CN116677711B - 具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，涉及可倾瓦轴承技术领域，本发明是基于可倾轴承的基本构造，整合外环件与内环件相互配合形成动态油腔，在可倾轴承正常运行过程中，可倾轴承内部的油膜状态不会被动态油腔进行“主动”影响，动态油腔相对可倾轴承内部为独立区域，根据可倾轴承内部的油膜状态，其油膜状态表示为油膜温度，以油膜温度变化产生的压力变化为前驱参照，使可倾轴承内部的“高温”润滑油渗入到动态油腔中，在保证可倾轴承内部运行稳定的前提下，完成动态油腔内部的润滑油与可倾轴承内部的润滑油的“交替”过程，实现可倾轴承内部润滑油的预冷却过程。

Description

具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块

技术领域

本发明涉及可倾瓦轴承技术领域，具体涉及具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块。

背景技术

可倾瓦块轴承是滑动轴承中的一种液体动压轴承，由若干独立的能绕支点摆动的瓦块组成，可参考公开号为CN111757990A的可倾瓦轴承中提出的技术方案。

可倾瓦块径向轴承承载能力是其内各瓦块承载能力的向量和，且可倾瓦块径向轴承工作原理是借助润滑油膜的流体动压力作用在瓦面和轴颈表面间形成承载油楔，所以可以广泛应用在高速轻载的机械设备中，以高效汽轮机为例，其启动阶段和运行阶段中的转速为3000转左右（具体与进气量有关），高转速的运行状况就面临高摩擦的实际问题，根据摩擦生热的原理，瓦块与机械设备传动杆之间的摩擦不主动参与作功，但是机械能会转换为热能，继而意味着“高转速等于高发热”。

结合上述内容来说，结合摩擦生热的理论公式来说，机械设备传动杆持续旋转时，在“高发热”的状况下，导致润滑油膜温度快速升温，润滑油温度过高会加速润滑油劣化、氧化，降低润滑油的使用寿命，采用外置式的润滑油冷却系统，难以直接作用到瓦块与机械设备传动杆之间位置，使整体可倾瓦轴承位置的温度控制受限，以及存在影响润滑油使用寿命的问题，以及在抽出润滑油介质时，会造成其内部瓦块承载能力失衡。

发明内容

本发明的目的在于提供具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，用于解决当前汽轮机中所使用到的可倾瓦轴承在长期使用过程，外置润滑油冷却系统难以直接作用到瓦块与机械设备传动杆之间位置，使整体可倾瓦轴承位置的温度控制受限。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，包括轴承本体和外置循环组件，所述轴承本体由两个半环组件组成，所述半环组件包括外环件、内环件轴瓦块、密封环片、动楔块和静楔块，所述轴瓦块安装在内环件的内壁位置上，且轴瓦块沿内环件的圆心点呈环形阵列设置，所述密封环片插设在内环件的内壁两侧位置上，所述外环件设置在内环件的外壁位置上，且外环件内壁与内环件外壁之间设置有动态油腔，所述动楔块和静楔块设置在动态油腔中，且动楔块和静楔块沿内环件的圆心点呈环形阵列设置，所述动楔块和静楔块之间呈等间距交错设置，所述内环件上开设有多个透油口，所述透油口的设置位置与轴瓦块位置相匹配，所述动楔块靠近内环件一侧内曲面与动态油腔的内壁曲面之间相接触，所述静楔块靠近内环件一侧内曲面与动态油腔的内壁曲面之间设置有油腔间隙，所述动楔块另一侧内曲面上安装有多个左拨环，所述静楔块另一侧内曲面上安装有多个右拨环，所述轴承本体和外置循环组件之间设置有润滑油循环结构。

进一步设置为：所述动楔块和静楔块内部设置有连接半环，所述连接半环内壁和外壁、动楔块与动态油腔的接触面上均开设有摩擦油腔。

进一步设置为：所述连接半环上开设有多个开口，所述动楔块和静楔块内部开设有对应连接半环的滑腔，所述静楔块靠近连接半环的一侧曲面位置开设有进口，所述动楔块远离连接半环的一侧曲面上开设有多个渗油口。

进一步设置为：所述动楔块上的摩擦油腔设置为抗摩擦位，所述连接半环上的摩擦油腔设置为抗摩擦导流位。

进一步设置为：所述左拨环和右拨环沿竖直方向均呈弯曲弧形状，且左拨环和右拨环的弯曲方向相反。

进一步设置为：其中位于上侧位置上的所述外环件上开设有进液口和出液口。

进一步设置为：所述外置循环组件包括存液罐、循环水泵、冷却器和液体流量调节阀，所述循环水泵的输入管与存液罐内部连通，且循环水泵的输出管与进液口之间连通，所述冷却器设置在循环水泵的输入管上，所述存液罐的进入口与出液口之间连接有支管。

进一步设置为：所述循环水泵外部设置有控制面板，所述液体流量调节阀设置在支管上，所述控制面板用于控制循环水泵的输出功率和液体流量调节阀的流量调节能力。

本发明具备下述有益效果：

1、本发明是基于可倾轴承的基本构造，增设了与内环件相互配合的外环件，外环件在“包裹”内环件的前提下，外环件与内环件之间形成动态油腔，在动态油腔中形成独立于可倾轴承内部的油腔结构，并在动态油腔中增设动楔块和静楔块，在可倾轴承正常运行状态下，动态油腔内部所存放的润滑油不会主动“影响”到可倾轴承内部的油膜状态，反之，则利用可倾轴承正常运行下油膜状态的变化，主要体现在油膜温度，以及油膜温度变化产生的压力变化，根据温度和压力变化，使可倾轴承内部的润滑油渗入到动态油腔中，并且动态油腔内部的润滑油回流到可倾轴承内部，从而完成可倾轴承内部的润滑油“交替”过程，使可倾轴承内保部润滑油混入到动态油腔中，对其进行预冷却。

2、结合上述内容，并增设外置循环组件，其目的是：利用持续工作或间断工作的循环水泵，使动态油腔内部所存放的润滑油处于匀速或者快速流动状态，其目的是：保证动态油腔内部存放的润滑油温度始终处于相对较低的状态，以便于配合“置换”可倾轴承内部润滑油动作，确保“置换”出的润滑油可以得到充分的预冷却动作，在此动作过程，还利用到控制面板通过控制循环水泵的输出功率和液体流量调节阀的流量调节能力，来反向控制动态油腔内部润滑油的流速，更好的配合预冷却动作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块的结构示意图；

图2为本发明提出的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块中轴承本体的结构示意图；

图3为本发明提出的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块中半环组件的结构示意图；

图4为本发明提出的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块中半环组件的拆分图；

图5为本发明提出的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块中外环件部件的剖切图；

图6为本发明提出的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块中轴承本体的剖视图；

图7为本发明提出的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块中动楔块和静楔块部件的剖切图。

图中：1、存液罐；2、冷却器；3、循环水泵；4、控制面板；5、液体流量调节阀；6、外环件；7、内环件；8、密封环片；9、进液口；10、出液口；11、轴瓦块；12、静楔块；13、动楔块；14、连接半环；15、动态油腔；16、透油口；17、油腔间隙；18、开口；19、右拨环；20、进口；21、渗油口；22、左拨环；23、摩擦油腔。

实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

对高效汽轮机中所用的可倾瓦轴承来说，为了配合汽轮机中的高转速，可倾瓦轴承内部的轴瓦块与汽轮机上的传动杆进行高速相对运动，结合摩擦生热的理论公式来说，机械设备传动杆持续旋转时，在“高发热”的状况下，导致润滑油膜温度快速升温，润滑油温度过高会加速润滑油劣化、氧化，降低润滑油的使用寿命，采用外置式的润滑油冷却系统，难以直接作用到瓦块与机械设备传动杆之间位置，使整体可倾瓦轴承位置的温度控制受限，以及存在影响润滑油使用寿命的问题，以及在抽出润滑油介质时，会造成其内部瓦块承载能力失衡，为此提出了如下的技术方案：

参照图1～图7，本实施例中的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，包括轴承本体和外置循环组件，轴承本体由两个半环组件组成，半环组件包括外环件6、内环件7轴瓦块11、密封环片8、动楔块13和静楔块12，轴瓦块11安装在内环件7的内壁位置上，且轴瓦块11沿内环件7的圆心点呈环形阵列设置，密封环片8插设在内环件7的内壁两侧位置上，外环件6设置在内环件7的外壁位置上，且外环件6内壁与内环件7外壁之间设置有动态油腔15，动楔块13和静楔块12设置在动态油腔15中，且动楔块13和静楔块12沿内环件7的圆心点呈环形阵列设置，动楔块13和静楔块12之间呈等间距交错设置，内环件7上开设有多个透油口16，透油口16的设置位置与轴瓦块11位置相匹配，动楔块13靠近内环件7一侧内曲面与动态油腔15的内壁曲面之间相接触，静楔块12靠近内环件7一侧内曲面与动态油腔15的内壁曲面之间设置有油腔间隙17，动楔块13另一侧内曲面上安装有多个左拨环22，静楔块12另一侧内曲面上安装有多个右拨环19，轴承本体和外置循环组件之间设置有润滑油循环结构，动楔块13和静楔块12内部设置有连接半环14，连接半环14内壁和外壁、动楔块13与动态油腔15的接触面上均开设有摩擦油腔23。

运行原理：参照图4、图5和图6，按照可倾瓦轴承的组装顺序将图4中展示的部件组合成半环组件，再将两个半环组件配合汽轮机上的传动杆结构进行组合，在汽轮机启动过程中，每个轴瓦块11与汽轮机上传动杆之间形成油膜，此处不作赘述；

需要说明的是：轴瓦块11设置在内环件7内部，轴瓦块11“包裹”汽轮机上的传动杆，可以理解为轴瓦块11与汽轮机上的传动杆之间形成静态油腔，一部分的润滑油位于静态油腔中，在此基础上，动态油腔15中也会完全充入润滑油，动态油腔15与静态油腔之间为相互独立设置，并且需要说明的是：在静态油腔中，随着汽轮机传动杆持续旋转，可以带动其内部的润滑油进行流动，根据液体动力学的基本原理，在相对静态环境下，两种相同温度的介质之间发生的流动性可以忽略不计，而温度较高的介质向温度较低的介质处流动，所以在理论上，动态油腔15中的润滑油与汽轮机传动杆直接接触，所以动态油腔15内部润滑油介质温度相对较低，反之静态油腔内部的润滑油在摩擦生热的作用下，温度持续上升、压力上升，所以动态油腔15内部的润滑油不会主动影响到静态油腔内部的润滑油，反之则是静态油腔内部的润滑油主动“混入”到动态油腔15中；

上述内容为本实施例的运行基础，在汽轮机传动杆持续旋转时，静态油腔内部的润滑油处于流动且升温的状态，参照图6和图7，静态油腔内部的高热润滑油可以沿着透油口16-进口20-开口18-渗油口21慢慢渗入到动态油腔15中，在此过程中，静态油腔中润滑油首先进入到油腔间隙17中，对一部分的高热润滑油进行保存，该过程中属于静态油腔中润滑油的“泄压”过程，为了确保动态油腔15和静态油腔之间的压力平衡，高热润滑油进入到动态油腔15中后，动态油腔15中的较低温度的润滑油也会回流到静态油腔中，从而完成了动态油腔15与静态油腔内部润滑油的“交替”过程，从而对静态油腔内部的润滑油起到预冷却的作用。

实施例二

本实施例结合实施例一中的动楔块和静楔块，作出如下的补充说明：

连接半环14上开设有多个开口18，动楔块13和静楔块12内部开设有对应连接半环14的滑腔，静楔块12靠近连接半环14的一侧曲面位置开设有进口20，动楔块13远离连接半环14的一侧曲面上开设有多个渗油口21，动楔块13上的摩擦油腔23设置为抗摩擦位，连接半环14上的摩擦油腔23设置为抗摩擦导流位。

运行原理：如实施例一所示，动楔块13作为直接接触动态油腔15的主体结构，动楔块13是在外环件6和内环件7之间进行相对转动，对此需要说明的是：两个物体之间的接触呈完全光滑的状态，并非意味着摩擦力较低，反之通过在动楔块13上开设多个摩擦油腔23，摩擦油腔23与外环件6和内环件7接触过程中形成细微的空腔，用来存放润滑油，此过程中的动楔块13与外环件6和内环件7接触过程中的摩擦力较低，从而降低动楔块13的摩擦损伤；

同理，连接半环14上同步开设摩擦油腔14，在起到降低连接半环14与动楔块13、静楔块12之间的摩擦力的前提下，还起到对润滑油的导流作用，以配合实施例一所描述的：静态油腔中的润滑油流入到动态油腔15中，高热润滑油首先保存在油腔间隙17中，并在动楔块13和静楔块12同步旋转时，其中的连接半环

本实施例需要主要介绍的是：以附图6所示，若汽轮机中传动杆以顺时针旋转，从而静态油腔中的润滑油呈现顺时针的环形流动方向，在此过程中，需要利用到实施例一中的技术内容，通过外置循环组件，向动态油腔15中充入温度较低的润滑油，并且可以通过切换润滑油的充入方向，确保动态油腔15中的润滑油以逆时针方向进行环形流动，动楔块13和静楔块12同时进行逆时针旋转，连接半环14也会进行“协动”旋转，在进口20-开口18之间相互重合时，保存在油腔间隙17中的高热润滑油再沿着渗油口21渗出到动态油腔15中，但是为了维持可倾轴承内部润滑油压力平衡，动态油腔15中较低温度的润滑油也会沿着渗油口21回流到油腔间隙17中。

本实施例是对实施例一中的外置循环组件进行解释说明：

外置循环组件包括存液罐1、循环水泵3、冷却器2和液体流量调节阀5，循环水泵3的输入管与存液罐1内部连通，且循环水泵3的输出管与进液口9之间连通，冷却器2设置在循环水泵3的输入管上，存液罐1的进入口与出液口10之间连接有支管，左拨环22和右拨环19沿竖直方向均呈弯曲弧形状，且左拨环22和右拨环19的弯曲方向相反，其中位于上侧位置上的外环件6上开设有进液口9和出液口10，循环水泵3外部设置有控制面板4，液体流量调节阀5设置在支管上，控制面板4用于控制循环水泵3的输出功率和液体流量调节阀5的流量调节能力。

运行原理：本实施例以实施例一和实施例二中的技术内容作为前驱参数，本实施例中的技术内容为后驱动作，具体表现为：参照图1，为了确保动态油漆15内部的润滑油始终处于充沛的状态，所以也需要限制整体外置循环组件内部润滑油的流动总量，所以在外置循环组件启动时，以循环水泵3将存液罐1中储存的润滑油抽入到动态油腔15中，从而通过左拨环22和右19带动动楔块3和静楔块进行定向旋转，且动态油腔15的润滑油还会通过出液口10回流到存液罐1中，从而实现外置循环组件的循环平衡，并且回流的润滑油还会经过冷却器2进行进一步降温处理；

以上述内容为基础，需要再次说明的：随着汽轮机的持续运作，可倾轴承中静态油腔中的润滑油温度持续上升，为此就需要加快动态油腔15中润滑油的流速速度，促使动态油腔15与静态油腔中润滑油的“交替”过程，相反，在静态油腔中润滑油温度较低时，可以维持循环水泵3的输出功率，降低液体流量调节阀5的流量开度，从而起到降低动态油腔15内部润滑油流动速度的目的，降低动态油腔15与静态油腔中润滑油的“交替”效果，此外，还可以通过维持液体流量调节阀5的流量开度，通过增加或降低循环水泵3的输出功率，来改变动态油腔15与静态油腔中润滑油的“交替”效果。

综上所述：基于可倾轴承的基本构造，整合外环件与内环件相互配合形成动态油腔，在可倾轴承正常运行过程中，可倾轴承内部的油膜状态不会被动态油腔进行“主动”影响，动态油腔相对可倾轴承内部为独立区域，根据可倾轴承内部的油膜状态，其油膜状态表示为油膜温度，以油膜温度变化产生的压力变化为前驱参照，使可倾轴承内部的“高温”润滑油渗入到动态油腔中，在保证可倾轴承内部运行稳定的前提下，完成动态油腔内部的润滑油与可倾轴承内部的润滑油的“交替”过程，实现可倾轴承内部润滑油的预冷却过程。

以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，包括轴承本体和外置循环组件，其特征在于，所述轴承本体由两个半环组件组成，所述半环组件包括外环件（6）、内环件（7）、轴瓦块（11）、密封环片（8）、动楔块（13）和静楔块（12），所述轴瓦块（11）安装在内环件（7）的内壁位置上，且轴瓦块（11）沿内环件（7）的圆心点呈环形阵列设置，所述密封环片（8）插设在内环件（7）的内壁两侧位置上，所述外环件（6）设置在内环件（7）的外壁位置上，且外环件（6）内壁与内环件（7）外壁之间设置有动态油腔（15），所述动楔块（13）和静楔块（12）设置在动态油腔（15）中，且动楔块（13）和静楔块（12）沿内环件（7）的圆心点呈环形阵列设置，所述动楔块（13）和静楔块（12）之间呈等间距交错设置，所述内环件（7）上开设有多个透油口（16），所述透油口（16）的设置位置与轴瓦块（11）位置相匹配，所述动楔块（13）靠近内环件（7）一侧内曲面与动态油腔（15）的内壁曲面之间相接触，所述静楔块（12）靠近内环件（7）一侧内曲面与动态油腔（15）的内壁曲面之间设置有油腔间隙（17），所述动楔块（13）另一侧内曲面上安装有多个左拨环（22），所述静楔块（12）另一侧内曲面上安装有多个右拨环（19），所述轴承本体和外置循环组件之间设置有润滑油循环结构。

2.根据权利要求1所述的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，其特征在于，所述动楔块（13）和静楔块（12）内部设置有连接半环（14），所述连接半环（14）内壁和外壁、动楔块（13）与动态油腔（15）的接触面上均开设有摩擦油腔（23）。

3.根据权利要求2所述的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，其特征在于，所述连接半环（14）上开设有多个开口（18），所述动楔块（13）和静楔块（12）内部开设有对应连接半环（14）的滑腔，所述静楔块（12）靠近连接半环（14）的一侧曲面位置开设有进口（20），所述动楔块（13）远离连接半环（14）的一侧曲面上开设有多个渗油口（21）。

4.根据权利要求2所述的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，其特征在于，所述动楔块（13）上的摩擦油腔（23）设置为抗摩擦位，所述连接半环（14）上的摩擦油腔（23）设置为抗摩擦导流位。

5.根据权利要求1所述的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，其特征在于，所述左拨环（22）和右拨环（19）沿竖直方向均呈弯曲弧形状，且左拨环（22）和右拨环（19）的弯曲方向相反。

6.根据权利要求1所述的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，其特征在于，其中位于上侧位置上的所述外环件（6）上开设有进液口（9）和出液口（10）。

7.根据权利要求1所述的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，其特征在于，所述外置循环组件包括存液罐（1）、循环水泵（3）、冷却器（2）和液体流量调节阀（5），所述循环水泵（3）的输入管与存液罐（1）内部连通，且循环水泵（3）的输出管与进液口（9）之间连通，所述冷却器（2）设置在循环水泵（3）的输入管上，所述存液罐（1）的进入口与出液口（10）之间连接有支管。

8.根据权利要求7所述的具有预冷却功能的高效汽轮机用可倾瓦轴承模块，其特征在于，所述循环水泵（3）外部设置有控制面板（4），所述液体流量调节阀（5）设置在支管上，所述控制面板（4）用于控制循环水泵（3）的输出功率和液体流量调节阀（5）的流量调节能力。