CN114183392B - 适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承，所述的水润滑轴承为2205双向不锈钢材质，整体为空心圆柱体结构，一体机运行时，由轴承与主轴之间水膜的流体动压润滑效应提供承载力。轴承壁上带有两条圆孔形的流道：其中一条流道连通一侧端面和内圆柱面，另一条流道连通另一侧端面和内圆柱面。轴承内壁面在流道口周围刻有沟槽。本发明巧妙地利用一体机内部流体压力分布规律，调节水润滑轴承的水膜压力分布，有效降低水润滑轴承在启停过渡阶段的摩擦磨损，而在高速运行阶段则具有提高转子稳定性的作用。

Description

适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承

技术领域

本发明属于润滑技术领域，特别涉及一种适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承。

背景技术

海水淡化能量回收一体机利用反渗透膜截留下的浓盐水压力为新鲜海水加压，是海水淡化系统节约能源、保障经济性的核心部件。

其中，透平式能量回收一体机将增压泵和能量回收透平同轴一体化设计，主轴由透平叶轮、主轴和泵叶轮组成，采用水润滑轴承支撑。经前置泵一级增压后的原水通过一体机泵叶轮进一步增压至反渗透膜的工作压力，未透过反渗透膜的高压浓盐水则通过透平叶轮驱动一体机主轴，从而实现高压浓水的压能回收，有效降低了产水成本，特别适用于流量偏大的中小型海水淡化系统，在海岛和大型船舶等场合具有明显的优势。透平式能量回收一体机的水润滑轴承以自身输送的水作为润滑介质，可显著减小摩擦磨损，改善高频振动，避免输送水被润滑油污染，提高能量回收效率，增加设备的使用寿命。

透平式能量回收一体机转速高达上万转，对主轴稳定性要求较高，而一体机水润滑轴承的工作环境存在压力高、轴承两端存在压力差的特点，对开槽限制较大；另一方面，在一体机的启动和停机的过渡阶段，水润滑轴承存在直接接触，摩擦磨损剧烈，严重影响轴承寿命，影响一体机的经济效益和实用性。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承，改善海水淡化能量回收一体机水润滑轴承在启停过程中的摩擦学性能，减小磨损，并在一体机达到额定转速后提高主轴稳定性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承，其特征在于，包括轴瓦，所述轴瓦为两端开口的圆筒状结构，在所述轴瓦轴向中部的内壁上开设两个的沟槽，所述沟槽底部设有连通轴瓦一端端面的流道，且两个流道分别连通两个不同的端面。

进一步地，所述沟槽的轮廓为H型、田字型、日字型或T型。

进一步地，沟槽呈轴对称设置，所述流道与轴承的轴心线布置在同一铅锤面上，沟槽的几何中心各相对于该铅锤面沿主轴旋转的反方向偏移10~15度。

进一步地，沟槽成轴对称设置，沟槽的几何中心、流道与轴承的轴心线布置在同一平面内，在与主轴装配时，该平面相对于铅锤面沿主轴旋转的反方向偏移10~15度。

进一步地，流道包括径向延伸段和轴向延伸段，所述轴向延伸段的直径大于径向延伸段的直径。

进一步地，流道呈中心对称布置。

本发明的有益效果如下：

（1）在一体机启动和停止运行的过渡阶段，当主轴转速远低于额定转速时，流道利用一体机泵腔与透平腔的压力差为水润滑轴承提供静压，降低形成水膜的最低转速。

（2）当一体机在额定转速下运行时，水膜动压润滑效应产生的承载力足够大，但主轴稳定性较差，流道与沟槽配合卸掉部分动压，改善高压区与低压区的位置，提高主轴稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的水润滑轴承原理示意图；

图2是本发明提供的水润滑轴承另一实现方式示意图；

图3是本发明提供的水润滑轴承沟槽展开示意图；

图4是本发明提供的水润滑轴承结构图；

图5是本发明提供的水润滑轴承另一实现方式结构图；

图6是本发明提供的水润滑轴承与无沟槽轴承、螺旋槽轴承、人字槽轴承的性能对比图。

附图标记说明：

1-主轴，2-轴承，3-第一沟槽，4-第一沟槽口；5-第一流道， 6-透平端，7-透平叶轮，8-第二沟槽，9-第二沟槽口；10-第二流道，11-泵端，12-泵叶轮，13-第一径向延伸段，14-第一轴向延伸段，15-第二径向延伸段，16-加工孔，17-第二轴向延伸段。

实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明所述的适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承2，包括轴瓦，所述轴瓦为两端开口的圆筒状结构，所述轴瓦为2205双向不锈钢材质。在所述轴瓦轴向中部的内壁上开设第一沟槽3、第二沟槽8，所述第一沟槽3底部设有连通轴瓦透平端6端面的第一流道5，第二沟槽8底部设有连通轴瓦泵端11端面的第二流道10。于是，所述水润滑轴承与主轴1之间的缝隙，通过第一沟槽3、第二沟槽8、第一流道5、第二流道10，与透平端6端面处、泵端11端面连通。在使用中，所述轴承2与主轴1形成间隙配合，主轴1的两端分别安装透平叶轮7和泵叶轮12。由间隙内的水膜产生动压润滑效应，提供支撑主轴1的承载力。在此基础上，第一流道5、第二流道10可巧妙地借助透平端6和泵端11的压力调节水膜压力，改善水润滑轴承的性能。

实施例

本发明的一种实现方式中，第一沟槽3、第二沟槽8呈轴对称设置，第一流道5、第二流道10与轴承2的轴心线布置在同一铅锤面，第一沟槽3、第二沟槽8的几何中心各相对于该铅锤面沿主轴旋转的反方向偏移10~15度，如图1所示。

实施例

本发明的另一种实现方式中，第一沟槽3、第二沟槽8呈轴对称设置，第一沟槽3、第二沟槽8的几何中心、第一流道5、第二流道10与轴承2的轴心线布置在同一平面，在与主轴1装配时，该平面相对于铅锤面沿主轴旋转的反方向偏移10~15度，如图2所示。

在上述两种实施方式中，所述沟槽可替换为H型、田字型、日字型、T型，如图3所示，本质上功能原理与本发明相同。

本发明的工作原理如下：

在海水淡化能量回收一体机启动和停机的过渡阶段，主轴1在转速较低时，不能形成足够的流体动压，各处压力关系为：泵端11处压力>第二沟槽口9处压力>第一沟槽口4压力>透平端6压力。此时，第二流道10将泵端11的高压水通入第二沟槽口9处，流道5将位置4的水抽至透平端6，因此，第一流道5、第二流道10具有增大第一沟槽口4、第二沟槽口9两处压力差，辅助提供承载力的作用，可降低形成水膜润滑的最低转速，缩短启停阶段直接接触摩擦的时间，减少轴承和主轴的磨损。

在一体机稳定运行阶段，主轴1的转速较高，由动压润滑效应可产生足够大的承载力，主轴稳定性较差。各处压力关系为：第二沟槽口9处压力>泵端11压力>透平端6压力>第一沟槽口4压力。以实施例1所述实施方式为例，流道10内的海水从第二沟槽口9流至泵端11，降低了高压区的压力，由于第二沟槽8由第二流道10向上游延伸，可导致高压区向下游偏移；第一流道5内的海水从透平端6流入第一沟槽口4，提高了低压区的压力，由于第一沟槽3由第一流道5向上游延伸，可导致低压区向下游偏移。此时，第一流道5、第二流道10、第一沟槽3、第二沟槽8具有调整压力分布、提高主轴稳定性的作用，可明显提高转子的临界转速。

第一流道5、第二流道10呈中心对称布置。所述第一流道5、第二流道10包括第一径向延伸段13、第二径向延伸段15和第一轴向延伸段14、第二轴向延伸段17，所述第一轴向延伸段14、第二轴向延伸段17的直径大于第一径向延伸段13、第二径向延伸段15的直径。

第一流道5、第二流道10的设计加工，有以下两种方式：

加工方式1：

在粗加工轴承后，先钻较粗的第一轴向延伸段14、第二轴向延伸段17，再径向钻较细的加工孔16、第一径向延伸段13、第二径向延伸段15，然后焊接封住加工孔16，最后精加工轴承内外壁面及沟槽，如图4所示。

加工方式2：

第一流道5、第二流道10的另一种实施方式中，在粗加工轴承后，先钻较粗的第一轴向延伸段14、第二轴向延伸段17，再径向钻较粗的加工孔16，然后钻较细的第一径向延伸段13、第二径向延伸段15，最后精加工轴承内外壁面及沟槽，在装配时在加工孔16安装带有密封圈的定位销，如图5所示。

如图6所示，将本发明轴承与传统无沟槽的光滑轴承、螺旋槽轴承和人字槽轴承进行对比。几种轴承的主要参数为：轴承间隙0.05 mm，主轴直径35 mm，除沟槽设计和本发明轴承的流道外，其他设计参数保持不变。可以看出，本发明轴承具有更高的临界转速，高达19871 r/min，形成水膜润滑的最低转速也显著降低，低至413 r/min，也就是说，本发明轴承性能优于另外三种。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.适用于海水淡化能量回收一体机的水润滑轴承，其特征在于，包括轴瓦，所述轴瓦为两端开口的圆筒状结构，在所述轴瓦轴向中部的内壁上开设两个的沟槽（3、8），所述沟槽（3、8）底部设有连通轴瓦一端端面的流道（5、10），且两个流道分别连通两个不同的端面；所述流道（5、10）呈中心对称布置；

所述沟槽（3、8）的轮廓为H型、田字型、日字型或T型，沟槽（3、8）成轴对称设置，流道（5、10）包括径向延伸段（13、15）和轴向延伸段（14、17），所述轴向延伸段（14、17）的直径大于径向延伸段（13、15）的直径；

沟槽（3、8）的几何中心、流道（5、10）与所述轴承（2）的轴心线布置在同一平面内，在与主轴（1）装配时，该平面相对于铅垂面沿主轴旋转的反方向偏移10~15度。

2.根据权利要求1所述的水润滑轴承结构，其特征在于，所述流道（5、10）与轴承（2）的轴心线布置在同一铅垂面上，沟槽（3、8）的几何中心各相对于该铅垂面沿主轴旋转的反方向偏移10~15度。

3.根据权利要求1所述的水润滑轴承结构，其特征在于，所述轴瓦为2205双向不锈钢材质。

4.根据权利要求1所述的水润滑轴承结构，其特征在于，所述水润滑轴承的加工方式为：在粗加工轴承后，先钻第一轴向延伸段（14）、第二轴向延伸段（17），再径向钻加工孔（16）、第一径向延伸段（13）、第二径向延伸段（15），然后焊接封住加工孔（16），最后精加工轴承内外壁面及沟槽。

5.根据权利要求1所述的水润滑轴承结构，其特征在于，所述水润滑轴承的加工方式为：在粗加工轴承后，先钻第一轴向延伸段（14）、第二轴向延伸段（17），再径向钻加工孔（16），然后钻第一径向延伸段（13）、第二径向延伸段（15），最后精加工轴承内外壁面及沟槽，在装配时在加工孔（16）安装带有密封圈的定位销。