CN1942684B - 具有改进轴承润滑的机器 - Google Patents

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Abstract

一种具有改进轴承润滑的机器，所述机器主要由外壳(2)和轴(6)上设置的转子(5)构成，轴(6)通过油润滑轴承(7)以旋转方式配设在上述外壳(2)中，藉此，在外壳(2)内部，配设了润滑管道(14)以来回向轴承(7)供给和释放油，其特征在于，它配设有冷却通道(21，15)以供给和释放冷却剂，所述冷却通道(21，15)与轴(6)相对在转子(5)和上述轴承(7)之间的位置上敞口。

Description

具有改进轴承润滑的机器
本发明涉及具有改进轴承润滑的机器。
更特别地，本发明涉及具有改进轴承润滑的机器，该机器主要由外壳和配设在轴上的转子构成，所述轴通过油润滑轴承以可旋转方式配设在上述外壳中。
已知几种用于润滑这种轴承的方法，例如油浴润滑、油循环系统、喷油润滑、油滴方法、油雾润滑和所谓的少油润滑。
根据应用，会选择特定的润滑方法，藉此很重要的一点是找出如下的平衡：一方面有足够的油用来聚集以保证在滚动元件和轴承环之间不存在接触，另一方面不容许存在比严格所需更多的油以避免附加的轴承损失，而这还会造成轴承温度升高。
例如在螺旋压缩机的情况下，这就会造成一个问题，即由于压缩生成热，所以转子被加热，并且相关转子的这种加热经由转轴和该转轴的轴承散发到环境中，因此轴承就被加热。
电动机和发电机也会出现这种现象，藉此轴承被经由转轴的热损失而加热。
轴承的这种加热会导致过早的磨损，更特别地是辊子元件和轴承的轴承环的过早磨损，因为升温对润滑油的粘度有负面影响，并且该粘度不足以按照足够的方式聚集润滑膜。
为了避免这种问题，目前是将过量的油导向轴承，藉此该油用作轴承的冷却液体，因此轴承的温度可以保持在所需极限内。
然而，油的所述过量使用是不利的，因为随着轴承中出现的油的转动，会存在附加的不希望的轴承损失，并且该轴承损失在高旋转速度时会变得特别明显，这会同样导致轴承的低效率，并因此导致机器总体上的低效率。
尤其是在非常紧凑的高速电动机的情形下，会发生所述现象，因为由于电机轴中的机械和电损失导致的热量仅能经由有限的表面耗散。
轴承被加热的另一个缺点是轴承罩通常必须由耐高温的特殊材料制成，而这种材料很昂贵。
当使用具有角接触的球轴承时，轴承损失的问题会由于该类轴承的泵送操作而进一步提高。
GB 595.346描述了一种涡轮机或压缩机形式的机器，该机器设置有通过油雾润滑的轴承。进一步所述的GB 595.346描述了分开的冷却回路的存在，冷却回路使用空气或气体来冷却机器的轴。
这种已知机器的缺点是它们很复杂并且需要完全分开的回路用于轴的冷却和轴承的润滑。而且，空气或气体冷却不足以冷却轴和实现机器的适当功能和长的寿命。
从US6,579,078中已知一种离心压缩机，该离心压缩机由高速电动机驱动并且轴承安装在外壳中，藉此，滑动轴承的润滑油也用来冷却轴承。
US6,579,078的基本思想是将冷却油导引通过滑动轴承以冷却和润滑轴承并且使用过量的油进入轴承以流动到轴上并且因此冷却后者。
轴承的过量润滑导致另外的紊流损失，并且此外冷却油还在该轴承中被加热，因此由所述油冲洗的轴将更低效地冷却。
然而，这些附加的冷却方法效率不高并且需要附加的措施，在这种情形下为压缩空气注射，从而避免进入转子和定子之间的空间。本发明旨在改正一个或几个上述和其它缺点。
为此，本发明涉及具有改进轴承润滑的机器，该机器主要由外壳和轴上配设的转子构成，该轴通过油润滑轴承以可旋转方式配设在上述外壳中，藉此在外壳中配设了润滑管道以向轴承来回供给和释放油，并且藉此它配设有冷却通道以供给和释放冷却剂，该冷却通道在转子和上述轴承之间与轴相对敞口并且藉此上述冷却通道连接到上述润滑管道上。
本发明的优点是不必将过量的油发送至轴承以冷却轴承，因此油的该数量可以优化以聚集足够的润滑膜，这样就会很强烈地降低轴承损失。
另一个优点是由于冷却剂直接注射在轴上，所以从转子到轴承的热流动就会中断，因此就会有减小的热流流向轴承，同样由此还会延长轴承的寿命，因为油的粘度不会受到轴承温度的影响。
轴承较低温度的附加优点是标准的轴承罩可以用于轴承，因此可以降低轴承的成本价格。
依照本发明的这种机器的另一个优点是润滑油还充当轴的冷却剂，这允许机器的结构紧凑、相对廉价并且简单，因为它不需要存在分开的回路。
依照本发明的优选特征，转轴与冷却通道相对配设了一个或几个凹槽。
这提供了冷却剂和轴之间的接触表面增大的主要优点，这会相当大地改进轴的冷却。
在一个优选实施例中，上述冷却通道延伸穿过垫片，该垫片在上述凹槽的两侧设置有指向该轴的密封唇。
其优点是不必采取附加的措施就可以防止油进入转子和定子之间。
在大多数优选实施例中，还会在其中冷却液体注射到上述轴和轴承上的位置之间配设热屏障，藉此该热屏障由不良热导体的材料层构成。
这样，就将从轴流向轴承的热量最小化，并且可以延长轴承的寿命。
如果具有改进轴承润滑的机器是电动机或发电机，冷却通道在密封外壳的轴承盖中延伸，并且电线圈的绕组端部包装在导热材料中，例如导热糊或环氧或硅树脂，导热材料围绕端部喷射并且与上述轴承盖接触。
通过向轴承板提供冷却，还可以沿轴向方向从绕组端部散热，这对封闭的永磁电动机至关重要。
为了更好地解释本发明的特征，将参照附图将具有依照本发明的改进轴承润滑的机器的下列优选实施例仅仅作为一个实例进行描述，其中：
图1是形式为电动机的机器的一部分的剖面图，它配设有依照本发明的改进轴承润滑；
图2至5表示依照图1的具有改进的轴承润滑的电动机的变体。
图1表示电动机1的一部分，更特别地是这样一个电动机1的轴端，它主要包括外壳2，外壳2具有护套3，护套3通过轴承盖4密封在所示的远端。
在上述外壳2中在轴6上配设了转子5，轴6通过轴承7以旋转方式配设在上述外壳2中，轴承7配设在上述轴承盖4中所示的另一个远端处。
在这种情形下，每个轴承7包括内环8和外环9，在它们中间设置有辊子元件10，且在这种情形下为球。
在轴承7之间配设了间隔套11，间隔套11由两个同心环12和13构成，其中内环12配设在轴6上并且外环13配设在轴承盖4上。
在轴承盖4中还配设了润滑管道14和分开的冷却通道15，藉此每个润滑管道14经由间隔套11的上述外环13中的开口16敞口，并且在空间17中与内环12相对，空间17在上述轴承7之间轴向延伸并且在间隔套11的上述同心环12和13之间径向延伸。
围绕轴6配设了垫片18，垫片18设置有压在上述轴承盖4上的直立的侧壁19并且设置有指向轴6的两个密封唇20，密封唇20连接到轴6上且具有非常小的间隙并且位于彼此相距一段距离处。
在上述垫片18中还在上述密封唇20之间并且在转子5和上述轴承7之间的位置中配设了通道21，通道21具有对着轴6的开口。
轴承盖4中的上述冷却通道15连接到垫片18的通道21上并且因此形成单个连续的冷却通道15，21。
在上述密封唇20之间，在轴6中设置了与垫片18的通道21相对的凹槽22。
上述冷却通道21优选依照轴6的旋转方向在轴6上它们的出口处沿切向指向轴6。
上述润滑管道14是传统润滑管路23的一部分，这以图中的虚线表示并且设置有具有润滑油的贮存器24和液压泵25。
上述冷却通道15，21在这种情形下是冷却回路26的一部分，冷却回路26还包括冷却设备27，其远离液压泵25和贮存器24。
在轴承盖4中在底部设置了通道28，通道28连接到外壳2的内部空间。
这种具有改进轴承润滑的电动机1的工作非常简单并且如下所述。
当电动机1启动时，转子5被驱动并且转轴6的轴承7通过润滑管路23润滑，藉此泵25从贮存器24中吸出润滑油并且将该润滑油经由润滑管道14和轴承7之间的空间17指向轴承7。
润滑油输送因此能够以很大的精确性调节，这样润滑膜就聚集至期望的程度。
当冷却回路26中的泵25打开时，在这种情形下，冷却油从贮存器24中吸入并且经由冷却设备27和第一冷却通道15，21而在密封唇20之间注射到轴6上。
冷却油优选依照对轴6的旋转方向而注射。
在轴6中与冷却通道21，15相对配设的凹槽22确保轴6和冷却油之间的热交换表面扩大，并且因此提高从轴6传递至冷却油的热量。
接下来，加热的冷却油经由第二冷却通道21，15被运回贮存器24。
由于轴6和密封唇20之间仅存在很小的间隙，所以仅有少量的润滑油泄漏到外壳2的内部空间中。泄漏到该空间中的有限数量的冷却油经由轴承盖4中的通道28释放。
因为润滑油仅仅用来润滑并且不会冷却轴承7，所以可以限制润滑油的输送，这样轴承损失就会极大地减少并且轴承7中的温度也会受到限制，因此也会延长轴承7的寿命。
还可以使用除冷却油之外的另一种冷却剂来冷却轴6，例如使用水或冷却空气。
图2表示具有依照本发明的改进轴承润滑的电动机1的变体，藉此轴承盖4中的冷却通道15连接到润滑管道14上。
因此仅仅提供了一个液压回路29，且润滑油通过该液压回路运送。另外，工作与上述实施例相似。
图3表示图2的变体，藉此在这种情形下，轴6在轴6的冷却部分和轴承7之间设置有热桥30，藉此轴6由几个部分制成，即轴承安装部分31和非轴承安装部分32，藉此热桥30由环33构成，环33由热绝缘材料例如陶瓷材料制成，且环33配设在上述轴承安装部分31和非轴承安装部分32之间。
由热绝缘材料制成的环形33可以确保阻止热量由转子5经由轴6流向轴承7，或者并非部分地，这样轴承7中的温度就会受到限制并且通过轴承7输送的油就会减少并且可以防止轴承损失。
图4表示依照图3的实施例的变体，藉此，在这种情形下，热桥30由衬套34构成，衬套34由热绝缘材料制成，并且配设在轴6和轴承7之间。
同样在这种情形下，会由于存在绝缘衬套34而限制从轴6流向轴承7的热量。
图5表示具有依照本发明的改进轴承润滑的电动机1的另一个实施例。
与图2相比，在本实施例中，在轴承盖4中配设了另外两个冷却通路35，它们连接到上述轴承盖4中的环形冷却空间36上。轴承盖4的这些附加的冷却通路35可以例如也连接到润滑管道14和冷却通道15上。
在给出的实例中，电动机1是具有电线圈37的电动机，电线圈37的绕组端部38在远端围绕有导热和电绝缘材料39，例如导热糊，导热糊剂围绕上述绕组端部38喷射以填充绕组端部38与外壳2之间的空间，藉此该材料特别地与轴承盖4接触。
在这种情形下，电线圈37的热量经由绕组端部38和导热材料39传递到外壳2上。
冷却流体通过附加的冷却通路35并且通过封闭的环形冷却空间36导引，它提供用来冷却外壳2，尤其是轴承盖4并且尤其是绕组端部38。
通过附加的冷却通路35导引的冷却剂提供用于从轴承盖4并且特别是从绕组端部38的轴向热耗散，藉此该热耗散是或者可以是电动机或发电机的传统径向护套冷却的补充。
附加的冷却通路35还可以确保来自轴承7的通过热传导流到轴承盖4的热量通过附加冷却通路35中的冷却剂耗散，因此可以排除通过润滑油对轴承7的直接冷却，因此，可以降低轴承损失。
很清楚，作为通过附加的冷却通路35导引的冷却流体，可以使用冷却油、水或任意其它适当的冷却液，但是也可以使用气体冷却轴承盖4。
当然，不能排除应用上述特征的组合以获得轴承7的最佳冷却，并且可以将通过轴承7输送的润滑油限制为以足够的方式聚集润滑膜所需的非常少的程度。
此外，本发明不仅可以应用到电动机1上，而且可以应用到任意其它机器上，只要该机器设置有一个或几个油润滑轴承，例如发电机和压缩机。
本发明决不限于作为实施例并且在附图中所示的实施例；与此相反，具有依照本发明的改进轴承润滑的这种机器可以制造得具有各种形状和尺寸而仍然留在本发明的范围中。

Claims (14)

1.一种具有改进轴承润滑的机器，所述机器由外壳(2)和轴(6)上设置的转子(5)构成，轴(6)通过油润滑轴承(7)以旋转方式配设在上述外壳(2)中，藉此，在外壳(2)内部，配设了润滑管道(14)以来回向轴承(7)供给和释放油，其特征在于，它配设有冷却通道(21，15)以供给和释放冷却剂，所述冷却通道(21，15)在转子(5)和上述轴承(7)之间的位置上具有对着轴(6)的开口，并且上述冷却通道(21，15)连接到上述润滑管道(14)上。
2.如权利要求1所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述轴(6)在与冷却通道(21，15)相对的上述位置上设置有一个或几个凹槽(22)。
3.如权利要求2所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述冷却通道(21，15)延伸穿过垫片(18)，所述垫片(18)围绕轴(6)设置，所述垫片(18)在上述凹槽(22)的两侧上设置有指向轴(6)的密封唇(20)。
4.如权利要求3所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，上述密封唇(20)和轴(6)之间的间隙非常小。
5.如权利要求3所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，上述冷却通道(21，15)在上述密封唇(20)之间敞口。
6.如权利要求5所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，上述冷却通道(21，15)在它们在轴(6)上的出口处切向指向轴(6)。
7.如权利要求6所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述冷却通道(21，15)定向成它们依照对轴(6)的旋转方向而注射冷却剂。
8.如权利要求1所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述轴(6)由轴承安装部分(31)和非轴承安装部分(32)形成。
9.如权利要求8所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述轴(6)具有热桥(30)，热桥(30)由热绝缘材料制成的环(33)形成，且所述环(33)配设在上述轴承安装部分(31)和非轴承安装部分(32)之间。
10.如权利要求8所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述轴(6)具有热桥(30)，所述热桥(30)由热绝缘材料制成的衬套(34)形成，且所述衬套(34)配设在所述轴承安装部分(31)和轴承(7)之间。
11.如权利要求1所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述润滑管道(14)和冷却通道(21，15)配设在作为外壳(2)的一部分的轴承盖(4)中。
12.如权利要求11所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，上述轴承盖(4)设置有冷却通路(35)。
13.如权利要求12所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，所述润滑管道(14)、轴(6)的冷却通道(21，15)和轴承盖(4)的冷却通路(35)彼此连接。
14.如权利要求11所述的具有改进轴承润滑的机器，其特征在于，在所述机器为具有带绕组端部(38)的电线圈(37)的电动机(1)或发电机的情形下，所述电线圈(37)的绕组端部(38)装在与上述轴承盖(4)接触的导热材料(39)中。
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