CN110594339A - 连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶减振推力轴承领域，并公开了一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸。该平衡油缸包括缸体、活塞和连接接头，缸体由上下对称的上半部分和下半部分连接形成圆环状，缸体前端面沿轴孔的外圆周方向上均匀设置有多个活塞腔，活塞的活塞杆设置在活塞腔，多个活塞腔的下方设置有第一环形槽，第一环形槽作为多个活塞腔共用的储放液压油的腔室，第一环形槽的后方还设置有连接孔，连接接头设置在连接孔中，连接接头用于与外界的共振转换器连接，多个活塞运动，推动第一环形槽中的液压油通过连接接头进入共振转换器。通过本发明，实现为共振转换器提供连接推力轴承的接口，又满足密封、工艺和空间等方面对平衡油缸的要求。

Description

连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸

技术领域

本发明属于船舶减振推力轴承领域，更具体地，涉及一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸。

背景技术

采用螺旋桨作为推进器的船舶，因艉部不均匀伴流场而形成螺旋桨激振力，激振力中的脉动推力成分激励轴系发生纵向振动，通过推力轴承及基座向船体传递，构成船体振动的重要继发性激振源。

推力轴承共振转换器是控制轴系纵向振动的有效装置，推力轴承是共振转换器的安装载体，共振转换器作为减振附件，两者一体化设计实现预期的轴系纵向振动控制效果。共振转换器采用流体作为减振介质，需要在推力轴承结构中引入流体环节传递轴系纵向振动，将轴系固体的纵向振动转换为流体的纵向振动。应用共振转换器的滤波特性，对其进行合理的结构设计可以将流体介质中特定频率的振动“过滤”掉，达到减小轴系纵向振动对船体二次激振力之目的。

专利CN 102269218 A和CN 103775556 A分别介绍了船用推力轴承和推力轴承中柱塞位置的监控系统，但是缺乏根据实际船舶滑动推力轴承的结构型式和运行安全要求，以及发挥共振转换器减振功能所需要的基本条件出发的设置在推力轴承内部的用于连接推力轴承和共振转换器的平衡油缸。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，通过在平衡油缸内部设置有第一环形槽，使得所有活塞腔共用一个储油腔，同时通过多处采用密封结构，防止液压油泄漏，保证了平衡油缸内液压油承载的螺旋桨的静推力，以此获得一种内部连通的推力轴承平衡油缸，即为共振转换器提供连接推力轴承的接口，又满足密封、工艺和空间等方面的要求。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，该平衡油缸包括缸体、活塞和连接接头，所述缸体由上下对称的上半部分和下半部分连接形成圆环状，其中间设置有轴孔，用于放置推力轴，所述缸体前端面沿轴孔的外圆周方向上均匀设置有多个活塞腔，所述活塞的活塞杆设置在该活塞腔，所述多个活塞腔的下方设置有第一环形槽，该第一环形槽内部连通作为所述多个活塞腔共用的储放液压油的腔室，利用该第一环形槽中的液压油的流动性平衡由所述活塞传递的不均匀负荷，所述第一环形槽的后方还设置有连接孔，所述连接接头设置在所述连接孔中，该连接接头用于与外界的共振转换器连接，多个活塞在各自的所述活塞腔中运动，推动所述第一环形槽中的液压油通过所述连接接头进入共振转换器。

进一步优选地，所述平衡油缸中，对以下三处进行了密封，避免液压油的泄漏，如下：

所述活塞的活塞杆中设置有密封组件，以此实现所述活塞和活塞腔之间的密封，其中所述密封组件选用组合密封；

所述上半部分或下半部分的端面上设置有一道或者多道用于放置密封元件的槽，通过在该槽中放置密封元件实现上半部分和下半部分的密封连接；

所述连接接头上与所述连接孔配合处设置有密封元件，该连接接头与推力轴承壳体配合处设置有密封盖和密封元件，以此实现连接孔与连接接头，连接接头与推力轴承壳体之间相互独立的密封。

进一步优选地，所述上半部分和下半部分均分为前半部分和后半部分，通过两个部分焊接而成，以此方便方便所述第一环形槽的加工成型。。

进一步优选地，所述上半部分和下半部分通过螺栓连接，该螺栓设置在所述缸体的内部，保证所述缸体的圆环状。

进一步优选地，所述第一环形槽的一侧设置有放气孔，用于排出所述第一环形槽中液压油的气体。

进一步优选地，所述缸体的前端面上设置有第二环形槽，该第二环形槽用于放置所述活塞的活塞头，其与所述活塞腔组合形成阶梯状，一方面适应所述活塞的形状，另一方面在液压失效的情况下，所述活塞头与第二环形槽底面直接接触，用于支撑其前方的推力块以传递静推力。

进一步优选地，所述前半部分上设置有凸台，所述后半部分上设置有凹槽，所述凸台和凹槽用于前半部分和后半部分焊接时定位。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明通过采用从工艺可行的角度出发，将平衡油缸设计为上下两部分，同时每部分设计为前后两个部分，将前后两个部分分别加工，可实现内部结构，例如第一环形槽的加工，降低内部结构成形的难度，然后将前后两个部分焊接获得上半部分/下半部分，通过将上下半部分连接后获得整体的平衡油缸，大大降低的工艺的成形难度，提高成形工艺的可行性；

2、本申请通过在平衡油缸各个与外界接触的位置进行严格的密封，具体包括三处的密封，分别是活塞、上下两个部分和连接孔，这三处密封根据结构形式、密封特点和性能要求进行设计，活塞密封非常关键，密封行程极短，要求无启动爬行和粘滞，摩擦力小，同时满足静、动态密封，根据这些密封性能要求和密封特点，选用组合密封形式，上下两个部分的密封面在两侧端面，属于端面密封，适合选用自紧密封形式，通过紧固螺栓和流体介质的双重压紧力进行可靠密封，连接孔贯穿平衡油缸壳体和推力轴承壳体，两壳体开孔的同心度是影响密封效果的主要因素，采用垫片密封和挤压密封的双重密封形式，单独设计推力轴承壳体和平衡油缸的密封结构，从源头上降低同心度的影响程度；

3、本发明的平衡油缸包括上下两个部分，前半部分和后半部分两结构焊接一体组成上下半部分，上下两个部分再通过自紧密封形成一个内部空间密闭的平衡油缸，液压活塞取代传统推力轴承的刚性支撑，平衡油缸相当于传统推力轴承的套环，相比于传统推力轴承，本发明的结构形式没有在推力轴承内部新增其他结构，并且是内部连通，结构非常紧凑；

4、本发明根据实际船舶滑动推力轴承的结构型式和运行安全要求，从发挥共振转换器减振功能所需要的基本条件出发，设计一种内部连通的推力轴承平衡油缸结构，实现整体结构紧凑、尺寸可控、工艺可行和密封可靠。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的平衡油缸的结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的平衡油缸的俯视图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的图2中A-A剖视图；

图4是按照本发明的优选实施例所构建的图2中B-B剖视图；

图5是按照本发明的优选实施例所构建的平衡油缸前和后半部分的拆分图；

图6是按照本发明的优选实施例所构建的下半部分端面的俯视图；

图7是按照本发明的优选实施例所构建的连接孔的剖面图；

图8是按照本发明的优选实施例所构建的活塞剖面图；

图9是按照本发明的优选实施例所构建的船用推力轴承的剖视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-平衡油缸，2-上半部分，3-下半部分，4-螺栓，5-前半部分，6-后半部分，7-焊缝，8-活塞，9-活塞腔，10-第一环形槽，11-放气孔，12-连接孔，13-焊接坡口，14-凸台，15-凹槽，16-方形槽，17-密封元件，18-推力轴承壳体，19-共振转换器螺栓，20-连接接头，21-垫片，22-密封盖，23-第二凹槽，24-螺栓孔，25-密封组件，26-推力轴承，27-推力环，28-共振转换器，29-油缸，30-导管，31-支撑推力块，32-推力块，33-推力轴，34-压力表。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的平衡油缸设置在船用推力轴承内部，其末端与共振转换器连接，如图1和2所示，该平衡油缸1包括缸体、活塞8和连接接头20，缸体由上下对称的上半部分2和下半部分3连接形成圆环状，其中间设置有轴孔，用于放置推力轴，缸体1前端面沿轴孔的外圆周方向上均匀设置有多个活塞腔9，如图4所示，活塞8的活塞杆设置在该活塞腔，如图3所示，多个活塞腔9的下方设置有第一环形槽10，该第一环形槽作为多个活塞腔9共用的储放液压油的腔室，该第一环形槽10的后方还设置有连接孔12，连接接头20设置在连接孔12中，该连接接头20用于与外界的共振转换器连接，多个活塞在各自的活塞腔中运动，推动第一环形槽中的液压油通过连接接头进入共振转换器。

对于第一环形槽10，通过其作为多个活塞腔共用的液压油存放腔室，主要是由于，与该第一环形槽连通的是活塞腔9，活塞腔中设置有的活塞8支撑推力轴承中的推力块，在推力轴承中推力块上承载的负荷不均匀，该不均匀的负荷通过活塞传导给内部连通的第一环形槽后，利用液压油的流动性，使得传导的不均匀负荷得以平衡。

上半部分2和下半部分3通过螺栓4连接，螺栓设置在缸体内部，保持缸体呈圆环状，不改变其外形，第一环形槽10的一侧设置有放气孔11，用于排出第一环形槽中液压油的气体，缸体的前端面上设置有第二环形槽23，该第二环形槽23用于放置所述活塞8的活塞头，其与活塞腔9组合形成阶梯状，一方面适应活塞8的形状，另一方面在液压失效等紧急情况下，活塞头与活塞腔9的阶梯面直接接触，由活塞腔9支撑推力块，还原为传统的刚性支撑结构形式。

如图5所示，上半部分2和下半部分3由均由前半部分5和后半部分6焊接而成，以此方便前后两个部分的加工成型。前半部分作为前半部分，后半部分6为后半部分，二者的结合面开设有对称的焊接坡口13，在前半部分5的结合面设计一定高度的凸台14，后半部分6结合面上设置有凸台14配合的凹槽15，以此实现前半部分和后半部分的配合安装，辅助实现前半部分5和后半部分6的结合面定位。

后半部分6沿圆周方向开有两端相通的第一环形槽10，与前半部分5焊接一体后，自然地连通全部活塞腔9，由第一环形槽10与活塞8在平衡油缸1内部共同形成一个环形的封闭空间，第一环形槽10的宽度与活塞腔9的直径相当，第一环形槽10的深度根据所要求的封闭空间容积计算确定，在封闭空间中充满一定压力的流体介质，由活塞8支撑推力块承载螺旋桨静推力，并传递和转化轴系纵向振动。

如图6所示，上半部分2、下半部分3的密封位置在二者的结合面，本实施例中是在下半部分3的后半部分6上开设有方形槽16，该方形槽设置在第一环形槽10的外围，在方形槽16中容置方形密封元件17，上半部分2的结合面是平面，这样在上半部分2与下半部分3进行压合时，上半部分2的结合平面直接压紧在下半部分3的密封元件17上，而不需要考虑密封元件17在结合面的对缝问题，根据实际密封压力，还可以在方形槽16外围增开第二道、第三道等等方形槽，以满足静密封能力要求。

如图7所示，平衡油缸的后端面与外界的推力轴承18相连，连接接头20实现平衡油缸和推力轴承的连接，平衡油缸的端面与连接接头20配合处设置有垫片21，推力轴承18的端面与连接接头20配合处设置有密封盖22和密封元件17，用于密封，防止液压油泄漏。平衡油缸与共振转换器之间，推力轴承与共振转换器之间采用独立密封方案分别实施平衡油缸壳体密封和推力轴承壳体密封，消除两壳体开孔同心度影响。

在后半部分6和推力轴承壳体18开直通孔，并且在后半部分6的连接孔内铰制内螺纹，与共振转换器的中空螺栓19配合连接，在后半部分6连接孔中心和推力轴承壳体18上对应的孔中心发生偏离时，螺栓19发生随动倾斜，由于垫片21和密封元件17的弹性变形和位移补偿，两开孔的密封不受影响。

如图8所示，在活塞8的活塞杆上设置有密封组件25的密封槽，密封槽位置根据活塞质心位置计算确定，将密封组件25安装位置与活塞质心位置重合，可消除活塞倾斜弯矩对密封组件增加的预压变形，为减小摩擦，无启动爬行，密封组件采用组合密封组件。

如图9所示，推力轴承26是上下剖分式结构，平衡油缸1内置于推力环27与推力轴承壳体18之间，共振转换器28由油缸29和导管30组成，通过接口螺栓19与平衡油缸1连接。液压油从导管31进入油缸29，再通过导管30进入平衡油缸1，推动活塞8支撑推力块31，推力轴33在螺旋桨转矩作用下旋转，螺旋桨静推力经推力环27、推力块32传导至平衡油缸1内液压油，液压力与螺旋桨静推力相平衡，由压力表34的读数乘以活塞8的总面积即可测试出不同转速下的螺旋桨静推力，螺旋桨脉动推力引起的轴系纵向振动经过同样的传递路径传导至共振转换器28，通过合理的结构尺寸设计，共振转换器28内液压油可以吸收轴系纵向振动低频线谱，有效解决轴系纵向振动控制难题。

本发明的活塞长度和后半部分壁面厚度根据强度校核计算确定，平衡油缸内部第一环形槽长度根据共振转换器设计计算的流体介质容积确定，除轴向尺寸比传统推力轴承的套环稍大以外，周向尺寸基本相当，总体尺寸可控。

本发发明提供的平衡油缸的三处密封如下：

一是活塞上的组合密封。活塞头承载推力块传递的螺旋桨推力，并传递轴系的纵向振动，通过活塞杆再传递至与之相接触的流体介质，其密封属于动密封性质。传统的液压密封形式，如挤压型密封、唇型密封等，并不适用所述平衡油缸内活塞的动密封，原因是摩擦力大、爬行问题严重，降低活塞传递轴系纵向振动的灵敏度。本发明从无爬行、摩擦力小的密封性能要求和极短行程的密封特点出发，采用组合密封作为平衡油缸内活塞密封形式，这一组合密封形式在高压侧产生很陡的压力梯度，而在低压侧产生较平缓的压力梯度，可同时达到活塞所要求的静、动密封效果。

二是上半部分和下半部分的密封。因推力轴承内部空间小，同时为避免外壳体与上半部分和下半部分之间发生干涉，本发明采用平垫自紧密封形式，在下半部分上端平面开密封槽，并容置密封元件，根据需要，密封槽可以是单道槽或多道槽，上半部分再紧密压合在下半部分上，再采用螺栓紧固连接，密封元件在紧固螺栓和内部流体介质的双重压紧力作用下进行可靠密封。

三是连接孔处的密封。连接孔是推力轴承连接共振转换器的外部接口，其密封属于静密封性质，由于连接孔同时贯穿推力轴承壳体和平衡油缸壳体，两孔同心度容易受到装配、轴系运转和振动等因素影响，这些因素又会间接影响连接孔的密封效果，为降低内外壳体同心度的影响程度，并兼顾更换开孔接头的可维修性要求，本发明设计独立式的推力轴承壳体密封结构和平衡油缸壳体密封结构。

通常上述三处的密封，彻底实现平衡油缸的密封，确保液压油不泄漏。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，其特征在于，该平衡油缸(1)包括缸体、活塞(8)和连接接头(20)，所述缸体由上下对称的上半部分(2)和下半部分(3)连接形成圆环状，其中间设置有轴孔，用于放置推力轴，所述缸体(1)前端面沿轴孔的外圆周方向上均匀设置有多个活塞腔(9)，所述活塞(8)的活塞杆设置在该活塞腔，所述多个活塞腔(9)的后方设置有第一环形槽(10)，该第一环形槽内部连通作为所述多个活塞腔(9)共用的储放液压油的腔室，利用该第一环形槽中的液压油的流动性平衡由所述活塞传递的推力块不均匀负荷，所述第一环形槽(10)的后方设置有连接孔(12)，所述连接接头设置在所述连接孔(12)中，该连接接头(20)用于与外界的共振转换器连接，多个活塞在各自的所述活塞腔中运动，推动所述第一环形槽中的液压油通过所述连接接头进入共振转换器。

2.如权利要求1所述的一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，其特征在于，所述平衡油缸(1)中，对以下三处进行了密封，避免液压油的泄漏，如下：

所述活塞(8)的活塞杆中设置有密封组件，以此实现所述活塞(8)和活塞腔(9)之间的密封，其中所述密封组件选用组合密封；

所述上半部分(2)或下半部分(3)的端面上设置有一道或者多道用于放置密封元件(17)的槽，通过在该槽中放置密封元件实现上半部分和下半部分的密封连接；

所述连接接头上与所述连接孔配合处设置有密封元件(17)，该连接接头与推力轴承壳体配合处设置有密封盖(22)和密封元件(17)，以此实现连接孔(12)与连接接头(20)，连接接头(20)与推力轴承壳体(18)之间相互独立的密封。

3.如权利要求1所述的一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，其特征在于，所述上半部分(2)和下半部分(3)均分为前半部分(5)和后半部分(6)，通过两个部分焊接而成，以此方便所述第一环形槽(10)的加工成型。

4.如权利要求1所述的一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，其特征在于，所述上半部分(2)和下半部分(3)通过螺栓(4)连接，该螺栓设置在所述缸体的内部，保证所述缸体的圆环状。

5.如权利要求1所述的一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，其特征在于，所述缸体的前端面上设置有第二环形槽(23)，该第二环形槽(23)用于放置所述活塞(8)的活塞头，其与所述活塞腔(9)组合形成阶梯状，一方面适应所述活塞(8)的形状，另一方面在液压失效的情况下，所述活塞头与第二环形槽底面直接接触，用于支撑其前方的推力块以传递静推力。

6.如权利要求1所述的一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，其特征在于，所述第一环形槽(10)的一侧设置有放气孔(11)，用于排出所述第一环形槽中液压油的气体。

7.如权利要求3所述的一种连接共振转换器的推力轴承内连通平衡油缸，其特征在于，所述前半部分(5)上设置有凸台(14)，所述后半部分(6)上设置有凹槽(15)，所述凸台(14)和凹槽(15)用于前半部分和后半部分焊接时定位。