴向长度比例为3：5：2为最佳。

作为一种优选的实施方案，所述艉轴承在其轴向上还贯穿设置有若干条导水槽，所述导水槽的横截面包括三段等直径的圆弧；优选地，所述艉轴承在环向上依次包括下导水槽区、反转高压区、上导水槽区和正转高压区，所述动压织构区上的第二织构设置在所述反转高压区和所述正转高压区。导水槽的设置是为了引导润滑介质——海水进入艉轴承的内部并沿艉轴承的内表面流动从而起到更好的润滑作用；因此，为了发挥导水槽作用的同时保证不破坏艉轴承内高压区，在艉轴承的环向上，自重力载荷作用线开始，沿艉轴正常旋转方向，依次包括下导水槽区、反转高压区、上导水槽区和正转高压区，通常这四个区域分布角度均为90°，重力载荷作用线经过上导水槽区和下导水槽区的中心；优选地，上导水槽区和下导水槽区在轴向上均设有贯穿全工况艉轴承的导水槽，导水槽截面采用三段等直径圆弧过渡，以便及时导出磨屑与散热；优选地，上导水槽区和下导水槽区采用完全相同的结构参数，正转高压区和反转高压区采用完全相同的结构参数。

前抗磨织构区上的第一织构和后抗磨织构区上的第三织构采用全周布置，以提高纳屑效率，动压织构区上的第二织构仅在正转高压区和反转高压区设置，以节约加工成本。本发明的动压织构区上的第二织构在第二轴承套上加工，以保证艉轴在不同的操作条件下，艉轴承自行选择承载区域，第二织构加工在高压区及以上可以有效提升艉轴承的承载力，反之降低艉轴承的承载力；当艉轴正常工作时，由于艉轴偏心在正转高压区产生高压，在高压作用下，将第二衬里压入第二轴承套的第二盲孔内，压力在第二织构的作用下进一步提升，保证了第二织构在艉轴工作过程中持续发挥压力累积效应；当艉轴反转时，艉轴偏心产生的高压在反转高压区，在反转高压的作用下，将第二衬里压入第二轴承套的第二盲孔并持续发挥压力累积效应，提升艉轴承的承载力，以适应推进系统的全工况条件。

作为一种优选的实施方案，所述前抗磨织构区上的第一织构呈圆柱型，所述后抗磨织构区上的第三织构也呈圆柱型，所述动压织构区上的第二织构呈正四棱柱型。第一织构和第三织构分别加工在第一衬里和第三衬里上，这种圆柱型的第一织构和第三织构加工方便，便于加工和成型，方便磨屑的进入；第二织构加工在第二轴承套上，这种四棱柱型的第二织构承载能力大，使用效果好。另外，本发明中第一织构和第三织构还可以是设置呈圆台型，其上端的开口直径大于其底部的直径，以方便磨屑的进入，同时，防止进入第一织构和第三织构的磨屑再次进入润滑介质，以达到充分容纳磨屑的目的；本发明的第一织构和第三织构容纳的磨屑可以在检修的时候进行清除。

作为一种优选的实施方案，所述动压织构区上的第二织构的边长为0.5-0.8mm且深度为0.01-0.03mm；所述前抗磨织构区上的第一织构和所述后抗磨织构区上的第三织构的直经均为所述动压织构区上的第二织构边长的2-3倍，所述前抗磨织构区上的第一织构和所述后抗磨织构区上的第三织构的深度均为所述动压织构区上的第二织构深度的100-200倍。动压织构区上的第二织构的尺寸设置是为了提高船舶艉轴承的承载能力的，前抗磨织构区上的第一织构和所述后抗磨织构区上的第三织构的尺寸设计可以使磨屑及时进入且有效防止磨屑再次进入润滑介质。

作为一种优选的实施方案，所述前抗磨织构区上的第一衬里的厚度与所述后抗磨织构区上的第三衬里的厚度相等，所述前抗磨织构区上的第一轴承套的厚度与所述后抗磨织构区上的第三轴承套的厚度相等；所述动压织构区上的第二衬里的厚度为所述前抗磨织构区上的第一衬里厚度的1/3，所述动压织构区上的第二轴承套向内凸起相同的厚度。在保证防止艉轴磨损的同时，还保证高压区可以将第二衬里压入第二轴承套上的第二盲孔内。本发明艉轴承中轴承套的外表面位于同一个圆柱面上，轴承套的内表面在前抗磨织构区和后抗磨织构区保持一致也在同一个圆柱面上，而轴承套的内表面在动压织构区为向内凸出设置；本发明艉轴承中衬里的内表面位于同一个圆柱面上，衬里的外表面在前抗磨织构区和后抗磨织构区保持一致也在同一个圆柱面上，而衬里的外表面在动压织构区为向内凹陷设置；这种设置的轴承套和衬里充分保证了两者之间的紧密配合，同时保证了衬里和轴承套的轴向固定。

作为一种优选的实施方案，所述艉轴承的两端均设有方向相同的轴流叶片，所述轴流叶片与所述艉轴承的端部具有第一间隙，所述轴流叶片的旋向与船舶正常工况下艉轴的旋转方向相反。艉轴承的两端设置轴流叶片，也可以称为前端轴流叶片和后端轴流叶片，前端轴流叶片和后端轴流叶片的安装方向相同，轴流叶片的旋向与船舶正常工况下艉轴的旋转方向相反，轴流叶片的旋角通常为30-50°，轴流叶片的个数通常为4-6个；在正常工况下，润滑介质海水在前端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成高压，同时，后端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成低压，在两端压差作用下，海水自强制进入全工况艉轴承与艉轴之间的间隙，完成润滑介质在正常工况下艉轴承内的自强制循环；在倒航工况下，后端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成高压，前端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成低压，在两端压差作用下，海水自强制进入全工况艉轴承与艉轴之间的间隙，完成润滑介质在倒航工况下艉轴承内的自强制循环，从而实现了全工况条件下润滑介质海水的自强制循环过程。

作为一种优选的实施方案，所述轴流叶片设置在一轮毂上，所述轮毂为两片分别为第一轮毂和第二轮毂，所述第一轮毂和所述第二轮毂通过卡箍连接。这种轴流叶片是设置在轴流叶轮上，即在前端轴流叶轮和后端轴流叶轮的作用下，实现了全工况艉轴承的润滑介质的自强制循环，这是一种自强制循环轴流叶轮；为了保证自强制循环轴流叶轮的通用性和全工况适应性，两个轴流叶轮即前端轴流叶轮和后端轴流叶轮采用相同的结构参数和相同的安装方向，两者均通过卡箍与艉轴固定，前端轴流叶轮和后端轴流叶轮中的轴流叶片在轮毂的外圆周面上均呈均匀分布，以提高自强制循环轴流叶轮的平衡性。

作为一种优选的实施方案，所述轴流叶片沿平行于所述艉轴承轴向的延伸距离为轴流叶片厚度的2-3倍，轴流叶片的外径D_a，0.4×(D₁+D₂)≤D_a≤0.6×(D₁+D₂)，D₁为艉轴承的内径，D₂为艉轴承的外径；优选地，所述第一间隙沿平行于艉轴承轴向的距离为轴流叶片延伸距离的1.5-3.0倍，更优选为2.0-2.5倍。轴流叶轮在安装时，轴流叶片的旋向与船舶前进工况下艉轴的旋转方向相反，以保证在前进工况下即正常工况下，润滑介质海水进入全工况艉轴承后首先经过前抗磨织构区进行容纳磨屑，同时，自强制循环轴流叶轮与全工况艉轴承之间的距离即第一间隙沿平行于艉轴承轴向的距离为自强制循环轴流叶轮上轴流叶片延伸距离的1.5-3.0倍，优选为2.0-2.5倍，以保证润滑介质在进入全工况艉轴承之前形成稳定的高压流场。

在另一个方面，本发明的一种全工况推进系统，包括艉轴、艉轴承和艉轴管；所述艉轴能够发生逆时针和顺时针转动；所述艉轴承套接于所述艉轴上并与所述艉轴同轴配合，所述艉轴承的内表面与所述艉轴的外表面之间具有第二间隙，所述艉轴承为根据上面任意一项所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承；所述艉轴管套接于所述艉轴承上并与所述艉轴承同轴配合。

本发明的全工况推进系统中艉轴承安装于艉轴管内，艉轴承的内部安装有艉轴，润滑介质海水通过布置在艉轴承内的第一织构或第三织构容纳磨屑并通过动压织构区承载压力，在第二织构的作用下进一步提高了艉轴承的承载力，进而增强了该类艉轴承的润滑性能，降低了长时间运转导致的艉轴承温升过高以及由此引发的艉轴承寿命下降的问题；通常情况下，根据给定的艉轴直径D，确定轴承套外径Dw，关系式为：Dw=1.081D+19.595；艉轴承的前后两端还可以分别安装轴流叶片，轴流叶片可以是通过轴流叶轮来实现的，前端轴流叶轮和后端轴流叶轮分别安装在艉轴上并在艉轴带动下同步旋转；在正常工况下，润滑介质海水在前端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成高压，同时，后端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成低压，在两端压差作用下，海水自强制进入全工况艉轴承与艉轴之间的间隙，完成润滑介质在正常工况下艉轴承内的自强制循环；在倒航工况下，后端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成高压，前端轴流叶片与全工况艉轴承之间形成低压，在两端压差作用下，海水自强制进入全工况艉轴承与艉轴之间的间隙，完成润滑介质在倒航工况下艉轴承内的自强制循环，从而实现了全工况条件下润滑介质海水的自强制循环过程；这种设计的全工况推进系统大大提高了艉轴承的承载力和抗磨损性能，可以适用于含泥沙和全部工况条件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的全工况艉轴承依次分为前抗磨织构区、动压织构区和后抗磨织构区，在正常工况下，润滑介质进入该全工况艉轴承之后，首先，通过前抗磨织构区上的第一织构容纳泥沙等磨屑，这些磨屑进入第一织构，避免其进入动压织构区；其次，润滑介质海水进入动压织构区，由于推进系统的艉轴偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构，即第二衬里进入第二盲孔中，从而提高了艉轴承的承载能力；在倒航工况下，润滑介质进入该全工况艉轴承之后，首先，通过后抗磨织构区上的第三织构容纳泥沙等磨屑，这些磨屑进入第三织构，避免其进入动压织构区；其次，润滑介质海水进入动压织构区，由于推进系统的艉轴偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构，即第二衬里进入第二盲孔中，从而提高了艉轴承的承载能力；这种设置的艉轴承承载力大和抗磨损性能优良，能够很好的适应含泥沙和全部工况条件下的推进系统，使用寿命长，解决了艉轴承承载能力、磨屑容纳和多工况条件等之间的矛盾；这种全工况艉轴承所得的全工况推进系统大大提高了艉轴承的承载力和抗磨损性能，可以适用于含泥沙和全部工况条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的全工况推进系统一个实施例的立体结构示意图；

图2为图1中去掉艉轴管的立体结构示意图；

图3为图2中艉轴承的立体结构示意图；

图4为图3的径向剖视结构示意图；

图5为图3中轴承套在一个视角下的立体结构示意图；

图6为图3中轴承套在另一个视角下的立体结构示意图；

图7为图3中内衬在一个视角下的立体结构示意图；

图8为图3中内衬在另一个视角下的立体结构示意图；

图9为图2中轴流叶轮的立体结构示意图；

图10为图2中艉轴的立体结构示意图；

图11为图1中艉轴管的立体结构示意图；

图中：10-艉轴；20-轴流叶轮；30-艉轴承；40-艉轴管；21-前端轴流叶轮；22-后端轴流叶轮；23-卡箍；24-轴流叶片；25-轮毂；31-衬里；311-导水槽；32-轴承套；33-下导水槽区；34-反转高压区；35-上导水槽区；36-正转高压区；37-前抗磨织构区；371-第一织构；38-动压织构区；381-第二织构；39-后抗磨织构区；391-第三织构。

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作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。

参阅附图1至附图11，本发明的一种全工况推进系统，包括艉轴10、艉轴承30、轴流叶轮20和艉轴管40；艉轴10在推进系统的带动作用下能够发生逆时针和顺时针转动，从而提供前进和倒航转动的驱动力，正常工况下，艉轴10逆时针转动，也即正方向转动；倒航工况下，艉轴10顺时针转动，也即反方向转动。艉轴承30套接于艉轴10的外表面上并与艉轴10同轴配合，艉轴承30的内表面与艉轴10的外表面之间具有第二间隙，艉轴承30为适用于全工况推进系统的船舶艉轴承30；轴流叶轮20套接于艉轴10的外表面上并与艉轴10同轴配合，轴流叶轮20分别位于艉轴承30的两端，即前端轴流叶轮21和后端轴流叶轮22，前端轴流叶轮21和后端轴流叶轮22分别与艉轴承30的端部即前端部和后端部具有第一间隙，轴流叶轮20包括轮毂25和设置在轮毂25上的轴流叶片24，即艉轴承30的前后两端均设有方向相同的轴流叶片24，轴流叶片24设置在一轮毂25上，轴流叶片24与艉轴承30的端部具有第一间隙，轴流叶片24的旋向与船舶正常工况下艉轴10的旋转方向相反；艉轴管40套接于艉轴承30的外表面上并与艉轴承30同轴配合。本发明的全工况推进系统中艉轴承30安装于艉轴管40内，艉轴承30的内部安装有艉轴10，艉轴承30的两端即前端和后端均安装有轴流叶轮20，这是一种自强制循环轴流叶轮20，轴流叶轮20固定在艉轴10上并随艉轴10一起旋转，轴流叶轮20依靠推进系统的艉轴10驱动，在轴流叶轮20产生的压差作用下，润滑介质海水可以强制进入艉轴承30，进而通过布置在艉轴承30内的第一织构371或第三织构391容纳磨屑并通过第二织构381承载压力，在第二织构381的作用下，进一步提高了艉轴承30的承载力，进而增强了该类艉轴承30的润滑性能，降低了长时间运转导致的艉轴承30温升过高以及由此引发的艉轴承30寿命下降的问题，可以适用于含泥沙和全部工况条件。

参阅附图1、附图2、附图9和附图10，为了保证自强制循环轴流叶轮20的通用性和全工况适应性，两个轴流叶轮20即前端轴流叶轮21和后端轴流叶轮22采用相同的结构参数和相同的安装方向，轴流叶轮20上的轮毂25为两片分别为第一轮毂和第二轮毂，第一轮毂和第二轮毂通过卡箍23连接。轴流叶轮20通过卡箍23与艉轴10固定，使其安装方便，便于拆卸；为了提高自强制循环轴流叶轮20的平衡性，前端轴流叶轮21和后端轴流叶轮22中的轴流叶片24在轮毂25的外圆周面上均呈均匀分布。轴流叶轮20在安装时，轴流叶片24的旋向与船舶前进工况下艉轴10的旋转方向相反，以保证前进工况下，润滑介质海水顺利进入全工况艉轴承30，轴流叶片24的旋角通常为30-50°，轴流叶片24的个数通常为4-6个。自强制循环轴流叶轮20的轴流叶片24沿平行于艉轴10轴向的延伸距离为轴流叶片24厚度的2-3倍，轴流叶片24的外径D_a，0.4×(D₁+D₂)≤D_a≤0.6×(D₁+D₂)，其中，D₁为全工况艉轴承30的内径，D₂为全工况艉轴承30的外径，同时，为了保证润滑介质在进入全工况艉轴承30之前形成稳定的高压流场，自强制循环轴流叶轮20即轴流叶片24与全工况艉轴承30之间的距离即第一间隙沿平行于艉轴承30轴向的距离为自强制循环轴流叶轮20上轴流叶片24延伸距离的1.5-3.0倍，优选为2.0-2.5倍。

参阅附图3、附图5、附图6、附图7和附图8，本发明的一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承30，这是一种全工况艉轴承30，在径向上，该艉轴承30依次包括硬质轴承套32和橡胶衬里31，轴承套32的内表面与衬里31的外表面同轴抵接；在轴向上，艉轴承30依次包括前抗磨织构区37、动压织构区38和后抗磨织构区39，前抗磨织构区37包括第一轴承套和第一衬里，第一衬里上沿着第一衬里的厚度方向上设有多数个第一织构371，第一织构371是设置于第一衬里上的第一盲孔；动压织构区38包括第二轴承套和第二衬里，第二轴承套的厚度大于第一轴承套的厚度，第二衬里的厚度小于第一衬里的厚度，第二轴承套上沿着第二轴承套的厚度方向上设有多数个第二织构381，第二织构381是设置于第二轴承套上的第二盲孔，第二衬里可被润滑介质的高压挤压进入第二盲孔并在高压退去之后复位；后抗磨织构区39包括第三轴承套和第三衬里，第三衬里上沿着第三衬里的厚度方向上设有第三织构391，第三织构391是设置于第三衬里上的第三盲孔。本实施例的轴承套32是铜基体轴承套32，衬里31是橡胶衬里31，轴承套32与橡胶衬里31密切配合；艉轴10逆时针转动时，润滑介质海水在前端轴流叶轮21的作用下，首先，进入前抗磨织构区37，通过前抗磨织构区37上的第一织构371容纳泥沙等磨屑，同时还防止磨屑从第一织构371中进入润滑介质，有效避免了磨屑进入动压织构区38；接着，润滑介质海水进入动压织构区38，由于推进系统的艉轴10偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构381，从而提高了艉轴承30的承载能力；艉轴10顺时针转动时，润滑介质海水在后端轴流叶轮22的作用下，首先，进入后抗磨织构区39，通过后抗磨织构区39上的第三织构391容纳泥沙等磨屑，同时还防止磨屑从第三织构391中进入润滑介质，有效避免了磨屑进入动压织构区38；接着，润滑介质海水进入动压织构区38，由于推进系统的艉轴10偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构381，从而提高了艉轴承30的承载能力；这种设置的艉轴承30润滑介质供给充分、承载力大和抗磨损性能优良，能够很好的适应含泥沙和全部工况条件下的推进系统，使用寿命长，解决了艉轴承30承载能力、磨屑容纳、多工况条件和润滑介质供应等之间的矛盾。

参阅附图3、附图5、附图6、附图7和附图8，前抗磨织构区37上的多数个第一织构371沿前抗磨织构区37的环向上分为多数排，每排第一织构371沿着前抗磨织构区37的轴向呈波形分布，后抗磨织构区39上的多数个第三织构391沿后抗磨织构区39的环向上也分为多数排，每排第三织构391沿着后抗磨织构区39的轴向也呈波形分布；这种波形可以是正弦波，也可以余弦波，波形的幅值以前抗磨织构区37内任一轴线方向上都设置有第一织构371以及后抗磨织构区39内任一轴线方向上都设置有第三织构391为基准，保证磨屑在进入动压织构区38之前被充分容纳，以有效防止磨屑进入动压织构区38而造成艉轴10的磨损。优选地，动压织构区38上的多数个第二织构381沿动压织构区38的环向上呈均匀线性阵列分布，这种均匀线性阵列分布第二织构381可以更好地提高动压织构区38的承载能力。

参阅附图2和附图3，由于船舶以前进工况为主，以倒航工况为辅，优选地，前抗磨织构区37的轴向长度大于后抗磨织构区39的轴向长度；同时为保证全工况艉轴承30的承载力，更优选地，前抗磨织构区37、动压织构区38和后抗磨织构区39的轴向长度比例为3：5：2。为了及时导出磨屑与散热，优选地，艉轴承30在其轴向上还贯穿设置有若干条导水槽311，导水槽311的横截面包括三段等直径的圆弧；导水槽311的设置是为了引导润滑介质——海水进入艉轴承30的内部并沿艉轴承30的内表面流动从而起到更好的润滑作用。优选地，在艉轴承30的环向上，自重力载荷作用线开始，沿艉轴10正常旋转方向即逆时针旋转方向，艉轴承30在环向上依次包括下导水槽区33、反转高压区34、上导水槽区35和正转高压区36，动压织构区38上的第二织构381设置在反转高压区34和正转高压区36；通常这四个区域的分布角度均为90°，重力载荷作用线经过上导水槽区35和下导水槽区33的中心。优选地，上导水槽区35和下导水槽区33采用完全相同的结构参数，正转高压区36和反转高压区34采用完全相同的结构参数。为了提高纳屑效率，前抗磨织构区37上的第一织构371和后抗磨织构区39上的第二织构381采用全周布置；为了节约加工成本，动压织构区38上的第二织构381仅在正转高压区36和反转高压区34上设置。本发明的动压织构区38上的第二织构381在第二轴承套上加工，以保证艉轴10在不同的操作条件下，艉轴承30自行选择承载区域，第二织构381加工在高压区及以上可以有效提升艉轴承30的承载力，反之降低艉轴承30的承载力；当艉轴10正常工作时，由于艉轴10偏心在正转高压区36产生高压，在高压作用下，将第二衬里压入第二轴承套的第二盲孔内，压力在第二织构381的作用下进一步提升，保证了第二织构381在艉轴10工作过程中持续发挥压力累积效应；当艉轴10反转时，艉轴10偏心产生的高压在反转高压区34，第二织构381在反转高压的作用下产生发挥压力累积效应，以适应推进系统的全工况条件。

参阅附图3、附图5、附图6、附图7和附图8，为了加工方便，提高加工和成型的便捷性，方便磨屑的进入，前抗磨织构区37上的第一织构371呈圆柱型，后抗磨织构区39上的第三织构391也呈圆柱型，第一织构371和第三织构391分别加工在第一衬里和第三衬里上；为了进一步提高动压织构区38的承载能力大，提高其使用效果好，动压织构区38上的第二织构381呈正四棱柱型，第二织构381加工在第二轴承套上。为了进一步提高船舶艉轴承30的承载能力的，动压织构区38上的第二织构381的边长为0.5-0.8mm且深度为0.01-0.03mm；为了方便磨屑及时进入且有效防止磨屑再次进入润滑介质，前抗磨织构区37上的第一织构371和后抗磨织构区39上的第三织构391的直经均为动压织构区38上的第二织构381边长的2-3倍，前抗磨织构区37上的第一织构371和后抗磨织构区39上的第三织构391的深度均为动压织构区38上的第二织构381深度的100-200倍。本发明中，前抗磨织构区37上的第一衬里的厚度与后抗磨织构区39上的第三衬里的厚度相等，前抗磨织构区37上的第一轴承套的厚度与后抗磨织构区39上的第三轴承套的厚度相等；动压织构区38上的第二衬里的厚度为前抗磨织构区37上的第一衬里厚度的1/3，动压织构区38上的第二轴承套向内凸起相同的厚度。具体地说，艉轴承30中轴承套32的外表面位于同一个圆柱面上，轴承套32的内表面在前抗磨织构区37和后抗磨织构区39保持一致也在同一个圆柱面上，而轴承套32的内表面在动压织构区38为向内凸出设置；同时，艉轴承30中衬里31的内表面位于同一个圆柱面上，衬里31的外表面在前抗磨织构区37和后抗磨织构区39保持一致也在同一个圆柱面上，而衬里31的外表面在动压织构区38为向内凹陷设置；这种设置的轴承套32和衬里31充分保证了两者之间的紧密配合，同时保证了衬里31和轴承套32的轴向固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的全工况艉轴承30依次分为前抗磨织构区37、动压织构区38和后抗磨织构区39，在正常工况下，润滑介质进入该全工况艉轴承30之后，首先，通过前抗磨织构区37上的第一织构371容纳泥沙等磨屑，这些磨屑进入第一织构371，避免其进入动压织构区38；其次，润滑介质海水进入动压织构区38，动压织构区38在第二织构381的作用下，由于推进系统的艉轴10偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构381，即第二衬里进入第二盲孔中，从而提高了艉轴承30的承载能力；在倒航工况下，润滑介质进入该全工况艉轴承30之后，首先，通过后抗磨织构区39上的第三织构391容纳泥沙等磨屑，这些磨屑进入第三织构391，避免其进入动压织构区38；其次，润滑介质海水进入动压织构区38，由于推进系统的艉轴10偏心引起的高压会使润滑介质挤压第二衬里进入第二轴承套上的第二织构381，即第二衬里进入第二盲孔中，从而提高了艉轴承30的承载能力；这种设置的艉轴承30、承载力大和抗磨损性能优良，能够很好的适应含泥沙和全部工况条件下的推进系统，使用寿命长，解决了艉轴承30承载能力、磨屑容纳和多工况条件等之间的矛盾；这种全工况艉轴承30所得的全工况推进系统大大提高了艉轴承30的承载力和抗磨损性能，可以适用于含泥沙和全部工况条件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

在径向上，所述艉轴承依次包括硬质轴承套和橡胶衬里，所述轴承套的内表面与所述衬里的外表面同轴抵接；

在轴向上，所述艉轴承依次包括前抗磨织构区、动压织构区和后抗磨织构区，所述前抗磨织构区包括第一轴承套和第一衬里，所述第一衬里上沿着所述第一衬里的壁厚方向上设有多数个第一织构，所述第一织构是设置于所述第一衬里上的第一盲孔；所述动压织构区包括第二轴承套和第二衬里，所述第二轴承套的厚度大于所述第一轴承套的厚度，所述第二衬里的厚度小于所述第一衬里的厚度，所述第二轴承套上沿着所述第二轴承套的壁厚方向上设有多数个第二织构，所述第二织构是设置于所述第二轴承套上的第二盲孔，所述第二衬里可被润滑介质的高压挤压进入所述第二盲孔并在高压退去之后复位；所述后抗磨织构区包括第三轴承套和第三衬里，所述第三衬里上沿着所述第三衬里的壁厚方向上设有多数个第三织构，所述第三织构是设置于所述第三衬里上的第三盲孔。

2.根据权利要求1所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述前抗磨织构区上的多数个第一织构沿所述前抗磨织构区的环向上分为多数排，每排所述第一织构沿着所述前抗磨织构区的轴向呈波形分布，所述后抗磨织构区上的多数个第三织构沿所述后抗磨织构区的环向上也分为多数排，每排所述第三织构沿着所述后抗磨织构区的轴向也呈波形分布。

3.根据权利要求1所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述动压织构区上的多数个第二织构沿所述动压织构区的环向上呈均匀线性阵列分布。

4.根据权利要求1所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述前抗磨织构区的轴向长度大于所述后抗磨织构区的轴向长度。

5.根据权利要求4所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述前抗磨织构区、所述动压织构区和所述后抗磨织构区的轴向长度之比为3：5：2。

6.根据权利要求1所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述艉轴承在其轴向上还贯穿设置有若干条导水槽，所述导水槽的横截面包括三段等直径的圆弧。

7.根据权利要求1所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述艉轴承在环向上依次包括下导水槽区、反转高压区、上导水槽区和正转高压区，所述动压织构区上的第二织构设置在所述反转高压区和所述正转高压区。

8.根据权利要求1所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述前抗磨织构区上的第一织构呈圆柱型，所述后抗磨织构区上的第三织构也呈圆柱型，所述动压织构区上的第二织构呈正四棱柱型。

9.根据权利要求8所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述动压织构区上的第二织构的边长为0.5-0.8mm且深度为0.01-0.03mm；所述前抗磨织构区上的第一织构和所述后抗磨织构区上的第三织构的直经均为所述动压织构区上的第二织构边长的2-3倍，所述前抗磨织构区上的第一织构和所述后抗磨织构区上的第三织构的深度均为所述动压织构区上的第二织构深度的100-200倍。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述前抗磨织构区上的第一衬里的厚度与所述后抗磨织构区上的第三衬里的厚度相等，所述前抗磨织构区上的第一轴承套的厚度与所述后抗磨织构区上的第三轴承套的厚度相等；

所述动压织构区上的第二衬里的厚度为所述前抗磨织构区上的第一衬里厚度的1/3，所述动压织构区上的第二轴承套向内凸起相同的厚度。

11.根据权利要求1所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述艉轴承的两端均设有方向相同的轴流叶片，所述轴流叶片与所述艉轴承的端部具有第一间隙，所述轴流叶片的旋向与船舶正常工况下艉轴的旋转方向相反。

12.根据权利要求11所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述轴流叶片设置于一轮毂上，所述轮毂为两片分别为第一轮毂和第二轮毂，所述第一轮毂和所述第二轮毂通过卡箍连接。

13.根据权利要求12所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述轴流叶片沿平行于所述艉轴承轴向的延伸距离为轴流叶片厚度的2-3倍，轴流叶片的外径D_a，0.4×(D₁+D₂)≤D_a≤0.6×(D₁+D₂)，D₁为艉轴承的内径，D₂为艉轴承的外径。

14.根据权利要求13所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述第一间隙沿平行于所述艉轴承轴向的距离为轴流叶片延伸距离的1.5-3.0倍。

15.根据权利要求14所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承，其特征在于：

所述第一间隙沿平行于所述艉轴承轴向的距离为轴流叶片延伸距离的2.0-2.5倍。

16.一种全工况推进系统，其特征在于，包括：

艉轴，能够发生逆时针和顺时针转动；

艉轴承，套接于所述艉轴上并与所述艉轴同轴配合，所述艉轴承的内表面与所述艉轴的外表面之间具有第二间隙，所述艉轴承为根据权利要求1-15中任意一项所述的适用于全工况推进系统的船舶艉轴承；

艉轴管，套接于所述艉轴承上并与所述艉轴承同轴配合。

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