CN217682423U - 卧式离心泵的轴承组合 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种卧式离心泵(1)的轴承组合，包括用于支承泵轴(10)的泵侧轴承和联轴器侧轴承，所述离心泵的叶轮抗扭地固定在从所述泵侧轴承悬伸出的所述泵轴(10)上，所述泵侧轴承和所述联轴器侧轴承中的一个被设计为游动端(20)，另一个被设计为固定端(30)，其特征在于，所述游动端(20)具有圆柱滚子轴承和深沟轴承中的至少一个，所述固定端(30)包括四点接触轴承(310)和主要承受径向力的轴承(320)。

Description

卧式离心泵的轴承组合

技术领域

本实用新型涉及一种卧式离心泵的轴承组合，尤其是用于高扬程卧式离心泵的轴承组合。

背景技术

对于高扬程泵，传统方案往往存在问题。采用高转速的泵时，所需要的泵口径较小，与采用低转速的泵的工况相比，高转速的泵由于泵型相对较小而有较大的成本优势，但由于转速高而往往存在轴承温度高、轴承寿命低、泵的振动和噪音大等问题。因此，实际情况下，为降低轴承温度，常常需要采用外部冷却的方式，对客户现场的安装使用造成不便。例如，降低轴承温度可以采用循环水冷却的方式，但在部分工况下，冷却水无法提供或难以提供。

相比之下，采用低转速的泵可以解决轴承温度高、振动和噪音大的问题。但是在同等工况下，与高转速的泵相比，低转速的泵的口径和型号要大很多，因此泵的造价更高，电机的价格也相应地更高。同时，客户现场的基础、管路等都需相应地增大，即，在各个方面都将造价大大提高，因此相对于高转速的泵来说，低转速的泵的性价比很低。

离心泵的实际载荷主要由叶轮产生的轴向力和径向力组成。卧式安装的端吸泵往往采取两组轴承布置的悬臂安装形式，即叶轮安装在有两组轴承支撑的悬臂上(外伸梁)。

高转速的情况下，离心泵的叶轮运行产生的轴向力和径向力相比低转速要大很多。即轴承需承受更大的载荷，因而对轴承的选型布置有更高的要求。

图1示意地示出了泵轴的外伸梁模型，其中示出了叶轮运行产生的轴向力F_a，径向力为F_r以及泵侧轴承上的径向力F_r_A和联轴器侧轴承上的径向力F_r_B。图1示意地示出了泵侧(即靠近叶轮的)轴承的位置A和联轴器侧(远离叶轮的)轴承的位置B以及叶轮的位置C。位置A与位置B的距离为l，位置A与C的距离为a。根据下面的外伸梁反力计算公式可得出泵侧轴承上的径向力F_r_A和联轴器侧轴承上的径向力F_r_B：

根据轴承布置方式的不同，可以由泵侧轴承和/或联轴器侧轴承承受叶轮运行产生的轴向力F_a。承受轴向力的轴承为固定端，不承受轴向力的轴承为游动端。

在用于离心泵中时，不同轴承在承载和摩擦热方面具有不同的特点：圆柱滚子轴承相比于球轴承可以承受较大的径向力，部分型号还可以承受较小的轴向力。但因滚子是线摩擦，其运行时产生的摩擦热远大于同转速下的球轴承，因此，在卧式离心泵的应用中，往往仅用作位置A的泵侧轴承，用于承受较大的径向力F_r_A，即作为游动端，不承受轴向力。

角接触球轴承在卧式离心泵的应用中往往配对安装使用(面对面或背对背配置)，因单列角接触球轴承只能承受一个方向的载荷。在配对安装使用的情况下，角接触球轴承可承受正反两个方向的轴向力和一定的径向力。相对于圆柱滚子轴承，其在相同的转速下运行时产生的摩擦热较小，但对径向力的承载能力也相应更小。其在F_a/F_r≥1的情况下才能运行在最佳的滚动状态，否则会影响轴承的使用寿命，因而不利于在卧式离心泵的通用化设计。

四点接触轴承属于径向单列角接触球轴承，特殊设计的滚道使其能承受两个方向的轴向载荷。四点接触轴承占用的轴向空间小，相对于普通的角接触轴承，有更高的轴向承载能力。

深沟球轴承(单列)的承载能力和摩擦热与角接触球轴承类似，因而在卧式离心泵的应用中，往往用于游动端轴承，承受较小的径向力(F_r_B)。圆锥滚子轴承可以同时承受较大的轴向和径向载荷，但其摩擦热相对于球轴承大很多，且价格也很高，因此在卧式离心泵中较少使用。

因此，在卧式离心泵的应用中，轴承布置通常采用下列三种技术方案：

方案1.在位置A采用圆柱滚子轴承作为泵侧轴承，在位置B采用一对角接触球轴承(组合)作为联轴器侧轴承，其中，泵侧轴承为游动端，仅承受径向力F_r_A，而联轴器侧轴承为固定端，用于承受径向力F_r_B和轴向力F_a。这种轴承布置的缺点在于，位置B的一对角接触球轴承组合作为固定端同时承受轴向和径向载荷，在通用化设计的轴承架组合中很难保证所有工况下，两个轴承都在最佳的滚动状态下(F_a/F_r≥1)，例如，对于不同叶轮形式，轴向力的大小和方向可能不同，对于不同泵型，在同等转速下径向力可能不同，因而可能在发热量和轴承寿命上产生不利影响。

方案2.在位置A采用一对角接触球轴承(组合)作为泵侧轴承，在位置B采用一个深沟球轴承作为联轴器侧轴承，其中，泵侧轴承为固定端，用于承受径向力F_r_A和轴向力F_a，而联轴器侧轴承为游动端，仅承受径向力F_r_B。与前述方案1相比，方案2在转子的稳定性方面更优，因为背对背配置的角接触球轴承作为位置A的泵侧轴承具有更高的刚性，且可以承受倾覆力矩。但其缺点在于，与方案1一样，很难保证两个轴承在最佳的滚动状态。与方案1相比，位置A的泵侧轴承和位置B的联轴器侧轴承可承受的径向力也相对较低，不利于重载情况下使用。

方案3.在位置A采用圆柱滚子轴承作为泵侧轴承，在位置B采用一对圆锥滚子轴承(组合)作为联轴器侧轴承，其中，泵侧轴承为游动端，仅承受径向力F_r_A，而联轴器侧轴承为固定端，用于承受径向力F_r_B和轴向力F_a。处于发热量方面的考虑，方案3仅适用相对较低转速的大泵，因为大泵运行时产生的轴向力和径向力更大，但转速相对来说比较低，否则，其轴承的发热量将会远远高于上述方案1和方案2。

图2A和图2B示意性地示出了以角接触轴承作为固定端130的现有技术的不同实施形式，图2A的固定端130为泵侧轴承，游动端120为深沟轴承，对应于上文中的方案2。图2B的固定端130为联轴器侧轴承，游动端120为圆柱滚子轴承，对应于上文中的方案1。

因此，无论现有技术中的上述任何一种技术方案，都并不具有适合于高扬程泵的特点。高扬程泵往往叶轮直径大、转速高，相对于中等及轻载设计来说，高扬程泵有更高的轴向力和径向力载荷。上述方案均不满足或不是用于高扬程泵的最优技术方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种卧式离心泵的轴承组合，包括用于支承泵轴的泵侧轴承和联轴器侧轴承，所述离心泵的叶轮抗扭地固定在从所述泵侧轴承悬伸出的所述泵轴上，所述泵侧轴承和所述联轴器侧轴承中的一个被设计为游动端，另一个被设计为固定端，其中，所述游动端具有圆柱滚子轴承和深沟轴承中的至少一个，所述固定端包括四点接触轴承和主要承受径向力的轴承。

上述“主要承受径向力”意指该轴承从功能上设计为不承受或基本上不承受轴向力，在根据本实用新型的优选的实施形式中，固定端的主要承受径向力的轴承是深沟轴承或圆柱滚子轴承。

游动端可以是圆柱滚子轴承或者深沟轴承，也可以既有圆柱滚子轴承又有深沟轴承(尽管组合使用圆柱滚子轴承和深沟轴承从减少零件数量的角度并不是优选的)。这两种轴承都不用于承受轴向力，因而适于单独或组合布置在游动端。

在这种卧式离心泵的轴承组合中，四点接触轴承用于双向承受轴向力，而固定端承受径向力的轴承与游动端共同分担径向力。因此，相比于仅以游动端的深沟轴承或圆柱滚子轴承和固定端的角接触轴承共同承受径向力的现有技术方案，固定端增加了承受径向力的轴承与功能类似于双列角接触轴承的四点接触轴承；同时，也降低了对于四点接触轴承的设计要求，使四点接触轴承的设计可以仅考虑轴向力。

采用四点接触轴承的优点在于，其紧凑的单列滚珠设计，可承受双向的轴向载荷，且承受能力强于普通的角接触轴承。作为固定端轴承，在相比于成对布置的角接触轴承节约安装空间的同时，其运行的摩擦热量也更小。有利于提高泵运行的稳定性和轴承寿命。本实用新型的的卧式离心泵的轴承组合中能够采用四点接触轴承的原因在于，固定端同时还布置了承受径向力的轴承来独立承担该位置的径向力。

根据本实用新型的卧式离心泵的轴承组合的一种实施形式，游动端是所述泵侧轴承而固定端是联轴器侧轴承。替代的是，也可以将游动端布置为联轴器侧轴承而固定端是泵侧轴承。

根据上文中对于泵侧轴承(位置A)与联轴器侧轴承(位置B)的径向力分析，泵侧轴承力臂短，具有较大的径向力，联轴器侧力臂长，具有较小的径向力。因此，当游动端布置在联轴器侧时，即便选用圆柱滚子轴承，也可以因所受径向力较小而选择较小尺寸的圆柱滚子轴承，从而降低线摩擦产生的热量。

固定端的四点接触轴承和承受径向力的轴承(例如深沟轴承、圆柱滚子轴承)的相对位置可以任意选择。既可以将四点接触轴承布置得比主要承受径向力的轴承更靠近离心泵的叶轮，也可以将四点接触轴承布置得比主要承受径向力的轴承更远离离心泵的叶轮。

附图说明

图1示意地示出了泵轴的外伸梁模型，其中示出了叶轮运行产生的轴向力F_a，径向力为F_r以及泵侧轴承上的径向力F_r_A和联轴器侧轴承上的径向力F_r_B；

图2A和图2B示意性地示出了以角接触轴承作为固定端的现有技术的不同实施形式，固定端分别为泵侧轴承和联轴器侧轴承；

图3示意地示出了根据本实用新型的卧式离心泵的一种实施形式，其中固定端布置有深沟轴承和四点接触轴承；

图4示意地示出了根据本实用新型的卧式离心泵的一种实施形式，其中固定端布置有圆周滚子轴承和四点接触轴承；

图5示意地示出了根据本实用新型的卧式离心泵的一种实施形式，其中固定端为泵侧轴承。

具体实施方式

图3示意地示出了根据本实用新型的卧式离心泵1的轴承组合一种实施形式，其中固定端30布置有深沟轴承320和四点接触轴承310，游动端20为圆柱滚子轴承。此时，固定端30的深沟轴承320仅承担固定端一侧的径向载荷。

在图3的实施形式中，深沟轴承320承受径向力、不承受轴向力的轴承，布置在比四点接触轴承310更加靠近叶轮的位置。这有利于在轴向上固定四点接触轴承310，使后者的外圈可以直接被轴承压盖和轴承箱体的凸台夹紧，因而是优选的。不过，显然也可以将深沟轴承320和四点接触轴承310在泵轴10上的位置相互调换，也能够使卧式离心泵1的轴承组合实现同样的承受力的效果，尽管这会带来轴承安装和固定方面的复杂性。

图4示意地示出了根据本实用新型的卧式离心泵1的一种实施形式，其中固定端30布置有圆柱滚子轴承320和四点接触轴承310。图4中游动端20为泵侧轴承，同样布置的是圆柱滚子轴承，而固定端30则为联轴器侧轴承。

图5示意地示出了根据本实用新型的卧式离心泵1的一种实施形式，其中固定端30为泵侧轴承，而游动端20则相应地为联轴器侧轴承。同样地，泵侧轴承作为固定端30具有圆柱滚子轴承320和四点接触轴承310，它们的位置也可以与图5所示相反地对调，不过轴承箱结构略作改变的情况下也可以将图5所示的布置形式中四点接触轴承310布置到更靠近叶轮的位置。固定端30的圆柱滚子轴承320和四点接触轴承310的位置调换不影响它们承受力的效果。

以上记载了本实用新型的优选实施例，但是本实用新型的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本实用新型的教导任意组合和扩展上述各实施例而在本实用新型的精神和范围内做出更多的实施方式和应用。本实用新型的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。

附图标记列表

1、100 卧式离心泵

10 泵轴

20、120 游动端

30、130 固定端

310 (固定端的)四点接触轴承

320 (固定端的)承受径向力的轴承。

Claims (6)

1.一种卧式离心泵(1)的轴承组合，包括用于支承泵轴(10)的泵侧轴承和联轴器侧轴承，所述离心泵的叶轮抗扭地固定在从所述泵侧轴承悬伸出的所述泵轴(10)上，所述泵侧轴承和所述联轴器侧轴承中的一个被设计为游动端(20)，另一个被设计为固定端(30)，其特征在于，所述游动端(20)具有圆柱滚子轴承和深沟轴承中的至少一个，所述固定端(30)包括四点接触轴承(310)和主要承受径向力的轴承(320)。

2.根据权利要求1所述的卧式离心泵(1)的轴承组合，其特征在于，所述固定端(30)的主要承受径向力的轴承(320)是深沟轴承或圆柱滚子轴承。

3.根据权利要求1或2所述的卧式离心泵(1)的轴承组合，其特征在于，所述游动端(20)是所述泵侧轴承，而所述固定端(30)是所述联轴器侧轴承。

4.根据权利要求1或2所述的卧式离心泵(1)的轴承组合，其特征在于，所述游动端(20)是所述联轴器侧轴承，而所述固定端(30)是所述泵侧轴承。

5.根据权利要求1或2所述的卧式离心泵(1)的轴承组合，其特征在于，所述固定端(30)的四点接触轴承(310)比主要承受径向力的轴承(320)布置得更靠近离心泵的叶轮。

6.根据权利要求1或2所述的卧式离心泵(1)的轴承组合，其特征在于，所述固定端(30)的四点接触轴承(310)比主要承受径向力的轴承(320)布置得更远离离心泵的叶轮。

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