CN114484245A - 一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，涉及高速电机的密封领域。具体为：密封端盖Ⅱ卡接于密封端盖Ⅰ的外侧、而且通过离心密封套于主轴外侧，密封端盖Ⅱ上与离心密封的接触面处还设有箅齿密封结构，密封端盖Ⅰ与高速主轴轴承均套于主轴外侧，密封端盖Ⅰ上与主轴接触面处也设置有箅齿密封结构，其与高速主轴轴承之间还设置有弹性环阻尼器、外侧壁开有环形注油槽、同时在盖体上沿径向均布开有多个注油孔，注油孔与环形注油槽连通，注油孔出油口设置有喷油嘴；密封端盖Ⅰ与密封端盖Ⅱ的盖体下部开有径向的回油孔腔，箅齿密封结构与回油孔腔连通。本发明的减振设计使电机在高转速下稳定可靠地运行；有速度的润滑油喷射，可穿过高速转动引起的气障。
Description
技术领域
本发明涉及高速电机的密封领域，具体为一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构。
背景技术
高速电机由于其转矩密度大、直接驱动、效率高的优点，其在离心式风机、余热发电、微型燃气轮机和飞轮储能有着广泛的应用空间。目前，国外高速电机占电机市场的20%，主要应用于高速压缩机、高速鼓风机及高速水泵等领域，且需求呈快速增长趋势。
高速电机主要有4种支撑方式：滚动轴承配合弹性支承和挤压油膜阻尼器的支撑方式、滑动轴承支撑方式、磁悬浮轴承支撑方式、空气轴承支撑方式。其中空气轴承和磁悬浮轴承造价昂贵，调试周期长，安装尺寸大，而且须同时单独匹配一套控制系统，增加了制造成本。而且一般需要根据机械结构进行一对一的设计，一旦出现故障可能需要对结构和控制系统同时进行设计或者设置调整，专业性强，可操作性低；滑动轴承因油膜失稳问题和温升问题很难达到极高的转速；目前主流的应用方案喷油润滑的滚动轴承配合弹性支承和挤压油膜阻尼器的支撑方式。
如图1所示为其中一种支撑方式，深沟球轴承支撑+滚子轴承支撑，深沟球轴承作为定位轴承，滚子轴承作为承载轴承，两轴承均采用脂润滑和非接触式旋转迷宫密封，防止油脂外逸和杂质进入轴承内部；但是该结构存在一些缺点：深沟球轴承和滚子轴承极限转速低，可用于低转速和重载的场合，滚动体旋转DN值（轴承内径D与转速n的乘积），一般不超过50万，而高速电机常要求DN数在100万以上，所以常规的轴承支撑结构一般不能用于高速；脂润滑通常不能发挥轴承的全部转速潜力，而且轴承内填充的润滑脂在高转速下极有可能从迷宫中飞溅逸出，引发轴承润滑不良，滚动体高速搅动润滑脂也容易造成轴承温升超标。
如图2所示为另一种支撑方式，油浴润滑结构，又称为浸油润滑，是指将轴承下端滚动体的一部分，完全浸入润滑油液中，润滑油通过溢油孔和注油孔缓慢循环并保持一定的高度，随着滚动体的转动为轴承提供油润滑的方式；但是该结构也存在以下缺陷：油浴润滑特别适用于低速，当转速超过一定的程度后，润滑油与轴承的滚动体搅动摩擦加剧，使轴承工作温度升高，加速润滑油老化。
基于上述几种结构所存在的缺陷，需要改进或者重新设计高速电机的喷油润滑密封结构。
发明内容
本发明为了解决高速电机的脂润滑轴承使用时所遇到的润滑与密封问题，提供了一种新型的应用于高速电机的喷油润滑密封结构。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，包括密封端盖Ⅰ、高速主轴轴承以及密封端盖Ⅱ，所述密封端盖Ⅱ卡接于密封端盖Ⅰ的外侧，所述密封端盖Ⅱ通过离心密封套于主轴外侧，所述密封端盖Ⅱ上与离心密封的接触面处还设有箅齿密封结构，所述密封端盖Ⅰ与高速主轴轴承均套于主轴外侧，所述密封端盖Ⅰ上与主轴接触面处也设置有箅齿密封结构，所述密封端盖Ⅰ与高速主轴轴承之间还设置有弹性环阻尼器，所述密封端盖Ⅰ外侧壁开有环形注油槽、同时在盖体上沿径向均布开有多个注油孔，所述注油孔与环形注油槽连通，所述注油孔的出油口设置有喷油嘴；所述密封端盖Ⅰ与密封端盖Ⅱ的盖体下部还开有径向的回油孔腔，所述箅齿密封结构与回油孔腔连通。
本发明所设计的一种新型的应用于高速电机的喷油润滑密封结构，首先该高速电机采用的是高速主轴轴承，一般配置角接触轴承组，该密封结构主要包括密封端盖Ⅰ、高速主轴轴承以及密封端盖Ⅱ，密封端盖Ⅱ卡接于密封端盖Ⅰ的外侧，两者与与离心式密封共同构成了密封结构，密封端盖Ⅱ通过离心密封套于主轴外侧，密封端盖Ⅱ上与离心密封的接触面处还设有箅齿密封结构，此处的箅齿密封结构带有回油孔腔，润滑油可以进入箅齿密封结构，起到润滑作用；密封端盖Ⅰ与高速主轴轴承均套于主轴外侧，密封端盖Ⅰ上与主轴接触面处也设置有箅齿密封结构，此处的箅齿密封结构与前述箅齿密封结构相同，润滑油可进入，起到润滑与密封作用。密封端盖Ⅰ与高速主轴轴承之间还设置有弹性环阻尼器，该阻尼器可以挤压油膜，和轴承润滑油同时供给压力油，不增加额外的设备，就可实现电机的振动大幅度减小，使电机在高转速下稳定可靠地运行。密封端盖Ⅰ外侧壁开有环形注油槽，一般由注油泵向环形注油槽内注油，同时经过在盖体上沿径向均布开的多个注油孔，注油孔与环形注油槽连通，注油孔的出油口设置有喷油嘴，喷油嘴向高速主轴轴承内注射油，若采用泵入式喷油润滑系统，油注入时会有初始速度，可以带速注入。密封端盖Ⅰ与密封端盖Ⅱ的盖体下部还开有径向的回油孔腔，箅齿密封结构与回油孔腔连通，由于转速过高，缺乏散热条件，所以不采用接触式机械密封，而采用了箅齿式附带回油孔的密封结构，油液因重力集于结构底部，最后可以由回油孔腔和管路流入油站。弹性环阻尼器（即油膜阻尼器）油与轴承润滑油采用同一油泵和统一的压力值输入，所有油路均内嵌于轴承室和机座中，不额外增加喷嘴和油管。本发明具体操作为：油泵给密封端盖Ⅰ的环形注油槽内注入压力润滑油，润滑油经过注油孔，喷射入高速主轴轴承的滚动体之间，并建立油膜，实现轴承的良好润滑，只要润滑油不过量，不会引起轴承温升的额外增加；然后弹性环阻尼器和轴承润滑油同时供给压力油，实现了电机的振动大幅度减小，使电机在高转速下稳定可靠地运行。在密封端盖Ⅰ与密封端盖Ⅱ的盖体上均采用了箅齿式附带回油孔腔的密封结构，所以最后油液因重力汇集于结构底部，由回油孔腔和管路流入油站。
优选的，采用泵入式喷油式润滑系统，所述密封端盖Ⅰ的环形注油槽注入润滑油时，润滑油喷油加压和回收冷却油路的电机外部分由油泵和冷却塔提供。
优选的，所述润滑油以15m/s的速度喷射入高速主轴轴承内圈，以便穿过高速转动引起的气障，润滑油量为0.3-0.8L/min，通过电机试验确定润滑的最小油量。
优选的，所述主轴还设置有离心式的甩油环。
优选的，所述喷油嘴的喷油口正对高速主轴轴承的轴承位。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，使用脂润滑轴承可以在高速下可靠运行，无需再设计匹配的油润滑系统或者先进的油气润滑系统；润滑油进入滚动体拥有了一定的初始速度，油液可以穿越高转速轴承形成的气幕屏障，也就可以达到润滑效果；油膜阻尼器油与轴承润滑油采用同一油泵和统一的压力值输入，所有油路均内嵌于轴承室和机座中，不额外增加喷嘴和油管，所有油路均内嵌于轴承室和机座中，不额外增加喷嘴和油管；弹性环阻尼器可以避免弯曲共振，而且增加了轴承外圈挤压油膜的减振设计，使电机的振动大幅度减小，使电机在高转速下稳定可靠地运行。
附图说明
图1和图2为背景技术中的两种支撑方式的结构示意图。
图3为本发明的纵向结构剖视示意图。
图4为本发明的密封端盖Ⅰ的纵向结构剖视图。
图5为本发明的密封端盖Ⅰ的横向结构剖视图。
图中标记如下：1-定子，2-转子，3-滚子轴承，4-迷宫密封，5-深沟球轴承，6-注油孔，7-油液，8-密封端盖Ⅰ，9-环形注油槽，10-高速主轴轴承，11-弹性环阻尼器，12-离心密封，13-密封端盖Ⅱ，14-箅齿密封结构，15-回油孔腔，16-主轴，17-注油孔，18-喷油嘴。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，如图3~图5所示：包括密封端盖Ⅰ8、高速主轴轴承10以及密封端盖Ⅱ13，所述密封端盖Ⅱ13卡接于密封端盖Ⅰ8的外侧，所述密封端盖Ⅱ13通过离心密封12套于主轴16外侧，所述密封端盖Ⅱ13上与离心密封12的接触面处还设有箅齿密封结构14，所述密封端盖Ⅰ8与高速主轴轴承10均套于主轴16外侧，所述密封端盖Ⅰ8上与主轴16接触面处也设置有箅齿密封结构14，所述密封端盖Ⅰ8与高速主轴轴承10之间还设置有弹性环阻尼器11，所述密封端盖Ⅰ8外侧壁开有环形注油槽9、同时在盖体上沿径向均布开有多个注油孔17，所述注油孔17与环形注油槽9连通，所述注油孔17的出油口设置有喷油嘴18；所述密封端盖Ⅰ8与密封端盖Ⅱ13的盖体下部还开有径向的回油孔腔15，所述箅齿密封结构14与回油孔腔15连通。
本实施例中采用了如下优选方案：采用泵入式喷油式润滑系统，所述密封端盖Ⅰ8的环形注油槽9注入润滑油时，润滑油喷油加压和回收冷却油路的电机外部分由油泵和冷却塔提供；所述润滑油以15m/s的速度喷射入高速主轴轴承10的内圈；所述主轴16还设置有离心式的甩油环；所述喷油嘴18的喷油口正对高速主轴轴承10的轴承位。
本实施例具体操作为：泵入式喷油式润滑系统通过油路经油泵给密封端盖Ⅰ8的环形注油槽9内注入压力润滑油，润滑油经过注油孔17，以15m/s的速度喷射入高速主轴轴承10的滚动体之间，并建立油膜，实现轴承的良好润滑，只要润滑油不过量，不会引起轴承温升的额外增加；然后弹性环阻尼器11和轴承润滑油同时供给压力油，实现了电机的振动大幅度减小，使电机在高转速下稳定可靠地运行；弹性环阻尼器（即油膜阻尼器）油与轴承润滑油采用同一油泵和统一的压力值输入。在密封端盖Ⅰ8与密封端盖Ⅱ13的盖体上均采用了箅齿式附带回油孔腔的密封结构，所以最后油液因重力汇集于结构底部，由回油孔腔15和管路流回油站。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，其特征在于：包括密封端盖Ⅰ（8）、高速主轴轴承（10）以及密封端盖Ⅱ（13），所述密封端盖Ⅱ（13）卡接于密封端盖Ⅰ（8）的外侧，所述密封端盖Ⅱ（13）通过离心密封（12）套于主轴（16）外侧，所述密封端盖Ⅱ（13）上与离心密封（12）的接触面处还设有箅齿密封结构（14），所述密封端盖Ⅰ（8）与高速主轴轴承（10）均套于主轴（16）外侧，所述密封端盖Ⅰ（8）上与主轴（16）接触面处也设置有箅齿密封结构（14），所述密封端盖Ⅰ（8）与高速主轴轴承（10）之间还设置有弹性环阻尼器（11），所述密封端盖Ⅰ（8）外侧壁开有环形注油槽（9）、同时在盖体上沿径向均布开有多个注油孔（17），所述注油孔（17）与环形注油槽（9）连通，所述注油孔（17）的出油口设置有喷油嘴（18）；所述密封端盖Ⅰ（8）与密封端盖Ⅱ（13）的盖体下部还开有径向的回油孔腔（15），所述箅齿密封结构（14）与回油孔腔（15）连通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，其特征在于：采用泵入式喷油式润滑系统，所述密封端盖Ⅰ（8）的环形注油槽（9）注入润滑油时，润滑油喷油加压和回收冷却油路的电机外部分由油泵和冷却塔提供。
3.根据权利要求2所述的一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，其特征在于：所述润滑油以15m/s的速度喷射入高速主轴轴承（10）的内圈。
4.根据权利要求1所述的一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，其特征在于：所述主轴（16）还设置有离心式的甩油环。
5.根据权利要求1所述的一种应用于高速电机的喷油润滑密封结构，其特征在于：所述喷油嘴（18）的喷油口正对高速主轴轴承（10）的轴承位。
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