CN114261495A - 一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，该申请采用散热轴承箱与循环叶轮轴承端盖组合的轴承腔结构，既充分利用了空间，大大增加了轴承箱散热面积，提高了散热效果，又利用喷水推进叶轮轴自身转动，在轴承腔内设置循环叶轮，代替外接液压泵，不但满足了中小型喷水推进在不同工作剖面的推力轴承润滑油散热需求，而且降低了设备成本，减少了运行能耗和维护费用。
Description
技术领域
本申请涉及一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，属于船舶推进技术领域。
背景技术
喷水推进器喷射水流产生的推力绝大部分通过推力轴承传递到船体上，推动船舶前进。因此推力轴承承受的推力非常大，推力轴承对于喷水推进器的可靠运行非常重要。
中小型喷水推进器推力轴承轴承箱一般集成在进口流道上，进口流道与喷水推进泵组装一起安装到船体上(见图1)；大型喷水推进器进口流道由于尺寸和重量太大，通常作为船体结构的一部分，由船厂焊接在船体上，推力轴承布置在喷水推进泵导叶体毂内(见图2)。
大型喷水推进器推力轴承承受荷载较大，一般采用油润滑。中小型喷水推进器推力轴承承受荷载较小时，一般采用脂润滑，随着荷载升高，脂润滑满足不了使用要求，根据轴承润滑计算校核，也可需要采用油润滑。
上述结构存在的技术问题为：
大型喷水推进器推力轴承箱由于布置在导叶体毂内，喷水推进器工作时导叶体毂外水流速度较高，推力轴承润滑油得到充分冷却，但是中小型喷水推进器轴承箱位于泵舱内，泵舱内气温尤其是夏天一般较高，润滑油散热困难，是中小型喷水推进设计经常遇到的问题；
推力轴承润滑油通常采用外接液压泵，利用液压泵将润滑油引至油冷器进行冷却，但是使用过程中发现推力轴承腔内轴密封非常容易发生润滑油泄漏现象，对喷水推进的可靠运行造成了很大的困扰。原因是液压泵工作压力一般较高，而推力轴承的轴密封(骨架油封)工作压力较低，通常为0—0.3bar，因此润滑油很容易发生泄漏。在液压泵输出端设置溢流阀和压力开关进行压力保护，通常能够解决泄漏问题，但是此解决方案导致液压泵大部分输出被溢流，造成大量的能耗，以及额外设备成本和维护费用。
发明内容
本申请要解决的技术问题是中小型喷水推进器轴承箱位于泵舱内，泵舱内气温尤其是夏天一般较高，润滑油散热困难的问题。
为了解决上述技术问题，本申请的技术方案是提供了一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，包括散热轴承箱，所述散热轴承箱包括轴承箱和散热夹套，散热夹套设于轴承箱外侧，散热夹套与轴承箱之间设为外腔，轴承箱内部设为内腔；轴承箱左侧用于连接进口流道的外壁、右侧连接有轴承端盖，所述轴承端盖封闭内腔和外腔；轴承箱内腔设有叶轮轴，叶轮轴设有中心通孔，中心通孔连通轴承箱左侧的进口流道和轴承端盖的右侧，叶轮轴上套设推力轴承，靠近进口流道的推力轴承与叶轮轴之间设有进口流道轴密封将进口流道与内腔隔绝开；内腔与外腔之间设有至少一个连通孔用于热交换。
其中，所述散热夹套的顶部设有注油口、底部设有排油口；所述散热轴承箱的工作状态包括被动散热状态，被动散热状态下，内腔和外腔注满润滑油，内腔的润滑油发热后、通过热交换至外腔的润滑油，散热夹套通过更大的散热面积进行被动散热。
优选的，所述散热夹套的水平方位设有出油口，出油口经出油管连接外部油冷器；所述内腔还设有循环叶轮，循环叶轮通过轴承衬套套设叶轮轴上、随叶轮轴同步转动，循环叶轮所在位置设于进口流道轴密封与推力轴承之间；所述轴承端盖水平方位设有回油口，外部油冷器经回油管连接至回油口；所述散热轴承箱的工作状态还包括主动散热状态，主动散热状态下，循环叶轮随叶轮轴一起转动，循环叶轮叶片带动润滑油旋转产生的动能，引起轴承箱内腔外缘处润滑油压力升高，使得内腔润滑油在压力作用下从连通孔进入外腔，继而从出油口排入外部油冷器，经过外部油冷器冷却后的润滑油重新经回油管、回油口进入内腔。
其中，所述轴承箱内壁设有三道阶梯，距离进口流道按距离排序依次为第一阶梯、第二阶梯、第三阶梯，进口流道轴密封设于第一阶梯与叶轮轴之间，第二阶梯与轴承衬套之间设有推力轴承后密封、从左侧封闭内腔；第三阶梯用于定位推力轴承。优选的，所述进口流道轴密封设为机械密封或者骨架油封，防止进口流道内水进入轴承箱，推力轴承后密封设为骨架油封，防止轴承箱内润滑油泄漏。
其中，所述循环叶轮包括循环叶轮轮毂和循环叶轮叶片，循环叶轮轮毂套设在轴承衬套上，循环叶轮叶片数量不少于个，叶片宽度与出油口直径相同。
其中，所述轴承端盖内壁设为台阶结构、用于推力轴承定位并安装推力轴承前密封。
其中，所述回油口与出油口均设置在水平方位，呈180°分布。
其中，至少一个所述连通孔正对所述排油口。
其中，轴承箱内润滑油充液压力通过计算确定，计算依据为轴承箱外缘压力能克服润滑油油路损失，使润滑油能循环起来；轴承箱外缘的润滑油压力P由润滑油密度ρ、叶轮轴转速ω和循环叶轮轮毂外径d以及循环叶轮直径D共同决定：
本申请采用散热轴承箱与循环叶轮以及轴承端盖的组合使用，保证了采用油润滑的中小型喷水推进器在不同荷载条件下，可以自循环、无需外接液压泵，减少了设备成本，避免了液压泵高压引起的泄漏，并降低了能耗和额外维护成本；油润滑的中小型喷水推进荷载较小时，散热轴承箱就能独立完成润滑油散热功能，无需安装循环叶轮并外接油冷器；荷载较大时，安装循环叶轮，散热轴承箱5外接油冷器同时完成散热功能，并且根据荷载的大小，调整循环叶轮的直径，可以实现该组合散热结构与中小型喷水推进不同工作剖面的合理匹配。
通过采用上述技术，本申请与现有技术相比具有的积极效果是：
本申请将轴承箱修改成散热轴承箱结构，充分利用了轴承箱周围的空间，大大增加了散热面积，提高了散热效果；
本申请在轴承腔内设置循环叶轮，循环叶轮随喷水推进叶轮轴一起转动，在轴承外缘产生较高压力，可以使润滑油在散热轴承箱和外部油冷器之间循环起来，无需外接液压泵；
本申请轴承腔采用散热轴承箱与循环叶轮以及轴承端盖组合使用，保证采用油润滑的中小型喷水推进器在不同荷载条件下润滑油自循环，无需外接液压泵，减少了设备成本，避免了液压泵高压引起的泄漏，并降低了能耗和额外维护成本。油润滑的中小型喷水推进荷载较小时，散热轴承箱就能独立完成润滑油散热功能，无需安装循环叶轮和外接油冷器；荷载较大时，安装循环叶轮，散热轴承箱和外接油冷器同时完成散热功能，并且根据荷载的大小，调整循环叶轮的直径，可以实现该组合散热结构与中小型喷水推进不同工作剖面的合理匹配。
附图说明
图1为中小型喷水推进安装示意图；
图2为大型喷水推进安装示意图；
图3为实施例中推力轴承腔示意图，其中，图3-1为外部示意图，图3-2为中轴面剖面示意图。
图4为实施例中的散热轴承箱示意图，其中，图4-1为散热轴承箱三维示意图，图4-2为轴承箱中轴面剖面示意图；
图5为实施例中循环叶轮示意图，其中，图5-1为中轴面剖面示意图，图5-2为侧视图；
图6为实施例中轴承端盖示意图，其中，图6-1为三维示意图，图6-2为中轴面剖面示意图；
附图：1、喷水推进泵；2、进口流道；3、船体；4、喷水推进泵导叶体毂；5、散热轴承箱；6、循环叶轮；7、推力轴承；8、轴承端盖；9、叶轮轴；10、进口流道轴密封；11、推力轴承后密封；12、轴承衬套；13、推力轴承前密封；14、联接螺栓；15、出油管；16、回油管；17、轴承箱；18、散热夹套；19、注油口；20、出油口；21、螺栓孔；22、排油口；23、循环叶轮轮毂；24、循环叶轮叶片；25、回油口；26、连通孔。
具体实施方式
为使本申请更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本实施例提供的是可以自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，(本申请中所指右侧为前指代水流来源方向，左侧为后指代水流喷射方向)，如图3、图4所示，散热轴承箱5包括轴承箱17和散热夹套18，散热夹套18焊接在轴承箱17外缘或者与轴承箱17铸为一体，散热夹套18与轴承箱17之间为外腔，轴承箱17内部为内腔，叶轮轴9设于轴承箱17内腔，轴承箱17左侧连接进口流道2的外壁、右侧连接轴承端盖8，叶轮轴9中心通孔连通轴承箱17左侧的进口流道2和轴承端盖8的右侧，轴承端盖8封闭内腔和外腔，推力轴承7套设在叶轮轴9上，靠近进口流道2的推力轴承7与叶轮轴9之间安装进口流道轴密封10将进口流道2与内腔隔绝开；内腔与外腔之间设有至少一个连通孔26用于热交换；散热夹套18为薄壁结构，强度只需要考虑能够承受足够的润滑油压力，在安装空间允许条件下，表面积足够大，以保证其散热能力；散热夹套18的顶部设有注油口19、水平方位设有出油口20，底部设有排油口22；注油口19用于注油，出油口20经出油管15连接至外部油冷器；内腔和外腔注满后关闭注油口19，排油口22接球阀，需要拆卸维护推力轴承7时，可打开排油口22的球阀排干散热轴承箱5内润滑油；被动散热状态下，关闭出油口20，内腔和外腔充满润滑油，内腔的润滑油更易发热，通过热交换至外腔的润滑油，散热夹套18具有更大的散热面积，有利于被动散热；
为实现主动散热，内腔内还安装有循环叶轮6，循环叶轮6通过轴承衬套12套在叶轮轴9上、随叶轮轴9同步转动，位置位于进口流道轴密封10与推力轴承7之间；轴承箱17内壁加工有多道用于定位安装其他部件的阶梯结构，如图3所示，轴承箱17内部加工有三道阶梯，距离进口流道2按距离排序依次为第一阶梯、第二阶梯、第三阶梯，进口流道轴密封10安装在第一阶梯与叶轮轴9之间，第二阶梯与轴承衬套12之间安装有推力轴承后密封11、从左侧封闭内腔；第三阶梯用于定位推力轴承7；进口流道轴密封10可以是机械密封或者骨架油封，防止进口流道2内水进入轴承箱17，推力轴承后密封11一般为骨架油封，防止轴承箱17内润滑油泄漏；循环叶轮6包括循环叶轮轮毂23和循环叶轮叶片24，如图5所示，循环叶轮轮毂23轮毂套在安装在叶轮轴9上的轴承衬套12上，主动散热状态下，循环叶轮6随叶轮轴9一起转动，循环叶轮叶片24带动润滑油旋转产生的动能，引起轴承箱17内腔外缘处润滑油压力升高，使得内腔润滑油在压力作用下从连通孔26进入外腔，继而从出油口20排入外部油冷器；轴承端盖8内壁加工成台阶结构，如图6所示，用于推力轴承7定位并安装推力轴承前密封13，轴承端盖8水平方位设有回油口25，外部油冷器经回油管16连接至回油口25，经过外部油冷器冷却后的润滑油重新进入内腔；润滑油在轴承箱5和外部油冷器之间循环，起到主动冷却润滑油的效果。
推力轴承7承受的推力通过轴承端盖8传至联接螺栓14再传递至进口流道2进而传递给船体3。
在一些可能的实现方式中，轴承端盖8与散热轴承箱5装配后，轴承端盖8上连接回油管16的回油口25与散热轴承箱5上连接出油管15的出油口20均在水平方位，呈180°分布，保证了润滑油在轴承箱17内循环油路最长，冷却轴承效果最好，见图3和图6。
在一些可能的实现方式中，连通孔26正对排油口22位置，可以使内腔内润滑油更顺畅经循环叶轮6从连通孔排至外腔。
在一些可能的实现方式中，循环叶轮叶片24数量不少于2个，叶片宽度与出油口20直径相同；
在一些可能的实现方式中，轴承箱17内润滑油充液压力通过计算确定，计算依据为轴承箱17外缘压力能克服润滑油油路损失，使润滑油能循环起来；轴承箱17外缘的润滑油压力P由润滑油密度ρ、叶轮轴9转速ω和循环叶轮轮毂23外径d以及循环叶轮6直径D共同决定：P为
利用该公式计算润滑油压力，既确保润滑油既能循环起来，又使轴承前密封13附近不致压力太高，造成泄漏。
本实施例中，散热轴承箱5与循环叶轮6以及轴承端盖8组合使用，保证了采用油润滑的中小型喷水推进器在不同荷载条件下自循环，无需外接液压泵，减少了设备成本，避免了液压泵高压引起的泄漏，并降低了能耗和额外维护成本。油润滑的中小型喷水推进荷载较小时，散热轴承箱5就能独立完成润滑油散热功能，无需安装循环叶轮6并外接油冷器；荷载较大时，安装循环叶轮6，散热轴承箱5和外接油冷器同时完成散热功能，并且根据荷载的大小，调整循环叶轮6的直径，可以实现该组合散热结构与中小型喷水推进不同工作剖面的合理匹配。
Claims (10)
1.一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，包括散热轴承箱(5)，所述散热轴承箱(5)包括轴承箱(17)和散热夹套(18)，散热夹套(18)设于轴承箱(17)外侧，散热夹套(18)与轴承箱(17)之间设为外腔，轴承箱(17)内部设为内腔；轴承箱(17)左侧用于连接进口流道(2)的外壁、右侧连接有轴承端盖(8)，所述轴承端盖(8)封闭内腔和外腔；轴承箱(17)内腔设有叶轮轴(9)，叶轮轴(9)设有中心通孔，中心通孔连通轴承箱(17)左侧的进口流道(2)和轴承端盖(8)的右侧，叶轮轴(9)上套设推力轴承(7)，靠近进口流道(2)的推力轴承(7)与叶轮轴(9)之间设有进口流道轴密封(10)将进口流道(2)与内腔隔绝开；内腔与外腔之间设有至少一个连通孔(26)用于热交换。
2.根据权利要求1所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，所述散热夹套(18)的顶部设有注油口(19)、底部设有排油口(22)；所述散热轴承箱(5)的工作状态包括被动散热状态，被动散热状态下，内腔和外腔注满润滑油，内腔的润滑油发热后、通过热交换至外腔的润滑油，散热夹套(18)通过更大的散热面积进行被动散热。
3.根据权利要求2所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，所述散热夹套(18)的水平方位设有出油口(20)，出油口(20)经出油管(15)连接外部油冷器；所述内腔还设有循环叶轮(6)，循环叶轮(6)通过轴承衬套(12)套设叶轮轴(9)上、随叶轮轴(9)同步转动，循环叶轮(6)所在位置设于进口流道轴密封(10)与推力轴承(7)之间；所述轴承端盖(8)水平方位设有回油口(25)，外部油冷器经回油管(16)连接至回油口(25)；所述散热轴承箱(5)的工作状态还包括主动散热状态，主动散热状态下，循环叶轮(6)随叶轮轴(9)一起转动，循环叶轮叶片(24)带动润滑油旋转产生的动能，引起轴承箱(17)内腔外缘处润滑油压力升高，使得内腔润滑油在压力作用下从连通孔(26)进入外腔，继而从出油口(20)排入外部油冷器，经过外部油冷器冷却后的润滑油重新经回油管(16)、回油口(25)进入内腔。
4.根据权利要求3所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，所述轴承箱(17)内壁设有三道阶梯，距离进口流道(2)按距离排序依次为第一阶梯、第二阶梯、第三阶梯，进口流道轴密封(10)设于第一阶梯与叶轮轴(9)之间，第二阶梯与轴承衬套(12)之间设有推力轴承后密封(11)、从左侧封闭内腔；第三阶梯用于定位推力轴承(7)。
5.根据权利要求4所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，所述进口流道轴密封(10)设为机械密封或者骨架油封，防止进口流道(2)内水进入轴承箱(17)，推力轴承后密封(11)设为骨架油封，防止轴承箱(17)内润滑油泄漏。
6.根据权利要求3所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，所述循环叶轮(6)包括循环叶轮轮毂(23)和循环叶轮叶片(24)，循环叶轮轮毂(23)套设在轴承衬套(12)上，循环叶轮叶片(24)数量不少于(2)个，叶片宽度与出油口(20)直径相同。
7.根据权利要求3所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，所述轴承端盖(8)内壁设为台阶结构、用于推力轴承(7)定位并安装推力轴承前密封(13)。
8.根据权利要求3所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，所述回油口(25)与出油口(20)均设置在水平方位，呈180°分布。
9.根据权利要求3所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，至少一个所述连通孔(26)正对所述排油口(22)。
10.根据权利要求3所述的一种自循环散热的中小型喷水推进器推力轴承腔结构，其特征在于，轴承箱(17)内润滑油充液压力通过计算确定，计算依据为轴承箱(17)外缘压力能克服润滑油油路损失，使润滑油能循环起来；轴承箱(17)外缘的润滑油压力P由润滑油密度ρ、叶轮轴(9)转速ω和循环叶轮轮毂(23)外径d以及循环叶轮(6)直径D共同决定：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220401 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |