CN111306185A - 一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构 - Google Patents

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CN111306185A CN201911300737.4A CN201911300737A CN111306185A CN 111306185 A CN111306185 A CN 111306185A CN 201911300737 A CN201911300737 A CN 201911300737A CN 111306185 A CN111306185 A CN 111306185A
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刘扬
周东
周黎
杨勇
王文鼎
王政川
彭正军
何小均
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Abstract

本发明公开了一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，包括轴承壳、压端密封端盖、涡端密封端盖，压端轴承座和涡端轴承座，转子轴以及涡端径向轴承、压端径向轴承和甩油盘、压气叶轮，涡端轴承座、涡端密封端盖与轴承壳固接，压端轴承座与涡端轴承座固接，甩油盘固定在转子轴上，涡端径向轴承和压端径向轴承均采用三油楔内油膜结构和外油膜挤压阻尼器结构，三油楔内油膜结构采用在轴承内孔中周向均布设置楔形瓦块的结构，与转子轴之间形成内油膜，外油膜挤压阻尼器结构由轴承外圆与涡端轴承座内孔或压端轴承座内孔间隙组成，与涡端轴承座内孔或压端轴承座内孔之间形成外油膜，压端径向轴承沿轴向还设有推力轴承结构，与甩油盘形成推力轴承副。

Description

一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构
技术领域
本发明涉及轴流涡轮增压器技术领域，特别是涉及一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构。
背景技术
涡轮增压器是柴油机配套部件，配合柴油机一起工作，能有效提高柴油机输出功率。随着现代船用柴油机在朝着高功率密度，对增压器的性能指标提出了高效率、高稳定性和长寿命等要求。目前，增压器常用固定滑动径向轴承型式、全浮动滑动轴承型式和滚动轴承型式，其中，固定滑动轴承的特点是承载能力大，但是在高转速条件下，轴承转子会出现油膜激荡进而引发转子失稳，其适合用于低转速运行的转子；全浮动滑动轴承的特点是在高转速条件下保证转子高效稳定运行，在滑油供油良好状态下其使用寿命达到24000h以上，但是其承载能力较小；滚动轴承型的特点是径向方向承载能力大，旋转摩擦阻力小，但是在长期运行时其滚珠轴承体和保持架之间相互磨损较大，其有效工作寿命仅用8000h左右。因此，对于大型轴流增压器需要重新设计出一种具有高承载能力、高效率的径向轴承结构从而保证增压器转子安全可靠高效率地运行，针对现有径向轴承结构存在的问题如何设计一种新型半浮动径向轴承结构是解决上述问题的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中柴油机要求涡轮增压器单机匹配功率大、在重载、高速旋转条件下，采用现有的轴承结构难以满足其使用要求的问题，提供一种新型轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，该结构既可以实现全浮动径向轴承转子高速稳定运转，同时提高了轴承径向方向的承载能力，从而保证涡轮增压器在重载、高速条件下高效率地运行。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，包括轴承壳、设置于轴承壳前后两端的压端密封端盖和涡端密封端盖，设置于轴承壳内部的压端轴承座和涡端轴承座，可转动地支撑于压端轴承座和涡端轴承座的转子轴以及套设在转子轴上的涡端径向轴承、压端径向轴承和甩油盘、压气叶轮，所述涡端轴承座、涡端密封端盖分别与轴承壳固定连接，压端轴承座与涡端轴承座固定连接，压端轴承座内安装压端径向轴承，涡端轴承座内安装涡端径向轴承，所述甩油盘固定在转子轴上并通过转子轴限位，所述涡端径向轴承和压端径向轴承均采用三油楔内油膜结构和外油膜挤压阻尼器结构，所述三油楔内油膜结构采用在轴承内孔中周向均布设置楔形瓦块的结构，与转子轴之间形成内油膜，用于支撑转子轴高速运转，所述外油膜挤压阻尼器结构由轴承外圆与涡端轴承座内孔或压端轴承座内孔间隙组成，与涡端轴承座内孔或压端轴承座内孔之间形成外油膜，通过挤压油膜阻尼作用，使涡端径向轴承相对于涡端轴承座、压端径向轴承相对于压端轴承座沿周向缓慢滑动；所述压端径向轴承沿轴向还设有推力轴承结构，与甩油盘形成推力轴承副，用于平衡压气叶轮的轴向推力。
进一步的，所述三油楔内油膜结构采用在轴承内孔的圆周方向均布设置三个带预载荷并偏置的楔形瓦块结构，相邻两个楔形瓦块之间沿轴向设有第一油槽，用于在转子高速旋转时为油楔结构提供充足供油，所述第一油槽上还设有泄油槽，用于排除润滑油中的颗粒杂质。
进一步的，所述涡端径向轴承和压端径向轴承的轴承外圆上沿周向均开设有环形油槽，在环形油槽上均布设置有通油孔，涡端轴承上的通油孔将轴承油路与涡端轴承座供油通道连通，压端轴承上的通油孔将轴承油路与压端轴承座供油通道连通，所述涡端径向轴承一端还设有第一法兰，压端径向轴承一端还设有第二法兰，所述第一法兰和第二法兰沿周向均布设有止转销孔，止转销孔内穿设止转销，通过止转销使涡端径向轴承与涡端轴承座之间、压端径向轴承与压端轴承座之间沿周向缓慢滑动，形成外油膜挤压阻尼作用，所述推力轴承结构安装在压端径向轴承的第二法兰内孔内。
进一步的，所述推力轴承结构采用斜面-平面瓦结构，设置于压端径向轴承靠近甩油盘一端，与甩油盘形成推力轴承副，相邻两个斜面-平面瓦结构之间沿径向设有第二油槽，在推力轴承内壁沿轴向设有通向推力轴承的油路，为推力轴承提供充足供油。
进一步的，所述涡端密封端盖上设有密封槽，与套设在转子轴上的涡端气封一起形成迷宫密封结构，用于防止涡轮端高温燃气进入；所述涡端密封端盖上还设有挡油板和回油槽，与涡端气封一起组成油封结构，用于阻止涡端径向轴承内的润滑油进入涡轮燃气工作区域，所述涡端密封端盖靠近涡端径向轴承的端面沿周向均布设有三个凸台，与止转销位置对应，用于防止涡端径向轴承止转销在转子运动过程中振动脱落与转子发生碰撞。
进一步的，所述甩油盘设置于压端径向轴承和压端密封端盖之间，通过压气叶轮顶紧在转子轴上，通过转子轴上的台阶面限位，用于甩油盘与压端径向轴承的推力轴承结构之间保持合理的工作油膜间隙；所述甩油盘和压端密封端盖组成甩油、密封滑油结构，用于防止压端径向轴承的润滑油进入压气叶轮工作区域，所述压气叶轮和压端密封端盖在贴合端面上设有迷宫密封槽，用于对压气机端高压工作气体的密封，防止其进入轴承壳滑油腔室引起滑油的空化变质。
进一步的，所述压端轴承座下方沿轴向设置有通向压端径向轴承的供油通道，所述涡端轴承座的下部沿右斜上方设置有通向涡端径向轴承的供油通道。
进一步的，所述轴承壳底部设置有进油孔和回油孔，内部设置空腔。
进一步的，所述斜面-平面瓦结构设置有十四个。
本发明的有益效果：
1、本发明的径向轴承(涡端、压端)采用带预载荷的三油楔内油膜结构和外油膜挤压阻尼器结构，轴承内孔三油楔内油膜结构的楔形瓦块长度达到100度，最大限度增大径向轴承与转子轴的油膜面积，使最高油膜压力控制在10Mpa以下，有效控制油膜轴承温升，轴承外圆与轴承座之间采用外油膜挤压阻尼器结构，使径向轴承与轴承座之间仅能小范围滑动，降低转子轴高速运转时的振动，该结构既可实现全浮动径向轴承转子的高速稳定运转，又提高了轴承径向方向的承载能力，解决了轴承-转子系统在重载、高速旋转条件下轴承结构需同时兼顾稳定性、大承载能力和长寿命的技术问题，保证了大型增压器转子高效率、可靠性运行。
2、压端径向轴承端面设有轴向推力轴承结构，有效平衡转子系统运行过程中压气机端推力涡轮端的轴向力，防止了转子轴涡端向压端的窜动。
3、涡端密封和油封结构的设置，有效防止了高温端燃气进入涡端径向轴承，防止了轴承滑油高温烧积引起轴承失效，同时有效防止涡端润滑油进入涡轮工作区域。
4、本发明的甩油盘结构，具有推力轴承功能和甩油功能，防止压端径向轴承润滑油进入压气叶轮工作区域。
5、压气叶轮和压端密封端盖之间设置迷宫密封槽，具有密封高压燃气功能，防止压气叶轮端高压燃气进入压端轴承导致轴承失效。
6、该涡轮增压器的半浮动推力轴承结构设计巧妙、安装便捷、承载能力大、结构紧凑、效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A向示意图；
图3为涡端径向轴承的结构示意图；
图4为三油楔内油膜结构中楔形瓦块布置示意图；
图5为压端径向轴承的结构示意图；
图6为压端径向轴承中斜面-平面瓦结构示意图；
图7为涡端密封端盖的结构示意图。
附图标记
附图中，1、轴承壳，2压端轴承座，3、涡端轴承座，4、涡端密封端盖，5、转子轴，6、涡端气封，7、涡端径向轴承，8、压端径向轴承，9、压气叶轮，10、甩油盘，11、压端密封端盖，12、止转销，13、紧定螺钉，14、阻尼器，15、楔形瓦块，16、止转销孔，17、第一油槽，18、泄油槽，19、环形油槽，20、通油孔，21、第一法兰，22、第二法兰，23、推力轴承结构，231、斜面-平面瓦，232、第二油槽，233、油路，41、挡油板，42、回油槽，43、凸台，1a、进油孔，1b、回油孔，2a、压端径向轴承供油通道，3a、涡端径向轴承供油通道
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
参见图1-图6所示，一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，包括轴承壳1、设置于轴承壳1前后两端的压端密封端盖11和涡端密封端盖4，设置于轴承壳1内部的压端轴承座2和涡端轴承座3，可转动地支撑于压端轴承座2和涡端轴承座3的转子轴5以及套设在转子轴5上的涡端径向轴承7、压端径向轴承8和甩油盘10、压气叶轮9，所述涡端轴承座3、涡端密封端盖4分别与轴承壳1通过紧定螺钉13固定连接，压端轴承座2与涡端轴承座3通过紧定螺钉13固定连接，压端轴承座2内安装压端径向轴承8，涡端轴承座3内安装涡端径向轴承7，所述甩油盘10固定在转子轴5上并通过转子轴5限位，所述涡端径向轴承7和压端径向轴承8均采用三油楔内油膜结构和外油膜挤压阻尼器结构，所述三油楔内油膜结构采用在轴承内孔中周向均布设置楔形瓦块15的结构，与转子轴5之间形成内油膜，用于支撑转子轴5高速运转，所述外油膜挤压阻尼器14结构由轴承外圆与涡端轴承座3内孔或压端轴承座2内孔间隙组成，与涡端轴承座3内孔或压端轴承座2内孔之间形成外油膜，通过挤压油膜阻尼作用，使涡端径向轴承7相对于涡端轴承座3、压端径向轴承8相对于压端轴承座2沿周向缓慢滑动；所述压端径向轴承8沿轴向还设有推力轴承结构24，与甩油盘10形成推力轴承副，用于平衡压气叶轮9的轴向推力。
如图3至图5所示，在本发明中，所述三油楔内油膜结构采用在轴承内孔的圆周方向均布设置三个带预载荷并偏置的楔形瓦块15结构，其楔形瓦块15长度达到100度，最大限度的增大油膜面积，使最高油膜压力控制在10Mpa以下，控制油膜轴承温升，同时在相邻两个楔形瓦块15之间沿轴向设有第一油槽17，便于在转子轴5高速旋转时为油楔结构提供充足供油，第一油槽17上还设有泄油槽18，用于排除润滑油中的颗粒杂质。
所述涡端径向轴承7和压端径向轴承8的轴承外圆上沿周向均开设有环形油槽19，在环形油槽19上均布设置有通油孔20，涡端径向轴承上的通油孔20将轴承油路与涡端轴承座供油通道3a连通，压端轴承上的通油孔20将轴承油路与压端轴承座供油通道2a连通，涡端径向轴承7一端还设有第一法兰21，压端径向轴承8一端还设有第二法兰22，所述第一法兰21和第二法兰22沿周向均布设有止转销孔16，止转销孔16内穿设止转销12，通过止转销12使涡端径向轴承7与涡端轴承座3之间、压端径向轴承8与压端轴承座2之间沿周向缓慢滑动，形成外油膜挤压阻尼作用，所述推力轴承结构23安装在压端径向轴承的第二法兰22内孔内。
如图5、图6所示，本发明中的推力轴承结构23采用十四个斜面-平面瓦结构，设置于压端径向轴承8靠近甩油盘10一端，与甩油盘10形成推力轴承副，相邻两个斜面-平面瓦231结构之间沿径向设有第二油槽232，在推力轴承内壁沿轴向设有通向推力轴承的油路233，通过压端径向轴承供油，保证推力轴承的充足供油。
如图1所示，所述涡端密封端盖4上设有密封槽，与套设在转子轴上的涡端气封6一起形成迷宫密封结构，用于防止涡轮端高温燃气进入，导致涡端轴承油膜因高温烧积失效；涡端密封端盖4上还设有挡油板41和回油槽42，与涡端气封6一起组成油封结构，用于阻止涡端径向轴承7内的润滑油进入涡轮燃气工作区域，引起燃烧烧发生事故，涡端密封端盖4靠近涡端径向轴承7的端面沿周向均布设有三个凸台43，与止转销12位置对应，防止涡端径向轴承上的止转销12在转子运动过程中振动脱落与转子发生碰撞引起事故。
如图1所示，所述甩油盘10设置于压端径向轴承8和压端密封端盖11之间，通过压气叶轮9顶紧在转子轴5上，通过转子轴5上的台阶面限位，保证甩油盘10与压端径向轴承的推力轴承结构24之间保持合理的工作油膜间隙；同时甩油盘10和压端密封端盖11组成甩油、密封润滑油的油封密封工作结构，防止压端径向轴承8的润滑油进入压气叶轮9工作区域，影响压气机的工作效率和寿命，所述压气叶轮9和压端密封端盖11在贴合端面上设有迷宫密封槽，用于对压气机端高压工作气体的密封，防止其进入轴承壳润滑油腔室引起润滑油的空化变质，从而保证了压端径向轴承8油膜的正常工作。
所述压端轴承座2为压端径向轴承8提供安装位置和供油通道2a，供油通道2a设置在压端轴承座2内部下方沿轴向设置，与压端径向轴承8上的通油孔20连通，所述涡端轴承座3为涡端径向轴承7提供安装位置和供油通道3a，供油通道3a设置于涡端轴承座3的下部沿右斜上方设置，与涡端径向轴承7上的通油孔20连通。
如图1、图2所示，所述轴承壳1底部设置有进油孔1a和回油孔1b，从轴承壳底部进油，便于供油压力的建立和供油的充分，轴承壳1内部设计成较大空腔，便于轴承结构的散热。
本发明半浮动径向轴承结构的工作原理：当转子轴高速旋转时，压力润滑油不断进入和流出轴承内孔与转子轴组成三油楔结构形成高压油膜支撑转子高转子的运转；同时，压力润滑油进入轴承外圆与轴承座孔间隙，由于轴承止转销的限制，径向轴承仅能在轴承座孔内进行微量的滑动，产生挤压油膜阻尼效应，提高了径向轴承的稳定性，增大了轴承的承载能力，满足了高效率、长寿命、大型增压器设计技术要求；同时在压/涡端设有油封和气封结构，保证了转子安全、可靠的运行。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，包括轴承壳、设置于轴承壳前后两端的压端密封端盖和涡端密封端盖，设置于轴承壳内部的压端轴承座和涡端轴承座，可转动地支撑于压端轴承座和涡端轴承座的转子轴以及套设在转子轴上的涡端径向轴承、压端径向轴承和甩油盘、压气叶轮，所述涡端轴承座、涡端密封端盖分别与轴承壳固定连接，压端轴承座与涡端轴承座固定连接，压端轴承座内安装压端径向轴承，涡端轴承座内安装涡端径向轴承，所述甩油盘固定在转子轴上并通过转子轴限位，其特征在于：所述涡端径向轴承和压端径向轴承均采用三油楔内油膜结构和外油膜挤压阻尼器结构，所述三油楔内油膜结构采用在轴承内孔中周向均布设置楔形瓦块的结构，与转子轴之间形成内油膜，用于支撑转子轴高速运转，所述外油膜挤压阻尼器结构由轴承外圆与涡端轴承座内孔或压端轴承座内孔间隙组成，与涡端轴承座内孔或压端轴承座内孔之间形成外油膜，通过挤压油膜阻尼作用，使涡端径向轴承相对于涡端轴承座、压端径向轴承相对于压端轴承座沿周向缓慢滑动；所述压端径向轴承沿轴向还设有推力轴承结构，与甩油盘形成推力轴承副，用于平衡压气叶轮的轴向推力。
2.根据权利要求1所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述三油楔内油膜结构采用在轴承内孔的圆周方向均布设置三个带预载荷并偏置的楔形瓦块结构，相邻两个楔形瓦块之间沿轴向设有第一油槽，用于在转子高速旋转时为油楔结构提供充足供油，所述第一油槽上还设有泄油槽，用于排除润滑油中的颗粒杂质。
3.根据权利要求1所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述涡端径向轴承和压端径向轴承的轴承外圆上沿周向均开设有环形油槽，在环形油槽上均布设置有通油孔，涡端轴承上的通油孔将轴承油路与涡端轴承座供油通道连通，压端轴承上的通油孔将轴承油路与压端轴承座供油通道连通，所述涡端径向轴承一端还设有第一法兰，压端径向轴承一端还设有第二法兰，所述第一法兰和第二法兰沿周向均布设有止转销孔，止转销孔内穿设止转销，通过止转销使涡端径向轴承与涡端轴承座之间、压端径向轴承与压端轴承座之间沿周向缓慢滑动，形成外油膜挤压阻尼作用，所述推力轴承结构安装在压端径向轴承的第二法兰内孔内。
4.根据权利要求3所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述推力轴承结构采用斜面-平面瓦结构，设置于压端径向轴承靠近甩油盘一端，与甩油盘形成推力轴承副，相邻两个斜面-平面瓦结构之间沿径向设有第二油槽，在推力轴承内壁沿轴向设有通向推力轴承的油路，为推力轴承提供充足供油。
5.根据权利要求3所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述涡端密封端盖上设有密封槽，与套设在转子轴上的涡端气封一起形成迷宫密封结构，用于防止涡轮端高温燃气进入；所述涡端密封端盖上还设有挡油板和回油槽，与涡端气封一起组成油封结构，用于阻止涡端径向轴承内的润滑油进入涡轮燃气工作区域，所述涡端密封端盖靠近涡端径向轴承的端面沿周向均布设有三个凸台，与止转销位置对应，用于防止涡端径向轴承止转销在转子运动过程中振动脱落与转子发生碰撞。
6.根据权利要求1所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述甩油盘设置于压端径向轴承和压端密封端盖之间，通过压气叶轮顶紧在转子轴上，通过转子轴上的台阶面限位，用于甩油盘与压端径向轴承的推力轴承结构之间保持合理的工作油膜间隙；所述甩油盘和压端密封端盖组成甩油、密封滑油结构，用于防止压端径向轴承的润滑油进入压气叶轮工作区域，所述压气叶轮和压端密封端盖在贴合端面上设有迷宫密封槽，用于对压气机端高压工作气体的密封，防止其进入轴承壳滑油腔室引起滑油的空化变质。
7.根据权利要求1所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述压端轴承座下方沿轴向设置有通向压端径向轴承的供油通道，所述涡端轴承座的下部沿右斜上方设置有通向涡端径向轴承的供油通道。
8.根据权利要求1所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述轴承壳底部设置有进油孔和回油孔，内部设置空腔。
9.根据权利要求4所述的一种轴流涡轮增压器半浮动径向轴承结构，其特征在于：所述斜面-平面瓦结构设置有十四个。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112524640A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 北京动力机械研究所 一种二次分配供油结构
CN114033717A (zh) * 2021-11-02 2022-02-11 潍坊科技学院 一种涡轮增压器高强度端面定位紧凑涡轮转子装置

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