CN114165517A - 一种轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承 - Google Patents

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田忠殿
王平
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Abstract

本发明涉及一种轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，两个转子支撑环对称布置在电机转子的左右两侧，转子支撑环轴向、法兰平面分别设有螺旋水槽，左侧的转子支撑环上螺旋水槽旋向与右侧的转子支撑环上螺旋水槽旋向相反，可形成主动水流通道，轴承体内腔以及端面上均布有燕尾槽结构，燕尾槽结构中的径向燕尾槽内安装径向瓦，轴向燕尾槽内安装轴向瓦；多块径向瓦组装成径向轴承，多块轴向瓦组装成轴向轴承，各径向瓦之间留有沟槽，和轴向瓦之间的安装间隙对齐，形成止推一体式水润滑轴承的水润滑沟槽通道。本发明能够提高水润滑轴承本身的紧凑性、冷却性、可靠性、安装便捷性以及润滑效果，促进轮缘推进器得到高水准应用。

Description

一种轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承
技术领域
本发明涉及一种船舶动力推进系统，尤其是一种缘推进器用的止推水润滑轴承。
背景技术
随着电力推进系统的迅速发展，轮缘推进器作为一款新型推进器，凭借其高效率、低噪声的优势受到了广大船东以及研究机构的青睐。轮缘推进器的桨叶由电机直接驱动，并采用水润滑轴承进行支撑，不仅避免了传统推进器齿轮、轴系传动所产生的功率损失，还可以避免油润滑所带来的润滑油泄漏、污染的问题。水润滑轴承作为轮缘推进器的关键部件，其性能的优劣直接决定了推进器本身运行的可靠性和装备年限。目前现有的轮缘推进器用水润滑轴承存在以下不足：
1、由于水润滑轴承需要同时承受桨叶产生的径向力和推力，因此常分别采用径向轴承和推力轴承配合安装在推进器端盖上，所占推进器内部空间较大；径向轴承、推力轴承多采用螺钉、粘胶等方式与推进器端盖法兰进行固定连接，安装零件数量多，可靠性低。
2、轮缘推进器是完全位于水下进行工作，推进器内部集成度较高，因此难以具备强制水流冷却条件，仅靠桨叶转动所形成的自然水流进行水冷，该水流量较小，冷却性能低。考虑到水润滑轴承轴瓦多为非金属材料，因此工作环境温度过高会发生轴瓦变形、软化等失效情况，进而影响推进器工作寿命。
发明内容
本发明的目的是要提出一种轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，解决现有的轮缘推进器用水润滑轴承在使用中存在的不足，满足轮缘推进器用水润滑轴承的紧凑性、冷却性、可靠性、安装便捷性等要求。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，包括转子支撑环、轴承体、径向瓦、轴向瓦，两个转子支撑环对称布置连接在电机转子的左右两侧，所述转子支撑环轴向、法兰平面分别设有螺旋水槽，且左侧的转子支撑环上螺旋水槽旋向与右侧的转子支撑环上螺旋水槽旋向相反；所述轴承体内腔以及端面上均布有燕尾槽结构，所述燕尾槽结构中的径向燕尾槽内安装径向瓦，轴向燕尾槽内安装轴向瓦；多块径向瓦组装成径向轴承，多块轴向瓦组装成轴向轴承，各径向瓦之间留有沟槽，和轴向瓦之间的安装间隙对齐，形成连续的止推一体式水润滑轴承的水润滑沟槽通道。
进一步，所述轴承体一侧端面上有轴向燕尾槽，所述轴向燕尾槽呈“V”状，用于限制轴向瓦沿半径方向的位移，所述径向燕尾槽和轴向燕尾槽的数量与所需安装的径向瓦和轴向瓦数量一致。
进一步，所述轴承体另一侧端面上设有螺栓安装孔，用于轴承体与轮缘推进器电机定子的连接。
进一步，所述径向燕尾槽一侧有挡圈，用于防止径向瓦产生径向位移。所述挡圈的内径小于径向瓦的内径，防止挡圈与转子支撑环接触、碰撞。
进一步，所述径向瓦，用于承受传递至转子支撑环上的径向载荷，所述径向瓦本为一个整体结构，该整体结构包括内侧的承载块二和外侧的安装块二，所述内侧承载块二设有圆弧面，内径大于转子支撑环接触面的最大外径，用于保证轴承润滑间隙。
进一步，所述内侧承载块二两侧端面附近留有半沟槽，安装后的相邻内侧承载块二的两个半沟槽形成一个完整沟槽，可用于形成水膜以及工作环境中存在的泥沙颗粒的排出。
进一步，所述外侧安装块二的弧长小于内侧承载二，用于径向瓦与轴承体之间的安装固定，并与径向燕尾槽对应一致，径向瓦与轴承体之间通过过盈固定连接。
进一步，所述轴向瓦为一个整体结构，该整体结构包括承载块一和安装块一，所述安装块一上设有“V”状结构，“V”状结构面单边具有一定倾斜角度，用于防止轴向瓦安装后产生轴向位移。
进一步，所述径向瓦和轴向瓦采用同种水润滑轴承材料。
本发明的有益效果是：
1、采用一体式水润滑轴承的结构方式，可同时承受径向和轴向载荷，减少了推进器内部的安装空间，降低推进器整体轴向尺寸，集成度进一步提高，从而可以解决推进器本身安装空间受限的问题。
2、轴瓦均为单块一体结构，并采用燕尾槽和过盈的安装方式，避免了传统螺钉安装轴承整体零部件数量较多和胶粘安装不稳定的现象，提高了水润滑轴承在使用过程中的可靠性和稳定性，整体安装过程简单，磨损老化轴瓦的替换方便；
3、转子支撑环采用螺旋水槽结构，建立水流主动输送通道，与自然水流相比，可大大提高水流冷却效率，降低水润滑轴承和电机的温度，并及时带出推进器内部的颗粒杂质等，提高推进器本身的使用寿命。
通过设计以上止推一体式水润滑轴承，能够提高水润滑轴承本身的紧凑性、冷却性、可靠性、安装便捷性以及润滑效果，促进轮缘推进器得到高水准应用。
附图说明
图1是本发明的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承结构示意图；
图2是转子支撑环结构示意图；
图3是轴承体结构示意图；
图4是径向瓦结构示意图；
图5是轴向瓦结构示意图；
图中，1.转子支撑环、2.轴承体、3.径向瓦、4.轴向瓦、5.外圈、6.端面、7.螺旋水槽一、8.螺旋水槽二、9.螺栓孔、10.法兰、11.径向燕尾槽、12.轴向燕尾槽、13.挡圈、14.安装块一、15.斜角、16.承载块一、17.安装块二、18.挡块、19.沟槽、20.承载块二。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示，本发明的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，包括转子支撑环1、轴承体2、径向瓦3、轴向瓦4。
转子支撑环1在轮缘推进器中配套2件，与电机转子、桨叶两端进行连接，当电机正转或反转时，由转子支撑环1传递桨叶所产生的径向和轴向载荷，传递方式为转子支撑环1带有螺旋水槽一7、螺旋水槽二8的外圈5和端面6分别与止推一体式水润滑轴承的径向瓦3上的承载块二20和轴向瓦4上的承载块一16进行接触。
转子支撑环1仅为轮缘推进器左侧结构，轮缘推进器有两套转子支撑环1(与之配套有两套止推一体式轴承)，分别连接电机转子的左右两侧。如图2所示，转子支撑环轴向设有螺旋水槽一7、法兰平面设置螺旋水槽二8，当转子支撑环1在电机转子的驱动下转动时，推进器左侧的转子支撑环1可以利用螺旋水槽结构在转动时对水槽内的水流产生的推力效应，可直接将推进器外侧的水流向推进器内部输送，对应的，右侧转子支撑环1上的螺旋水槽旋向与之相反，经对称布置后，两侧转子支撑环水槽旋向一致，右侧的转子支撑环1可以将推进器内部的水流向外输送，因此可以形成一条主动水流输送通道，通过调整桨叶和螺旋水槽的旋向，可保证水流流动方向与推进器桨叶驱动下的水流方向一致，进一步提高主动水流输送效率。螺旋水槽通过加速推进器内部的水流流动，不仅可以降低电机和水润滑轴承的温度，还可以保证轴承间隙处润滑用水，提高水润滑轴承的润滑特性，当转子反向旋转时，螺旋水槽转动方向相反，因此主动水流输送通道中水流方向也相反，即轮缘推进器不论正反转工况，该主动水流通道一直存在。
如图3所示，轴承体2内腔以及端面上均布有燕尾槽结构，燕尾槽结构包括径向燕尾槽11和轴向燕尾槽12。径向燕尾槽11用于安装径向瓦3，径向燕尾槽11一侧设有挡圈13，可以防止径向瓦产生径向位移。挡圈13的内径应大于后续安装的轴瓦内径，防止挡圈13与转子支撑环1接触、碰撞。
轴承体2一侧端面上有轴向燕尾槽12，轴向燕尾槽12本身呈“V”状，可以限制轴向瓦沿半径方向的位移，径向燕尾槽11和轴向燕尾槽13的数量与所需安装的轴瓦数量一致。轴承体2另一侧端面有螺栓安装孔，该孔主要用于轴承体2与轮缘推进器电机定子的联结，而不需额外设计端盖法兰结构进行联结，减少推进器整体的零件数量。
轴承体2通过法兰10上的螺栓孔9与电机定子连接，轴承体2上的径向燕尾槽11和轴向燕尾槽12有多个，在轴承体2上均布，用于径向瓦3和轴向瓦4的过盈安装。安装轴瓦时，先进行轴向瓦4的安装，轴向瓦4安装块一14与“V”形轴向燕尾槽12过盈安装，轴向瓦4上的斜角15可以防止安装后发生轴向位移，安装完毕后承载块一16与转子支撑环上的端面6平行，此时轴向瓦4仍有向半径圆心方向运动的趋势，可继续进行径向瓦3的安装，径向瓦3上的安装块二17与轴承体上的径向燕尾槽11进行过盈安装，安装至挡块18与轴承体2接触，此时径向瓦3安装完毕，径向瓦3挡块18与轴向瓦4内圈接触，形成轴向瓦4的接触限位，挡块18外端面与轴向瓦4承载块一16端面平齐，与轴向瓦3同时承受轴向载荷，并按照相同步骤完成所有轴向瓦3和径向瓦4的安装。轴瓦全部安装完毕后，多块径向瓦3组装成径向轴承，多块轴向瓦4组装成轴向轴承，各径向瓦3之间留有沟槽19，和轴向瓦4之间的安装间隙对齐，形成连续的止推一体式水润滑轴承水润滑沟槽通道。
如图4所示，径向瓦3主要用于承受传递至转子支撑环上1的径向载荷，径向瓦3本身为一个整体结构，为了方便分析径向瓦的功能特点，可将其结构分为内侧的承载块二20和外侧的安装块二17，内侧承载块二20设计为圆弧面，内径略大于转子支撑环1接触面的最大外径，保证轴承润滑间隙，在内侧承载块二20两侧端面附近留有沟槽，该沟槽主要用于形成水膜以及工作环境中可能存在的泥沙颗粒的排出，单个径向瓦上的沟槽仅为实际沟槽的一半，待与其它径向瓦一同安装后，可以形成完整的沟槽。为方便安装，外侧安装块二17弧长应小于内侧承载二20，主要用于径向瓦3与轴承体4之间的安装固定，因此结构形式与径向燕尾槽对应一致，二者之间通过过盈安装完成固定连接。
如图5所示，轴向瓦4与径向瓦3类似，本身为一个整体结构，为了方便分析径向瓦的功能特点，可将其结构分为承载块一16和安装块一14，采用过盈的安装方式与轴承体轴向燕尾槽进行过盈安装，因此需要在安装块上加工出“V”状结构，“V”状面单边具有一定倾斜角度，可防止轴向瓦安装后产生轴向位移，径向瓦和轴向瓦采用同种水润滑轴承材料。

Claims (9)

1.一种轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：包括转子支撑环、轴承体、径向瓦、轴向瓦，两个转子支撑环对称布置连接在电机转子的左右两侧，所述转子支撑环的轴向、法兰平面上分别设有螺旋水槽，且左侧的转子支撑环上螺旋水槽旋向与右侧的转子支撑环上螺旋水槽旋向相反；所述轴承体内腔以及端面上均布有燕尾槽结构，所述燕尾槽结构中的径向燕尾槽内安装径向瓦，轴向燕尾槽内安装轴向瓦；多块径向瓦组装成径向轴承，多块轴向瓦组装成轴向轴承，各径向瓦之间留有沟槽，和轴向瓦之间的安装间隙对齐，形成连续的止推一体式水润滑轴承的水润滑沟槽通道。
2.根据权利要求1所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述轴承体一侧端面上有轴向燕尾槽，所述轴向燕尾槽呈“V”状，用于限制轴向瓦沿半径方向的位移，所述径向燕尾槽和轴向燕尾槽的数量与所需安装的径向瓦和轴向瓦数量一致。
3.根据权利要求2所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述轴承体另一侧端面上设有螺栓安装孔，用于轴承体与轮缘推进器电机定子的连接。
4.根据权利要求1所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述径向燕尾槽一侧设有挡圈，用于防止径向瓦产生径向位移；所述挡圈的内径大于径向瓦的内径，防止挡圈与转子支撑环接触、碰撞。
5.根据权利要求1所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述径向瓦，用于承受传递至转子支撑环上的径向载荷，所述径向瓦本为一个整体结构，该整体结构包括内侧的承载块二和外侧的安装块二，所述内侧承载块二设有圆弧面，内径大于转子支撑环接触面的最大外径，用于保证轴承润滑间隙。
6.根据权利要求5所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述内侧承载块二两侧端面附近留有半沟槽，安装后的相邻内侧承载块二的两个半沟槽形成一个完整沟槽，用于形成水膜以及工作环境中存在的泥沙颗粒的排出。
7.根据权利要求5所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述外侧安装块二的弧长小于内侧承载二，用于径向瓦与轴承体之间的安装固定，并与径向燕尾槽对应一致，径向瓦与轴承体之间通过过盈固定连接。
8.根据权利要求1所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述轴向瓦为一个整体结构，该整体结构包括承载块一和安装块一，所述安装块一上设有“V”状结构，“V”状结构面单边具有一定倾斜角度，用于防止轴向瓦安装后产生轴向位移。
9.根据权利要求1所述的轮缘推进器用止推一体式水润滑轴承，其特征在于：所述径向瓦和轴向瓦采用同种水润滑轴承材料。
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