TWI577492B - 混合式流體動力及流體靜力流體軸承系統及用於潤滑流體靜力軸承之方法 - Google Patents

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Description

混合式流體動力及流體靜力流體軸承系統及用於潤滑流體靜力軸承之方法
本發明之實施例係有關輥軋機架流體潤滑油軸承，其支承用來將金屬滾軋成長形鋼筋之旋轉輥軋之輥頸。更特別地，本發明之實施例係有關在流體動力軸承襯套內具有流體靜力軸承凹穴墊之混合式軸承，以及提供隔離加壓潤滑油源至每一個別流體靜力軸承凹穴墊之潤滑系統。
第1圖顯示習知輥軋機架軸承總成10，其藉輥頸14及互補旋轉軸承套筒16旋轉支承旋轉輥軋機輥12。軸承總成10藉轉而支承於輥軋機架(未圖示)之軸承塊18支持。軸承襯套20夾裝於輥頸14/軸承套筒16與軸承塊18之間，並固定於該軸承塊。軸承襯套20在輥軋的轉速、應用徑向負荷及潤滑油黏性操作設計參數下，提供流體靜力軸承表面於全流體靜力潤滑(亦即，軸承襯套與軸承套筒16之間自行產生之流體潤滑油膜層)。在此等操作設計參數之任一者在設計參數外時一例如，在輥軋機架起動相期間或在高負載下緩速輥軋以實現特定金屬冶金性質時，軸承總成10不會為所欲操作而產生足夠的流體靜力流體膜。流體膜的缺乏對軸承襯套與輥頸14/軸承套筒16間之金屬接觸會增加非所欲金屬之可能性及可能軸承磨損或故障。過去，以於軸承襯套20中形成一個或更多流體靜力軸承凹穴墊30、40。流體靜力軸承凹穴墊30、40耦接至加壓潤滑油供應管線50，以於軸 承襯套20與輥頸14/軸承套筒16間產生額外潤滑油流體膜。與流體動力及流體靜力兩者操作之油膜軸承係混合式油膜軸承。此種軸承僅在0RPM下用來作為「純」流體靜力軸承；在任何其他速度下，它們具有結合流體靜力與流體動力軸承兩者之特性的流體之功能。
參考第1及2圖，加壓潤滑油供應管線50藉形成於軸承襯套20之軸向端之共用潤滑油通道22進給至流體靜力軸承凹穴墊30、40之每一者，該軸承襯套20分支成個別上游潤滑油通道32、42、液流限制器34、44及下游通道36、46。液流限制器34、44通常係黏性注射器，其在流體靜力軸承凹穴墊之一者的意外流體膜中斷時，將個別流體靜力軸承凹穴墊30、40相互隔離，這有助於潤滑油快速流經中斷區域及流至其他正常運作之流體靜力軸承凹穴墊之潤滑油流之斷流。輥軋機架中的多軸承襯套20分享耦接至一個或更多個加壓泵60之共用加壓進給岐管52。加壓泵60經由泵入口62接受被限制之流體潤滑油(例如所欲黏度範圍之冷卻或過濾油)，並經由泵出口64將更高壓力的油排入共用加壓進給岐管52。習知輥軋機架軸承顯示及說明於美國專利5,000,584及6,468,194中，在此，以參考方式，如同完全說明般，併提其全文。
如前述，具有分享共用加壓潤滑油源(例如共用加壓進給岐管52)之多個流體靜力軸承凹穴墊30、40之一個或更多個軸承襯套20藉在加壓潤滑油供應管線50與上游潤滑油通道42、32(未圖示)之接頭的止回閥，減少因限 制液流損失之共用潤滑油源之洩漏而同時失去油壓。在液流限制器34、44上游之油壓降時，於個別上述潤滑油通道32、42中維持部分壓力，使對應流體靜力軸承凹穴墊能維持加壓流體膜至少一短時間期間。同樣地，液流限制器34、44使加壓潤滑油流入經歷到壓力故障之個別流體靜力軸承凹穴墊30、40。例如，在不使用液流限制時，若流體靜力軸承凹穴墊30未維持流體靜力流體膜並經歷快速壓降，進入流體靜力軸承凹穴墊之加壓流體流速即增加，這可能中斷加壓油源對另一流體靜力軸承凹穴墊40或分享共用加壓油源之其他軸承之加壓油供應。
液流限制器34、44本質上於流速增加時阻止及禁止油流經，因此，需要額外的流體壓力來克服限制。於典型的輥軋機應用中，必須產生額外的3000psi(20700KPa)的油壓來克服黏性注射流限制。額外壓力要求增加必要系統泵送容量以及與操作泵相關的成本。
因此，本發明之實施例包含輥軋機混合式流體動力/流體靜力軸承，具有個別流體靜力軸承凹穴墊，其提供用於接受不會因其他流體靜力軸承凹穴墊相關之潤滑油壓力喪失事件而受影響之個別隔離的加壓潤滑油源。本發明之輥軋機軸承容許消除與流體靜力軸承凹穴墊相關之流體限制。無流體限制之本發明之軸承之操作可藉由採購及使用低壓輸出潤滑油泵降低資金成本以及操作低壓容量泵所需能耗。
本發明之例示性實施例包含一種混合式流體動力/ 流體靜力軸承襯套，用於具有輥頸之類型之輥軋機。襯套包括大致圓環形襯套殼，係具有用以於其中旋轉保持輥軋機輥頸之內徑表面。複數個流體靜力軸承凹穴墊界定於該內徑表面內。軸承襯套具有分隔隔離潤滑油通道，係與每一個別流體靜力軸承凹穴墊流體連通。每一個別潤滑油通道適用來耦接至分隔隔離加壓潤滑油源。
本發明之另一實施例包含一種混合式流體動力及流體靜力流體軸承系統，用於具有輥頸之類型之輥軋機。該系統包括軸承襯套，具有大致圓環形襯套殼，係具有內徑表面，用以於其中旋轉保持輥軋機輥頸。軸承襯套具有複數個流體靜力軸承凹穴墊，係界定於該內徑表面內。分隔隔離潤滑油通道與每一個別流體靜力軸承凹穴墊流體連通，且分隔隔離加壓潤滑油源耦接至每一個別潤滑油通道。
本發明之額外實施例係一種在輥軋機架輥頸用軸承系統內潤滑流體靜力軸承之方法，此方法包括：設置軸承襯套，其具有：大致圓環形襯套殼，係具有內徑表面，用以於其中旋轉保持輥軋機輥頸。設置軸承襯套亦具有；複數個流體靜力軸承凹穴墊，係界定於該內徑表面內；以及分隔隔離潤滑油通道，係與每一個別流體靜力軸承凹穴墊流體連通。安裝軸承襯套於輥軋機架中。設置分隔隔離加壓潤滑油源於每一個別潤滑油通道。
耦接每一潤滑油通道以提供其間之與潤滑油流體。
本發明輥軋機混合式流體動力及流體靜力流體軸承 併設複具有數個流體靜力軸承凹穴墊之軸承襯套。每一流體靜力軸承凹穴墊具有隔離潤滑油通道，其適用來耦接至分隔隔離加壓潤滑油源。於本文之某些實施例中，隔離加壓潤滑油源藉壓力泵之專用出口供應。以此方式，每一流體靜力軸承凹穴墊具有不因輥軋機系統內其他流體靜力軸承凹穴墊之潤滑油壓力喪失事件而中斷之專用加壓潤滑油供應。
熟於本技藝人士可以任何組合或次組合結合或個別地應用本發明之特點。本發明實施例之其他特點及藉此提供之優點在後文參考附圖中所示具體實施例更詳細解釋。
為便於理解，使用相同元件符號，其可能的話，標示圖式共用之相同元件。
在考慮以下說明之後，熟於本技藝人士當知本發明之教示可容易應用在輥軋機架混合式流體動力/流體靜力流體軸承系統及用於此種軸承之加壓潤滑油供應系統。
在此業已於前面參考第1及2圖以及前面參考併提之美國專利5,000,584及6,468,194，說明輥軋機架之操作，其包含流體靜力軸承凹穴墊之相關輥支承軸承以及多個流體靜力軸承凹穴墊所共同分享之加壓油供應系統。第3、4及4A顯示本發明之軸承襯套20之實施例。軸承襯套20具有大致環形襯套殼，其具有內徑表面24，此內徑表面24具有巴氏軸承合金襯材，能與旋轉軸承套 筒16(參考第1圖)合作形成自產生流體動力潤滑油膜。在此並未詳細討論用於軸承襯套之流體動力部分之潤滑油進給及供應特點。襯套殼具有複數個潤滑油通道22，其分別界定於內徑表面24內之每一流體靜力軸承凹穴墊30、40。
於第4圖之實施例中，個別分開隔離潤滑油通道136、146界定於軸承襯套20之殼內，而與個別流體靜力軸承凹穴墊30、40流體連通。每一個別潤滑油通道136、146與形成於軸承襯套20殼之軸向端之潤滑油通道22連通，該潤滑油通道22接近其個別流體靜力軸承凹穴墊30、40。每一個別潤滑油通道22/136、22/146適用來耦接至被顯示為供油管線之分隔隔離之加壓潤滑油供應管線50。
於第4A圖之實施例中，個別潤滑油通道22/236、22/246離開軸承襯套20殼之相同軸向端，且如於第4圖之實施例中，適用來耦接至被顯示為加壓潤滑油供應管線50之分隔隔離之加壓潤滑油源。
第5-7圖示意顯示流體靜力軸承墊潤滑油供應系統之替代實施例，該系統供應分隔隔離之加壓潤滑油供應管線50至每一個別流體靜力軸承凹穴墊30、40。對任一流體靜力軸承凹穴墊30、40之潤滑油供應流或壓力之中斷一像是流體靜力軸承凹穴墊與輥軋機的輥頸14/軸承套筒16之間油管線洩漏或流體靜力軸承膜之中斷所造成一本身不會中斷對輥軋機系統中其他流體靜力軸承凹穴墊的供應，除非有一個或更多個潤滑油泵操作中斷 所造成的一般加壓失敗。
於第5圖中，藉專用個別獨立的加壓泵60對軸承襯套20內之每一流體靜力軸承凹穴墊30、40供應加壓潤滑油，其個別泵出口64藉個別加壓潤滑油供應管線50及潤滑油通道236、246。於第6圖中，多出口泵160經由個別專用的泵出口164，供應加壓潤滑油至分隔個別加壓潤滑油供應管線50及潤滑油通道236、246。多出口泵160建構成至流體靜力軸承凹穴墊30、40之任一潤滑油供應回路內之壓力改變不會中斷對耦接至其他泵出口164之其他潤滑油供應回路之壓力供應。用來實施本發明之適當類型之獨立多出口泵係球形止回泵。於第7圖中，四排放出口加壓潤滑油供應泵260經由四個獨立且隔離的泵出口264，同時供應加壓潤滑油至四個分隔流體靜力軸承凹穴墊。雖然本發明之例示性實施例使用球形止回泵，卻可使用提供一個或更多個隔離出口之任何類型的泵，只要任一泵輸出回路不受其他輸出回路之液流空間之輸出壓力的改變所影響即可。
第8圖係輥軋機架外殼70之示意圖，該輥軋機架外殼70具有旋轉支承輥軋機之輥頸的一對流體動力及流體靜力軸承10。單一輥軋機架外殼70具有一對流體動力及流體靜力軸承，其每一者具有耦接至個別隔離且加壓潤滑油供應管線50之個別獨立且隔離之潤滑油136、146。共同地，每一輥軋機架外殼具有四個成對之流體靜力軸承凹穴墊30、40，用於二軸承10之每一者，用於總共四個加壓潤滑油供應管線50。每一加壓潤滑油供應 管線50耦接至四排放出口加壓潤滑油供應泵260之出口。經過調整之潤滑油(例如過濾、冷卻等)被供至泵入口62。因此，每一輥軋機架外殼70可設有一個單機的四排放出口加壓潤滑油供應泵260。
雖然在此業已圖示及詳細說明帶有本發明教示之各種實施例，惟熟於本技藝之人士可容易構思出仍帶有本發明教示之許多其他變化實施例。
10‧‧‧輥軋機架軸承總成
12‧‧‧旋轉輥軋機輥
14‧‧‧輥頸
16‧‧‧軸承套筒
18‧‧‧軸承塊
20‧‧‧軸承襯套
22‧‧‧潤滑油通道
24‧‧‧內徑表面
30、40‧‧‧流體靜力軸承凹穴墊
32、42‧‧‧上游潤滑油通道
34、44‧‧‧液流限制器
36、46‧‧‧下游通道
50‧‧‧加壓潤滑油供應管線
52‧‧‧共用加壓進給岐管
60‧‧‧加壓泵
62‧‧‧泵入口
64‧‧‧泵出口
70‧‧‧輥軋機架外殼
136、146‧‧‧潤滑油通道
160‧‧‧多出口泵
164‧‧‧泵出口
236、246‧‧‧潤滑油通道
260‧‧‧四排放出口加壓潤滑油供應泵
264‧‧‧泵出口
藉由參考以下配合附圖之詳細說明，可容易理解本發明之目的及特點，其中：第1圖顯示具有流體靜力軸承凹穴墊之習知輥軋機混合式流體動力/流體靜力軸承之橫剖視圖；第2圖顯示用於混合式流體動力/流體靜力軸承之習知流體靜力軸承凹穴墊加壓油供應系統之示意圖；第3圖顯示根據本發明之例示性實施例之輥軋機混合軸承襯套之立體圖；第4圖及4A圖顯示根據本發明之例示性實施例，沿第3圖之4-4所取，用以供應隔離加壓潤滑劑源至混合軸承襯套之流體靜力軸承凹穴墊之隔離潤滑油通道之替代實施例之個別剖視圖；第5-7圖顯示根據本發明之例示性實施例，用於混合軸承襯套之流體靜力軸承部分之隔離加壓潤滑油供應系統之替代實施例之示意圖；第8圖顯示根據本發明之例示性實施例，併設混合軸承襯套及隔離加壓潤滑油供應系統之輥軋機架殼。
20‧‧‧軸承襯套殼
22‧‧‧潤滑油通道
24‧‧‧內徑表面
30、40‧‧‧流體靜力軸承凹穴墊
36、46‧‧‧下游通道

Claims (11)

  1. 一種混合式流體動力及流體靜力流體軸承系統，用於具有輥頸之類型之輥軋機輥，該系統包括：套筒，安裝在該輥頸以便與該輥頸一起旋轉；軸承襯套，包含：大致圓環形襯套殼，係具有內徑表面，用以於其中旋轉保持該套筒；複數個流體靜力軸承凹穴墊，係界定於該內徑表面內；複數個泵出口，提供分開隔離的加壓潤滑油源；及複數個潤滑油通道，每一潤滑油通道係與僅一個流體靜力軸承凹穴墊及僅一個泵出口連通，藉此界定複數個潤滑油供應回路當中的一個潤滑油供應回路，該等潤滑油供應回路係配置成，在任一潤滑油供應回路內之壓力變化不會中斷對耦接至其他泵出口之其他潤滑油供應回路之壓力供應。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中每一潤滑油通道形成於該襯套殼內，且與該襯套殼之軸向端連通。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，具有一對流體靜力軸承凹穴墊以及一對個別的潤滑油通道，且進一步包括界定於該內徑表面內之流體動力軸承。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，又包括分開之個別獨立泵，其耦接至每一個別潤滑油通道。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，又包括具有複數個泵出口之泵，該等泵出口分別耦接至每一個別潤滑油通 道。
  6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該泵係球形止回泵。
  7. 如申請專利範圍第3項之系統，又包括：輥軋機架，係具有一對軸承襯套，每一軸承襯套於其中旋轉保持該套筒；該對軸承襯套係共同具有四個個別潤滑油通道；以及球形止回泵，係具有至少四個隔離的出口，該至少四個隔離的出口分別耦接至該四個個別潤滑油通道之每一者。
  8. 一種用於潤滑流體動力及流體靜力軸承之方法，該流體動力及流體靜力軸承係在用於輥軋機架之輥頸的軸承系統內，該方法包括：設置一套筒，該套筒係安裝在該輥頸以便與該輥頸一起旋轉；設置軸承襯套，其包含：大致圓環形襯套殼，係具有內徑表面，用以於其中旋轉保持該套筒；及複數個流體靜力軸承凹穴墊，係界定於該內徑表面內；以及安裝該軸承襯套於輥軋機架中；設置複數個泵出口，每一個泵出口提供隔離的加壓潤滑油源；設置複數個潤滑油通道，每一個潤滑油通道係與 僅一個流體靜力軸承凹穴墊及僅一個泵出口連通，藉此界定複數個潤滑油供應回路當中的一個潤滑油供應回路，該等潤滑油供應回路係配置成，在任一潤滑油供應回路內之壓力變化不會中斷對耦接至其他泵出口之其他潤滑油供應回路之壓力供應。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該加壓潤滑油源選自於由耦接至潤滑油通道之分隔獨立單一出口潤滑油加壓泵、具有耦接至個別潤滑油通道之複數個隔離出口之潤滑油加壓泵，或具有耦接至個別潤滑油通道之多個隔離出口之球形止回泵組成的群組。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，又包括：設置一對軸承襯套於輥軋機架外殼中，每一個別襯套具有：一對流體靜力軸承凹穴墊以及一對個別隔離的潤滑油通道，其中該流體動力及流體靜力軸承係界定於該內徑表面內；以及其中該加壓潤滑油源係至少一個球形止回泵，其具有耦接至個別潤滑油通道之多數個個別隔離的出口。
  11. 如申請專利範圍第8項之方法，又包括：在安裝步驟之前，移除既有軸承襯套；以及其中該加壓潤滑油源係至少一個球形止回泵，其具有耦接至個別潤滑油通道之多數個個別隔離的出口。
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