CN109027002A - 一种高速浮环轴承及转子系统支承方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速浮环轴承，高速浮环轴承套置于转子上，包括轴承座、浮环，轴承座设置为空心筒状结构，浮环设置于空心筒状结构内，转子运转时，浮环与转子产生相对转动，轴承座设有轴承座通油孔和轴承座通油槽，浮环设置有浮环通油孔和浮环油槽，润滑介质通过轴承座通油孔进入轴承座通油槽，通过浮环通油孔进入浮环油槽，在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑。一种高速浮环轴承‑转子支撑系统，包含上述高速浮环轴承，还包括浮环与推力组合轴承、转子系统和供油系统。

Description

一种高速浮环轴承及转子系统支承方式

技术领域

本发明涉及一种高速浮环轴承，尤其涉及一种高速浮环轴承-转子系统支承方式。

背景技术

随着旋转机械向高转速、高稳定性的方向发展，对大DN值、长寿命、耐冲击，且具有良好高速稳定性的支承方式提出了更高的要求。现阶段，高速轻载传动系统转子的支承方案主要采用高精密滚动轴承、滑动轴承、磁悬浮轴承和空气轴承等。

高精密滚动轴承DN值在2×10⁶以下，一旦超过轴承的极限转速，轴承滚子将在离心力的作用下异常运行，轴承寿命会大大缩短，让转子产生较大振动，严重时将导致轴承抱死卡滞，甚至烧毁轴承，对整个系统产生破坏性的损坏。

滑动轴承以润滑油作为润滑介质，根据动压效应形成动压油膜，避免转子外轴颈与轴承内轴颈之间产生机械摩擦。滑动轴承在高速传动系统领域应用广泛，但因不同结构形式的滑动轴承的应用环境也不同。可倾瓦滑动轴承在高速传动系统中应用广泛，但是其供油量大，产热多，工作效率不高，故在对效率要求较高的场合不适用，并且其结构较为复杂，加工成本高。

磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与轴颈之间没有机械接触。磁悬浮轴承相对复杂，包括转子、传感器、控制器和执行器四大部分，其成本较高，可靠性不高。磁悬浮轴承支承方案目前只在少数情况下使用，技术成熟度不高，且成本非常高，应用范围受限。

空气轴承是采用空气作为润滑介质的滑动轴承，具有运转速度高、抗冲击能力强、运行寿命长、稳定性好等特点。因空气黏度远低于润滑油黏度，所以其承载力较小，对于复杂载荷下的工况不适用，特别是齿轮传动系统，齿轮啮合力的波动会影响空气轴承的高速稳定性。空气轴承支承方案因不能承受复杂载荷，故目前还没有大量的工程应用，且其运行维护成本较高，对环境要求也非常苛刻。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高速浮环轴承，以及一种高速浮环轴承-转子系统支承方式，使高速传动系统在高速运转的情况下更加平稳、可靠。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高速浮环轴承，所述高速浮环轴承套置于转子上，包括轴承座、浮环，其特征在于，所述轴承座设置为空心筒状结构，所述浮环设置于所述空心筒状结构内，转子运转时，所述浮环与转子产生相对转动，所述轴承座设有轴承座通油孔和轴承座通油槽，所述浮环设置有浮环通油孔和浮环油槽，润滑介质通过所述轴承座通油孔进入轴承座通油槽，通过所述浮环通油孔进入浮环油槽，在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑。

优选，所述浮环包括内轴颈、外轴颈和浮环端面，所述浮环与转子间隙配合，其配合间隙为内轴颈直径的0.1%-0.5%，所述轴承座与浮环间隙配合，其配合间隙为外轴颈直径的0.08%-0.4%。

优选，所述浮环的内轴颈、外轴颈和/或浮环端面涂有耐磨涂层。

优选，所述耐磨涂层材料为磷锡青铜，涂层厚度为0.05~0.2mm。

优选，所述浮环与所述轴承座轴向方向设置有间隙，所述间隙为所述内轴颈直径的0.15~0.35mm。

本发明还提供了一种高速浮环轴承-转子支撑系统，其特征在于，包括浮环与推力组合轴承、转子系统、供油系统和如权利要求1所述高速浮环轴承，所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承分别套置在转子系统的两端，高速浮环轴承承受径向载荷，浮环与推力组合轴承承受径向和轴向载荷，所述供油系统为所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承供油。

优选，所述浮环与推力组合轴承由高速浮环轴承和可倾瓦推力轴承组成，所述可倾瓦推力轴承的可倾瓦沿浮环中心轴线圆周均匀分布，安装在高速浮环轴承座左端和/或右端，由轴承座轴向位置对所述浮环与推力组合轴承进行轴向限位。

优选，所述转子系统包括转子和推力盘。

优选，所述推力盘的至少一端面为锥面。

1、优选，所述供油系统包括机械泵和电动泵，所述供油系统包括机械泵和电动泵，所述电动泵在高速浮环轴承-转子支撑系统低速运行时使用，所述机械泵在高速浮环轴承-转子支撑系统高转速运行时使用。

本发明的关键在于提供一种高速、高稳定性支撑系统。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明转子运转时，浮环相对转子和轴承座转动，起到了转速差缓冲作用，大大减少浮环与转子、浮环与轴承座之间的机械摩擦，从而减少热量产生，所需供油量大幅降低。同时，三者之间均为间隙配合，也便于安装，降低安装成本，特别是对于大直径的转子系统，效果更为明显。本发明采用高速浮环轴承承受径向载荷，采用浮环与推力组合轴承承受径向和轴向载荷，轴承效率高，且轴承结构简单，极大地节省了安装空间。本发明的转子系统的高速稳定性良好，振动小，效率高，寿命长、可靠，制造成本低。供油系统采用机械泵和电动泵组合的方式供油，确保启停阶段轴承的供油，避免轴承处在贫油润滑状态，提高轴承寿命。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是高速转子系统

图2是高速浮环轴承剖视图。

图3是高速浮环轴承立体图。

图4是浮环与推力组合轴承剖视图。

图5是浮环与推力组合轴承立体图。

图6是供油系统。

图中各标号表示：

1、锁紧螺母；2、离心叶轮；3、密封环；4、转子；5、高速浮环轴承；6、调整垫；7、推力盘；8、浮环与推力组合轴承；9、油槽；10、轴承座；11、耐磨涂层；12、浮环；13、浮环通油孔；14、可倾瓦推力轴承；15、浮环油槽；16、轴承座通油孔；17、齿轮箱；18、油箱；19、机械泵；20、电动泵；21、内轴颈；22、外轴颈；23、浮环端面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如附图1所示，本实施例所示的高速浮环轴承-转子系统包括锁紧螺母1、离心叶轮2、密封环3、转子4、高速浮环轴承5、调整垫6、推力盘7、浮环与推力组合轴承8。高速浮环轴承5、浮环与推力组合轴承8套置在转子系统的两端，起支撑和传递扭矩的作用。高速浮环轴承5承受径向载荷，浮环与推力组合轴承8承受径向和轴向载荷，不仅可以极大地节省了安装空间，合理安排轴承的布局方式，同时也能依需满足转子系统的强度。

如附图2所示，本实施例所示的高速浮环轴承5，包括轴承座10、浮环12，轴承座10设置为空心筒状结构，浮环12间隙配合在空心筒状结构内。高速浮环轴承5间隙配合在转子4上。所述轴承座10设有轴承座通油孔16和轴承座通油槽9，所述浮环12设置有浮环通油孔13和浮环油槽15，润滑介质通过所述轴承座通油孔16进入轴承座通油槽9，通过浮环通油孔13进入浮环油槽15，在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑。转子运转时，浮环12相对转子4和轴承座10转动，起到了转速差缓冲作用，大大减少浮环与转子、浮环与轴承座之间的机械摩擦，从而减少热量产生，所需供油量大幅降低。同时，三者之间均为间隙配合，也便于安装，降低安装成本，特别是对于大直径的转子系统，效果更为明显。

所述浮环12包括内轴颈21、外轴颈22和浮环端面23，浮环12与转子4间隙配合，其配合间隙为内轴颈21的0.1%-0.5%，所述轴承座10与浮环12间隙配合，其配合间隙为外轴颈22的0.08%-0.4%。优选的，浮环12与转子4之间的配合间隙为内轴颈21的0.2%-0.3%，轴承座10与浮环12之间的间隙配合为外轴颈22的0.1%-0.35%。上述间隙能够让浮环与转子、浮环与轴承座之间形成转速差，也能让轴承与转子产生稳定的动压油膜，避免机械干磨损，动压油膜的均化作用和良好的抗震性能，让转子高精度和高平稳性运转。浮环12的内轴颈21、外轴颈22和/或浮环端面23均涂有耐磨涂层11，耐磨涂层能够有效的减少浮环12与转子4、浮环12与轴承座10之间的机械磨损，增加轴承的寿命。所述耐磨涂层11的材料为磷锡青铜，厚度为0.05~0.20mm，其硬度更高，耐磨性更好，且允许更高的润滑油温升。

如附图4所示，浮环与推力组合轴承8由高速浮环轴承5和可倾瓦推力轴承14组成，所述可倾瓦推力轴承14的可倾瓦沿浮环及浮环12中心轴线圆周均匀分布，安装在高速浮环轴承座10的左端和/或右端，由轴承座轴向位置对所述浮环与推力组合轴承进行轴向限位。径向与推力组合轴承8一端与转子4端面贴合，另由推力盘7限位，再依次通过调整垫6和离心叶轮2，由锁紧螺母1锁紧连接在转子4上。推力盘7、离心叶轮2、调整垫6和锁紧螺母1均安装在转子4上。推力盘7与转子4之间、离心叶轮2与转子4之间均为过渡配合。所述推力盘7与浮环与推力组合轴承8的装配面为锥面，在转子高速运转时，推力盘7和浮环与推力组合轴承8接触面形成动压油膜，减少两接触端面的机械摩擦，从而降低热量，提高运行效率。

如图6所示，所述供油系统采用机械泵和电动泵组合的方式供油，确保启停阶段轴承的供油，避免轴承处在贫油润滑状态，提高轴承寿命。供油系统充分考虑了浮环轴承启停阶段的润滑状态，在相对转速较低的情况下，机械泵无法提供充足的润滑油，轴承不能形成动压油膜时，采用电动泵。同时，机械泵由输入轴直接驱动，避免了因突然停电导致电动泵无法工作的弊端，为齿轮箱的润滑提供双保险。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种高速浮环轴承，所述高速浮环轴承套置于转子上，包括轴承座、浮环，其特征在于，所述轴承座设置为空心筒状结构，所述浮环设置于所述空心筒状结构内，转子运转时，所述浮环与转子及轴承座产生相对转动，所述轴承座设有轴承座通油孔和轴承座通油槽，所述浮环设置有浮环通油孔和浮环油槽，润滑介质通过所述轴承座通油孔进入轴承座通油槽，通过所述浮环通油孔进入浮环油槽，在转子转动时形成动压油膜对转子进行支撑。

2.如权利要求1所述的高速浮环轴承，其特征在于，所述浮环包括内轴颈、外轴颈和浮环端面，所述浮环与转子间隙配合，其配合间隙为内轴颈直径的0.1%-0.5%，所述轴承座与浮环间隙配合，其配合间隙为外轴颈直径的0.08%-0.4%。

3.如权利要求2所述的高速浮环轴承，其特征在于，所述浮环的内轴颈、外轴颈和/或浮环端面涂有耐磨涂层。

4.如权利要求3所述的高速浮环轴承，其特征在于，所述耐磨涂层材料为磷锡青铜，涂层厚度为0.05~0.2mm。

5.如权利要求2或3所述的高速浮环轴承，其特征在于，所述浮环与所述轴承座轴向方向设置有间隙，所述间隙为0.15~0.35mm。

6.一种高速浮环轴承-转子支撑系统，其特征在于，包括浮环与推力组合轴承、转子系统、供油系统和如权利要求1所述高速浮环轴承，所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承分别套置在转子系统的两端，高速浮环轴承承受径向载荷，浮环与推力组合轴承承受径向和轴向载荷，所述供油系统为所述高速浮环轴承、浮环与推力组合轴承供油。

7.如权利要求6所述的高速浮环轴承-转子支撑系统，其特征在于，所述浮环与推力组合轴承由高速浮环轴承和可倾瓦推力轴承组成，所述可倾瓦推力轴承的可倾瓦沿浮环中心轴线圆周均匀分布，安装在高速浮环轴承座左端和/或右端，由轴承座轴向位置对所述浮环与推力组合轴承进行轴向限位。

8.如权利要求6所述的高速浮环轴承-转子支撑系统，其特征在于，所述转子系统包括转子和推力盘。

9.如权利要求6所述的高速浮环轴承-转子支撑系统，其特征在于，所述供油系统包括机械泵和电动泵，所述电动泵在高速浮环轴承-转子支撑系统低速运行时使用，所述机械泵在高速浮环轴承-转子支撑系统高转速运行时使用。

10.如权利要求8所述的高速浮环轴承-转子支撑系统，其特征在于，所述推力盘的至少一端面为锥面。