CN2395079Y - 径向轴承 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及用于高速运转的转子轴的径向轴承。实用新型的目的在于,实现一个简单的并且低成本的用于高速运转转子的挤压油阻尼器对中元件,具有改善的耐久特性,较小的空间需求和足够的对中精确性。实用新型通过如下方法实现,对中元件(13)将环形间隙(12)分为两个部分环形间隙(14,15),同时轴承壳体(2)至少由两部分组成并且第一个轴承壳体部分(10)以轴向向外限制了第一个部分环形间隙(14)以及第二个轴承壳体部分(11)以轴向向外限制了第二个部分环形间隙(15)。

Description

径向轴承
本实用新型涉及用于高速运转的转子轴的径向轴承，它带有一个挤压油阻尼器，阻尼器由与供油装置相连的，并且结构上处在轴瓦以及径向轴承的轴承壳体之间的环形间隙组成，径向轴承有一个位于挤压油阻尼器轴向范围内的对中元件。
在高速运转的转子上，例如透平增压机的轴，作用有很大的轴向和径向力，其由相应结构上的和设置的轴向以及径向轴承承担。另外，为无故障运转，径向的转子振动必须被消除。因此对于透平机械要设置所谓的挤压油阻尼器，它减少出现的转子振动的振幅。一个这样的挤压油阻尼器基本上由一个设置在轴瓦和轴承壳体之间的和供油装置连通的环形间隙构成，因为轴瓦在靠轴的一侧又被一个液力润滑油膜支持，它通常也被称为浮动衬套。对于不旋转的浮动衬套，首先对于很重的旋转件，存在浮动衬套在运转时不对中的问题。它其它位于对其支承的孔的下部区域。这一方面导致不良的阻尼吸收，另一方面导致相应零件的磨损。
为了避免这些缺点，对于挤压油阻尼器的对中已知有许多的可能性(参见“挤压油膜阻尼器的应用”一文，F.Y.Zeidan著，刊于国际透平机杂志，1995年9/10月号，第51页，图2-4)。在挤压油阻尼器的轴向范围内置有O形环对中器，此对中器借助一个片形弹簧杆保持架以及借助以径向和在周向局部设置的片簧。另一种借助在径向外置的曲臂的挤压油阻尼器的对中器，公开于“压力油膜阻尼器的线性力系数”一文，由A.Z.Seri等著，登载于ASME学报，第326页，第105卷，1983年7月号。
对于O形环对中器仍存在弹簧特性曲线非线性和耐久性不能令人满意的缺点，同时弹簧杆保持架在轴向上需要很多空间。与此相对，曲臂在径向须有多个位置并且由于有多个独立单元产生更高的花费以及对中精确性不能令人满意。在径向同样需要多个位置的片簧解决方案，仅能用电火花侵蚀方法加工。此外，在此种情形下，存在轴瓦在靠轴的一侧产生形变的危险。
用于带有垂直设置的轴的离心机的无磨损的对中元件很久前广为人所知(US3,950,964)，但直到如今未被应用于挤压油阻尼器的对中上，也未用于透平机和其高速运转的转子上。
本实用新型试图避免如上这些缺点。其目的在于，实现一个简单并且因此价格低廉的用于高速运转的转子的挤压油阻尼器对中器，它带有改进的耐久性，很小的空间需求和足够的对中精确性。
实用新型以如下方法实现，对中元件将环形间隙分成两个独立的部分环形间隙。轴承壳体至少由两部分构成。第一轴承壳体部分沿径向向外限制第一个部分环形间隙并且第二轴承壳体部分沿径向向外限制第二个部分环形间隙。
由于目前所知的挤压油阻尼器的分为两个部分环形间隙，在轴瓦以及径向轴承的轴向长度上，就设置了两个独立的挤压油阻尼器供使用，对中通过置于其中的对中元件能被明显地改善。通过它的作用，阻尼吸收得以提高，即径向旋转件的振动的消除被改善，并且另一方面减小了相邻结构件的磨损。
对中元件至少近似置于两个部分环形间隙的正中间特别有利。因此轴瓦在轴向负荷下的卸荷能被避免。
此外在轴向上结构上为单独一体的对中元件以线性弹簧特性曲线装入是适当的，如此无磨损的对中元件能够实现设定的线性弹簧刚度。由一个外环，一个内环以及由多个曲臂组成的对中元件被表明其特别适合。每个曲臂有一个和外环并且和内环固连的杆端并且在径向方向上通过每一个周向开槽被外环和内环分开。一个此种环形对中元件既在轴向也在径向上需要相当小的结构空间并且能够借助于电火花侵蚀由一个工件加工而成或以精密铸造方法生产。
一个装备有符合实用新型的轴向轴承的，高速运转的透平机运转时，轴承壳体和对中元件的外环保持在它们的给定位置上。与此相反，曲臂和带有曲臂的内环在由对中元件的材料预先决定的极限的范围内能够相对自由运动，因此轴瓦和由此最终透平机的轴在轴承壳体内既在轴向也在径向方向上在确定的极限内能够自由移动。以这种方式实现挤压油阻尼器和由此轴的自动对中，因此相应于出现的运转条件，一个恒定的配合成为可能。
进一步，当曲臂的臂端在与其相连接的外或内环的方向上结构上连续变厚，则很有利。由此在臂端的应力，即应力集中以及弯曲应力能被减少。
若不采用装备有曲臂的对中元件，可应用一个具有万向悬环的对中元件。既在万向悬环和外环之间也在万向悬环和内环之间置有周向开槽。万向悬环通过两个在内侧以及两个在外侧的、隔断每个周向开槽的连接桥来与内环及外环相连。利用此种解决方案，原则上可实现一个与应用装备有曲臂的对中元件类似的优越的作用。不过，在径向上为此需要较多结构空间。
对中元件即可制成一个单独的零件也可为轴承壳体或轴瓦的一个组成部分。选择这些形式中的一种必须在生产成本和所要求的精确性之间进行权衡。
若两个部分环形间隙对外密封，则特别有利，如此挤压油阻尼器只需要一个相对小的供油需求。自然没有密封元件挤压油阻尼器也可被保障。
在图中根据用于废气涡轮增压机轴的径向轴承，描述了多个实用新型的实施例。
其显示如下：
图1显示了在径向轴承范围内的一个部分长度方向上的剖视图；
图2显示了沿着图1中的线II-II，通过轴承壳体的剖视图
图3显示了对应于图1的第二种实施例；
图4显示了对应于图1的第三种实施例；
图5显示了对应于图1的第四种实施例；
图6显示了对应于图2的另一种实施例；
仅图示了有助于理解实用新型的基本元件。未显示例如压缩机和废气涡轮增压机的透平。工作介质的流动方向以箭头方向示出。
废气涡轮增压机基本上由一个带有压缩轮，一个透平轮和一个共用的轴1的转子以及一个压缩壳体，一个透平壳体和在每一压缩机侧及透平侧都有的轴承壳体2组成。轴1的轴承在每一压缩器侧及每一透平侧有一个径向轴承3，其主要由一个轴瓦4，一个贯穿的供油孔5，一个轴承储油腔6和轴承间隙7组成。径向轴承3和每一个位于轴承壳体2内的用于润滑油9供油的供油孔8连接。在图1中显示了在废气涡轮增压机的压缩机侧的径向轴承3范围内的部分的长度方向上的剖视图。
轴承壳体2由含有供油孔8的第一个轴承壳体部分10，和第二个结构为轴承盖的轴承壳体部分11组成。在轴承壳体2和轴瓦4之间是一个结构为环形间隙的挤压油阻尼器12。环形间隙12在其轴向范围内被一个约置于中间的对中元件13分为两个部分环形间隙14，15，同时以径向向外，第一个轴承壳体部分10限定了第一个部分环形间隙14并且轴承盖11限定了第二个部分环形间隙15。一个螺纹孔16设置于第一个轴承壳体部分10中，并且一个与其相应的光孔17置于轴承盖11中，它们容纳一个相应的连接螺栓18，用于可拆卸的轴承盖11。
在第一个实施例中，对中元件13由一个外环19，一个内环20以及3个曲臂21组成，同时每个曲臂21有一个与外环19相固连的臂端22，一个与内环20相固连的杆端23并且在径向方向上通过各周向槽24与外环19及内环20分开(图2)。曲臂21在其通长上有同样尺寸的臂厚度。当然曲臂21的臂端22，23在与其相连的外环19或内环20的方向上在结构上有利地被连续加厚(未显示)。
对中元件13的加工能够借助电火花侵蚀由一个工件加工完成。对于相应大小的周向槽24的槽宽，对中元件13能够有利地以精密铸造方法实现。当然对中元件13对于确定的应用类型也偏置于环形间隙12，以便两个部分环形间隙14，15有不同的轴向延伸长度。也可应用其他数量的曲臂21。同样，更多的对中元件13在轴向彼此相邻或者应用一个在轴向上被分开的对中元件13也是可能的(未显示)。
如图1所示，对中元件13结构上为单独一体。轴瓦4由于安装的原因以三个不同的外部直径尺寸，以便为对中元件13产生一个带有挡边25的预定的支撑部分26。在轴瓦4安装之前，环形的对中元件13在预设的支撑部分26上压至挡边25，以便产生一个摩擦连接。然后对中元件13以及轴瓦4被压向第一个轴承壳体部分10并且最终固定轴承盖11。显然轴瓦4可以只有一个外径尺寸，同时在此种情况下，对中元件13靠材料刚性连接的固定是可能的。
废气涡轮增压机运转时，轴1和支承它的径向轴承3相应于具体的运转条件以不同的轴向和径向力被加载。对此出现的交变的径向转子振动，通过挤压油阻尼器被消减。同时具有线性弹簧特性曲线和在径向方向上成一体的对中元件13承担了轴瓦4和挤压油阻尼器12的对中。以这种方式，避免了轴瓦4和第一个轴承壳体部分10以及轴承盖11的接触。与此同时，在轴瓦4和对中元件13的内环20间，没有任何相对运动，对于对中元件13的功能发挥有特别的意义。所出现的力大部分由曲臂21所承担，其在确定的范围内既在轴向也在径向方向上可自由运动。尽管有固定的轴承壳体2和对中元件13的外环19，轴1，轴瓦4和对中元件13的内环能够适应废气涡轮增压机的具体的运转状态，即可任意移动。由于对中元件13在环形间隙12内的中间位置，轴瓦4在径向负荷条件下的卸荷能够被避免。
润滑油9向挤压油阻尼器12的供应，即向第一和第二个部分环形间隙14，15的供应通过与一个未显示的油容器相连的供油孔8来实现。最后在径向在环形槽27内终止，环形槽有一个朝向对中元件13的轴向槽29的开口28。每一个这样的轴向槽29在曲臂21的内臂端23的范围内，位于内环20内。然后润滑油9经过轴向槽29流入挤压油阻尼器12。最终，轴向槽29经过贯穿轴瓦4的供油孔5和轴承储油腔6与轴承间隙7相连，以便其同时用于径向轴承3的润滑供油。
在第二个实施例之一中，对中元件13集成于轴承盖11中(图3)。在达到与在第一个实施例中相同的作用的同时，以此种解决方案，所应用的零件的数量被减少并且因此安装也简便。自然对中元件13也能是第一个轴承壳体部分10或者轴瓦4的组成部分(未显示)。在这种情况下，其安装一起与各自的零件实现。
根据第三种实施例之一，第一个轴承壳体部分10和壳体盖11，在轴向与轴瓦4重叠并且构成双面的每面与相应的轴瓦4的凸肩32，33精确配合的壳体凸肩30，31(图4)。由此两个部分环形间隙14，15向外被压紧，以便挤压油阻尼器12不会连续把润滑油9丢失在位于径向轴承3外部的轴1的部分上。以这种方式，在保持对中元件13的作用原理的条件下，挤压油阻尼器12的功能被稳定并且用于阻尼目的的油量被减少。
对于第四种实施例，在第一和第二个部分环形间隙14，15中，每一个都置有环形密封元件34，35(图5)。两个密封元件34，35基本上承担如壳体凸肩30，31在前述的实施例中同样的作用。
在另一个实施例中，对中元件由一个外环36，一个内环37，以及一个万向悬环38组成。既在万向悬环38和外环36之间也在万向悬环38和内环37之间，每一个结构上为周向开槽39，40。万向悬环38通过两个内部的和两个外部的，截断周向开槽40，39的连接桥41，42与内环37以及外环36连接(图6)。此种变化途径基本上与第一种实施例起同样作用并且主要应用下述情形，此情形中要求对中元件13有一个更高的轴向稳定性。
参考标记表如下：
1. 轴
2. 轴承壳体
3. 径向轴承
4. 轴瓦
5. 供油孔
6. 轴承储油腔
7. 轴承间隙
8. 导油孔
9. 润滑油
10.第一轴承壳体体部分
11.第二轴承壳体体部分，轴承盖
12.挤压油阻尼器，环形间隙
13.对中元件
14.第一个部分环形间隙
15.第二个部分环形间隙
16.螺纹孔
17.光孔
18.连接螺栓
19.外环
20.内环
21.曲臂
22.臂端，与19相连
23.臂端，与20相连
24.周向开槽
25.挡边
26.支承部分
27.环形槽
28.开口
29.轴向槽
30.10的壳体凸肩
31.11的壳体凸肩
32.4的凸肩
33.4的凸肩
34.密封件
35.密封件
36.外环
37.内环
38.万向悬环
39.周向开槽
40.周向开槽
41.连接桥
42.连接桥

Claims (9)

1.用于高速转子轴的径向轴承，它带有一个挤压油阻尼器，阻尼器由与供油装置相连的，并且结构上处在轴瓦以及径向轴承的轴承壳体之间的环形间隙组成，径向轴承有一个位于挤压油阻尼器轴向范围内的对中元件，其特征在于，对中元件(13)将环形间隙(12)分为两个部分环形间隙(14，15)，同时轴承壳体(2)至少由两部分构成，并且第一个轴承壳体部分(10)沿轴向向外限制了第一个环形间隙(14)以及第二个轴承壳体部分(11)沿轴向向外限制了第二个环形间隙(15)。
2.如权利要求1所述的径向轴承，其特征在于，对中元件(13)至少近似位于两个部分环形间隙(14，15)之间的中点。
3.如权利要求1或2所述的径向轴承，其特征在于，对中元件(13)有线性弹簧特性曲线，并且在径向方向上为一体结构。
4.如权利要求3所述的径向轴承，其特征在于，对中元件(13)由一个外环(19)，一个内环(20)以及多个曲臂(21)组成，同时每个曲臂(21)有一个与外环固连的和一个与内环固连的臂端(22，23)并且在径向方向上通过每一个周向开槽(24)被外环及内环所分开。
5.如权利要求4所述的径向轴承，其特征在于，曲臂(21)的臂端(22，23)在其和外环或内环(19，20)相连的方向上结构上为连续变厚。
6.如权利要求3所述的径向轴承，其特征在于，对中元件(13)由一个外环(36)，一个内环(37)以及一个万向悬环(38)组成，同时既在万向悬环(38)和外环(36)之间也在万向悬环(38)和内环(37)之间每个在结构上为一个周向开槽(39，40)，万向悬环(38)通过两个内部的及两个外部的隔断每个周向开槽(39，40)的连接桥(41，42)来与外环(36)及内环(37)相连。
7.如权利要求1至6之一所述的径向轴承，其特征在于，对中元件(13)为一个单独的结构或者是第一个轴承壳体部分(10)，第2个轴承壳体部分(11)或轴瓦(4)的组成部分。
8.如权利要求1至7之一所述的径向轴承，其特征在于，第一个和第二个轴承壳体部分(10，11)有一个和每个部分环形间隙(14，15)相邻的壳体凸肩(30，31)并且两个壳体凸肩(30，31)中的每一个处于压向轴瓦(4)相应的凸肩(32，33)的位置上。
9.如权利要求1至7之一所述的径向轴承，其特征在于，既在第一个也在第二个部分环形间隙(14，15)中置有一个密封元件(34，35)。
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