CN111120504A - 一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，包括转子、轴向定位基座、推力盘、是轴承瓦块、轴承支点、固定基座和挡油环等。推力盘与转子轴向固定的轴向定位基座相连，与轴承瓦块正对，中间留有轴承间隙，轴承瓦块底部中间位置有轴承支点，轴承瓦块可绕轴承支点小范围转动，内部具有连通的周向油孔和纵向油孔。本发明通过引导轴承热油至轴承瓦块背面，促使轴承瓦块上下表面温度趋于一致，热变形互相抵消，减小轴承瓦块的翘曲变形，提高轴承的承载力和安全性。

Description

一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承

技术领域

本发明属于机械设计滑动轴承领域，具体涉及一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承。

背景技术

滑动轴承是水轮机、压缩机等大型、重载工业设备的关键部件，其性能与设备的稳定性密切相关。滑动轴承在运行过程中会因剪切挤压而产生大量的热，对于大型推力滑动轴承，尤其是在高负载的情况下，轴承油膜温度很高，轴承瓦块的温度分布也会显著不均匀，单侧局部温度可能高达100℃以上，相对应一侧温度仅有40℃左右。显著的温差导致轴承热膨胀的不均匀，由此产生的热变形会使得轴承瓦块翘曲变形，轴承瓦块边缘向下弯曲，轴承中部凸起。这样的热变形会导致轴承承载面积下降，承载力降低，温升增加，大大增加了轴承磨损、蹭伤、胶合等损伤发生的概率。尤其是重型载荷的推力滑动轴承，直径甚至能达到2m以上，对于这类大型轴承，热变形将成为影响轴承性能的关键问题。

目前工业中暂无良好的解决办法，为尽可能地减小轴承的热变形，会在设计阶段考虑增大轴承的尺寸，使其在发生热变形后依旧具有足够的承载能力，但这种做法会导致轴承尺寸过大，摩擦力上升，显著增加设备损耗和运行成本，在工业应用中存在很大的限制。如何克服大型推力轴承的热变形问题，已成为限制大型工业转子设备性能提升的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其通过引导轴承热油至轴承瓦块背侧，加热轴承瓦块背侧，使得轴承瓦块两面温度相近，热变形互相抵消，该设计有望提升轴承的承载力，避免轴承磨损胶合等问题。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，包括套装在转子外且固定在基体上的固定基座，固定基座上方依次设置有套装在转子外的轴承瓦块、推力盘和轴向定位基座；其中，

轴向定位基座与转子轴向固定连接，推力盘与轴向定位基座相连，推力盘与轴承瓦块正对，中间留有轴承间隙，轴承瓦块内部具有互相连通的周向油孔和纵向油孔，轴承瓦块底部中间位置有轴承支点，且轴承瓦块能够绕轴承支点转动，轴承支点下端固定在固定基座上；固定基座靠近转子的一侧与挡油环装配在一起，挡油环高度超过推力盘的中部位置，且挡油环与轴承瓦块、推力盘均不接触；固定基座内开设有润滑油腔，润滑油腔内填充有润滑油，轴承瓦块、轴承间隙均浸没在润滑油中，且润滑油的液面高度低于挡油环。

本发明进一步的改进在于，纵向油孔位于推力盘转动方向的下游一侧，与轴承上表面垂直，周向油孔在推力盘转动方向的上游一侧开孔，周向油孔与纵向油孔内部相连通。

本发明进一步的改进在于，假定d为轴承纵向油孔的直径，周向油孔的直径与纵向油孔一致，B为轴承瓦块半径方向的宽度，二者满足关系0.02B≤d≤0.05B。

本发明进一步的改进在于，假定α为轴承瓦块扇形两侧的夹角，β为纵向油孔中心线连线与轴承瓦块上游一侧边界的夹角，二者满足关系β≥0.9α。

本发明进一步的改进在于，在轴承瓦块的半径方向上，周向油孔避开轴承支点分为两部分，假定B为轴承瓦块半径方向的宽度，a为轴承支点外侧由内向外的第一个周向油孔中心距离轴承瓦块外边缘的距离，b为轴承支点内侧由外向内的第一个周向油孔中心距离轴承瓦块内边缘的距离，且满足a≥0.25B及b≥0.25B。

本发明进一步的改进在于，周向油孔位于轴承瓦块内部的下端，假定H为轴承瓦块的总高度，h为周向油孔的中心距离轴承瓦块上表面的距离，二者满足关系h≤0.95H。

本发明进一步的改进在于，轴承瓦块为扇形结构，数量为4-16块，且呈圆形分布在转子外侧。

本发明进一步的改进在于，工作时，动力通过转子传递，驱动转子进行转动，转子带动与其轴向固定连接的轴向定位基座和推力盘同步转动，同时转子承受纵向向下的载荷作用，载荷随推力盘传递给轴承间隙及推力轴承瓦块，借助流体的动压效应，轴承间隙内部的润滑油被挤压，轴承瓦块承载轴承间隙传递的载荷力；随着转子承受的载荷增大，推力盘向下压，轴承间隙不断缩小，轴承生热增加，轴承间隙内部填充的润滑油温度迅速上升，并且压力增大，导致轴承瓦块上表面温度很高，发生热变形；由于转动方向所致，轴承瓦块左侧温度更高，此时高温油经高压挤压由纵向油孔向周向油孔流动，并经周向油孔排入整体的润滑油中，高温油流动的同时，轴承瓦块下部被加热，同步发生热膨胀，促使轴承瓦块上下表面温度趋于一致，热变形互相进行了抵消，减小轴承瓦块的翘曲变形。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，通过引导轴承热油至轴承瓦块背面，使轴承的热变形更加均匀化，保证轴承支撑面的平面度，减弱轴承热变形导致的承载力下降、安全性降低等现象，保证滑动轴承稳定运行。概括来说，本发明具有如下的有点：

(1)相较于传统推力滑动轴承，本发明中的自反馈调节滑动轴承能够显著降低轴承热变形导致的轴瓦弯曲，提高轴承承载力，可有效避免磨损、胶合等问题，可显著提高推力轴承的可靠性。

(2)随着轴承载荷的增加，轴承间隙越小，轴承生热量增加，油温升高的同时，轴承背侧同样受热膨胀，达到同步自反馈调节轴承热变形的目的，显著提高系统的抗过载能力。

(3)相较于常用的推力滑动轴承，本发明中的自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承不需要借助额外的加热及辅助部件设备，仅需对轴承瓦块进行改造，结构紧凑、可靠性高。

附图说明

图1为轴承装配结构示意图；

图2为轴承俯视图；

图3为轴承结构参数示意图，其中图3(a)为俯视图，图3(b)为纵向剖视图。

附图标记说明：

1是转子，2是轴向定位基座，3是推力盘，4是轴承间隙，5是轴承瓦块，6是轴承支点，7是固定基座，8是挡油环，9是润滑油，10是周向油孔，11是纵向油孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1和图2所示，本发明提供的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，包括转子1、轴向定位基座2、推力盘3、是轴承瓦块5、轴承支点6、固定基座7、挡油环8和润滑油9。其中，推力盘3与转子1轴向固定的轴向定位基座2相连，推力盘3与轴承瓦块5正对，中间留有轴承间隙4，轴承瓦块5底部中间位置有轴承支点6，且轴承瓦块5能够绕轴承支点6小范围转动，轴承支点6下端固定在固定基座7上，固定基座7靠近转子1的一侧与挡油环8装配在一起，挡油环8高度超过推力盘3的中部位置。挡油环8与轴承瓦块5、推力盘3均不接触。固定基座7内开设有润滑油腔，润滑油腔内填充有润滑油9，轴承瓦块5、轴承间隙4均浸没在润滑油9中，润滑油9的液面高度略低于挡油环8。

如图1及图2所示，轴承瓦块5为扇形结构，示意图中轴承瓦块5数量以8块为例，本发明设计瓦块数量为4-16块不等。轴承瓦块5呈圆形分布在转子1外侧，并与推力盘3相对。转子1、轴向定位基座2和推力盘3可以自由转动。

如图3所示，轴承瓦块5内部具有连通的周向油孔10和纵向油孔11，纵向油孔11与轴承瓦块5上表面垂直，油孔直径d满足0.02B≤d≤0.05B，以图2为例，假定转子1逆时针转动，则纵向油孔11位于轴承瓦块5左侧，周向油孔10在瓦块右侧与润滑油相通(依据转子1的转动方向不同，则纵向油孔11的位置不同，若转子1顺时针转动，纵向油孔11位于扇形的轴承瓦块5右侧，周向油孔10在瓦块左侧与润滑油相通，即与图示结构左右对称)，纵向油孔11周向位置满足β≥0.9α。在轴承瓦块5的半径方向，周向油孔10需避开轴承支点6，均布于轴承瓦块5的下部，高度位置满足h≤0.95H，周向油孔10半径方向满足a≥0.25B及b≥0.25B。

本发明的工作过程如下：

动力通过转子1传递，驱动转子1进行转动，转子1带动与其轴向固定连接的轴向定位基座2和推力盘3同步转动，同时转子1承受纵向向下的载荷作用，载荷随推力盘3传递给轴承间隙4及推力轴承瓦块5，借助流体的动压效应，轴承间隙4内部的润滑油9被挤压，轴承瓦块5承载轴承间隙4传递的载荷力。随着转子1承受的载荷增大，推力盘3向下压，轴承间隙4不断缩小，轴承生热增加，轴承间隙4内部填充的润滑油9温度迅速上升，并且压力增大，导致轴承瓦块5上表面温度很高，发生热变形。由于转动方向所致，轴承瓦块5左侧温度更高，此时高温油经高压挤压由纵向油孔11向周向油孔10流动，并经周向油孔10排入整体的润滑油9中，高温油流动的同时，轴承瓦块5下部被加热，同步发生热膨胀，促使轴承瓦块5上下表面温度趋于一致，热变形互相进行了抵消，减小轴承瓦块5的翘曲变形。

Claims (8)

1.一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，包括套装在转子(1)外且固定在基体上的固定基座(7)，固定基座(7)上方依次设置有套装在转子(1)外的轴承瓦块(5)、推力盘(3)和轴向定位基座(2)；其中，

轴向定位基座(2)与转子(1)轴向固定连接，推力盘(3)与轴向定位基座(2)相连，推力盘(3)与轴承瓦块(5)正对，中间留有轴承间隙(4)，轴承瓦块(5)内部具有互相连通的周向油孔(10)和纵向油孔(11)，轴承瓦块(5)底部中间位置有轴承支点(6)，且轴承瓦块(5)能够绕轴承支点(6)转动，轴承支点(6)下端固定在固定基座(7)上；固定基座(7)靠近转子(1)的一侧与挡油环(8)装配在一起，挡油环(8)高度超过推力盘(3)的中部位置，且挡油环(8)与轴承瓦块(5)、推力盘(3)均不接触；固定基座(7)内开设有润滑油腔，润滑油腔内填充有润滑油(9)，轴承瓦块(5)、轴承间隙(4)均浸没在润滑油(9)中，且润滑油(9)的液面高度低于挡油环(8)。

2.根据权利要求1所述的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，纵向油孔(11)位于推力盘(3)转动方向的下游一侧，与轴承上表面垂直，周向油孔(10)在推力盘(3)转动方向的上游一侧开孔，周向油孔(10)与纵向油孔(11)内部相连通。

3.根据权利要求1所述的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，假定d为轴承纵向油孔的直径，周向油孔的直径与纵向油孔一致，B为轴承瓦块(5)半径方向的宽度，二者满足关系0.02B≤d≤0.05B。

4.根据权利要求1所述的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，假定α为轴承瓦块(5)扇形两侧的夹角，β为纵向油孔(11)中心线连线与轴承瓦块(5)上游一侧边界的夹角，二者满足关系β≥0.9α。

5.根据权利要求1所述的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，在轴承瓦块(5)的半径方向上，周向油孔(10)避开轴承支点(6)分为两部分，假定B为轴承瓦块(5)半径方向的宽度，a为轴承支点(6)外侧由内向外的第一个周向油孔(10)中心距离轴承瓦块(5)外边缘的距离，b为轴承支点(6)内侧由外向内的第一个周向油孔(10)中心距离轴承瓦块(5)内边缘的距离，且满足a≥0.25B及b≥0.25B。

6.根据权利要求1所述的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，周向油孔(10)位于轴承瓦块(5)内部的下端，假定H为轴承瓦块(5)的总高度，h为周向油孔(10)的中心距离轴承瓦块(5)上表面的距离，二者满足关系h≤0.95H。

7.根据权利要求1所述的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，轴承瓦块(5)为扇形结构，数量为4-16块，且呈圆形分布在转子(1)外侧。

8.根据权利要求1所述的一种自反馈调节热变形的高承载推力滑动轴承，其特征在于，工作时，动力通过转子(1)传递，驱动转子(1)进行转动，转子(1)带动与其轴向固定连接的轴向定位基座(2)和推力盘(3)同步转动，同时转子(1)承受纵向向下的载荷作用，载荷随推力盘(3)传递给轴承间隙(4)及推力轴承瓦块(5)，借助流体的动压效应，轴承间隙(4)内部的润滑油(9)被挤压，轴承瓦块(5)承载轴承间隙(4)传递的载荷力；随着转子(1)承受的载荷增大，推力盘(3)向下压，轴承间隙(4)不断缩小，轴承生热增加，轴承间隙(4)内部填充的润滑油(9)温度迅速上升，并且压力增大，导致轴承瓦块(5)上表面温度很高，发生热变形；由于转动方向所致，轴承瓦块(5)左侧温度更高，此时高温油经高压挤压由纵向油孔(11)向周向油孔(10)流动，并经周向油孔(10)排入整体的润滑油(9)中，高温油流动的同时，轴承瓦块(5)下部被加热，同步发生热膨胀，促使轴承瓦块(5)上下表面温度趋于一致，热变形互相进行了抵消，减小轴承瓦块(5)的翘曲变形。

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