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CN103953641B - 滑动轴承和离心泵 - Google Patents

滑动轴承和离心泵 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种滑动轴承和离心泵，所述滑动轴承包括：油槽，环行设置于轴承本体外侧；轴承外圈，与外部轴承座滑设，滑动轴承与轴承座相对转动时通过对油槽供给的润滑油在轴承外圈与轴承座之间形成外层油膜；油孔，通透设置在油槽内；轴承内圈，位于轴承本体内侧，与外部高速主轴滑设，高速主轴与滑动轴承相对转动时通过对油槽供给的润滑油经过油孔在轴承内圈与高速主轴之间形成内层油膜。本发明的滑动轴承和离心泵由于高速主轴和滑动轴承之间摩擦功耗的降低，提高了高速离心泵的机械效率；降低了高速主轴和滑动轴承之间的温度，提高了高速离心泵的可靠性；机械振动的传递通过两层油膜阻尼器减小了，降低了高速离心泵的振动和噪音水平。

Description

滑动轴承和离心泵
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承和离心泵，尤其涉及一种具有内外油膜的滑动轴承和使用该轴承的高速离心泵。
背景技术
高速离心泵的使用范围很广，在石油化工、制药、冶金、造纸、电力、环保、食品及轻工等工业领域得到广泛应用。
现有的高速离心泵的高速主轴采用滑动轴承支撑，而现有的滑动轴承均为固定装置(如螺钉，销)固定在轴承座上，因此只有与高速主轴之间的单层油膜。
而随着转速和径向载荷的增加，摩擦力增大，造成摩擦功耗大，机械效率低。而且由于摩擦功耗全部转化为热量，高速主轴和滑动轴承之间油膜温度升高，导致润滑油高温炭化，最终造成轴承失效。另外在高速重载的情况下的，高速离心泵的振动和噪音均很大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种滑动轴承和离心泵，降低高速主轴和轴承之间的摩擦功耗，降低高速离心泵高速主轴和轴承之间的油膜温度，降低高速离心泵在高转速重载下工况下的振动和噪音。
为实现上述目的，本发明提供了一种滑动轴承，所述滑动轴承包括轴承本体，还包括：
油槽，环行设置于所述轴承本体外侧，容置外部供给的润滑油；
轴承外圈，位于所述油槽两侧的轴承本体外侧，与外部轴承座滑设，所述滑动轴承与所述轴承座相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油在所述轴承外圈与所述轴承座之间形成外层油膜；
油孔，通透设置在所述油槽内；
轴承内圈，位于所述轴承本体内侧，与外部高速主轴滑设，所述高速主轴与所述滑动轴承相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油经过所述油孔在所述轴承内圈与所述高速主轴之间形成内层油膜。
为实现上述目的，本发明还提供了一种离心泵，所述离心泵包括：
低速主轴，通过第一轴承支撑，在外部电动机的驱动下转动；
低速齿轮，与所述低速主轴相连接，通过所述低速主轴的驱动而转动；
高速齿轮，与所述低速齿轮相齿和，通过所述低速齿轮的驱动而转动；
高速主轴，与所述高速齿轮相连接，通过所述高速齿轮的驱动而转动；
滑动轴承，包括轴承本体，还包括：
油槽，环行设置于所述轴承本体外侧，容置供给的润滑油；
轴承外圈，位于所述油槽两侧的轴承本体外侧，与外部轴承座滑设，所述滑动轴承与所述轴承座相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油在所述轴承外圈与所述轴承座之间形成外层油膜；
油孔，通透设置在所述油槽内；
轴承内圈，位于所述轴承本体内侧，与所述高速主轴滑设，所述高速主轴与所述滑动轴承相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油经过所述油孔在所述轴承内圈与所述高速主轴之间形成内层油膜。
本发明的滑动轴承和离心泵，其中高速主轴采用双层油膜的浮动滑动轴承支撑。由于高速主轴和滑动轴承之间摩擦功耗的降低，提高了高速离心泵的机械效率；由于高速主轴和滑动轴承之间产生的热量减少，从而降低了高速主轴和滑动轴承之间的温度。因而降低了高速主轴和滑动轴承之间润滑油炭化的风险，提高了高速离心泵的可靠性；机械振动的传递通过两层油膜阻尼器减小了，降低了高速离心泵的振动和噪音水平。
附图说明
图1为本发明滑动轴承的立体图；
图2为本发明滑动轴承的侧视图；
图3为本发明滑动轴承的剖视图；
图4为本发明离心泵的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明滑动轴承可以降低离心泵高速主轴和轴承之间的摩擦功耗，降低离心泵高速主轴和轴承之间的油膜温度，提高轴承的可靠性，从而提高高速离心泵的可靠性；降低离心泵在高转速重载下工况下的振动和噪音水平。
图1为本发明滑动轴承的立体图、侧视图和剖视图，如图所示，本发明的滑动轴承包括轴承本体10、油槽11、轴承外圈12、油孔13和轴承内圈14。
油槽11环行设置于轴承本体10外侧，容置外部供给的润滑油；轴承外圈12位于油槽11两侧的轴承本体10外侧，与外部轴承座滑设，滑动轴承与轴承座相对转动时通过对油槽供给的润滑油在轴承外圈12与轴承座之间形成外层油膜；油孔13通透设置在油槽11内；轴承内圈14位于轴承本体10内侧，与外部高速主轴滑设，高速主轴与滑动轴承相对转动时通过对油槽11供给的润滑油经过油孔13在轴承内圈14与高速主轴之间形成内层油膜。
再如图所示，滑动轴承还包括内圈凹槽15，位于轴承本体10的内侧，并且与轴承内圈14相接设，内圈凹槽15宽度改变和/或轴承内圈14宽度改变时，内层油膜宽度改变。另外，轴承外圈12宽度改变和/或油槽11宽度改变时，外层油膜宽度改变。
轴承外圈12的直径和/或外部轴承座的直径改变时，外层油膜厚度改变；轴承内圈14直径和/或高速主轴的直径改变时，内层油膜厚度改变。
从中可以看出，滑动轴承的主要参数有轴承外圈12有效宽度及直径，轴承内圈14有效宽度及直径，油槽11宽度，油孔13的数量和大小以及内圈凹槽15的宽度。调整滑动轴承的内层油膜和外层油膜有效宽度和内外油膜有效厚度可以调整滑动轴承的转速。改变滑动轴承相对速度，因为摩擦功耗和相对转速的平方成正比，滑动轴承的功耗随之改变。因此可以通过调整滑动轴承的内外油膜有效宽度和内外油膜有效厚度可以对其进行优化设计，从而保证滑动轴承在摩擦功耗最小的条件下安全可靠运行。
同时，滑动轴承和高速主轴之间产生的热量相应的减少，高速主轴和滑动轴承之间的润滑油温度降低了，从而降低了润滑油炭化的风险，提高了离心泵的可靠性。外层油膜的有效宽度可以通过轴承外圈宽度和油槽宽度确定。内层油膜的有效宽度可以通过轴承内圈宽度和凹槽宽度确定。外油膜的有效厚度可以通过轴承外圈的直径与轴承座的直径确定。内油膜的有效厚度可以通过轴承内圈的直径与高速主轴的直径确定。
图4为本发明离心泵的示意图，如图所示，本发明的离心泵包括：低速主轴2、第一轴承3、低速齿轮4、高速齿轮5、高速主轴6和滑动轴承1。
低速主轴2通过第一轴承3支撑，在外部电动机9的驱动下转动；低速齿轮4与低速主轴2相连接，通过低速主轴2的驱动而转动；高速齿轮5与低速齿轮4相齿和，通过低速齿轮4的驱动而转动；高速主轴6与高速齿轮5相连接，通过高速齿轮5的驱动而转动。
本发明的离心泵是高速离心泵，指采用标准的外部电动机，通过齿轮变速箱(包括低速齿轮4和高速齿轮5)提高转速，转速在3000转每分以上，最高转速可达30000转每分。本发明离心泵可选用相应的材料，如不锈钢、铜合金等。滑动轴承的材料可以为铜合金。
参见图1-图3所示，滑动轴承包括轴承本体10、油槽11、轴承外圈12、油孔13和轴承内圈14。油槽11环行设置于轴承本体10外侧，容置外部供给的润滑油；轴承外圈12位于油槽11两侧的轴承本体10外侧，与外部轴承座滑设，滑动轴承与轴承座相对转动时通过对油槽供给的润滑油在轴承外圈12与轴承座之间形成外层油膜；油孔13通透设置在油槽11内；轴承内圈14位于轴承本体10内侧，与外部高速主轴滑设，高速主轴与滑动轴承相对转动时通过对油槽11供给的润滑油经过油孔13在轴承内圈14与高速主轴之间形成内层油膜。
再如图所示，滑动轴承还包括内圈凹槽15，位于轴承本体10的内侧，并且与轴承内圈14相接设，内圈凹槽15宽度改变和/或轴承内圈14宽度改变时，内层油膜宽度改变。另外，轴承外圈12宽度改变和/或油槽11宽度改变时，外层油膜宽度改变。轴承外圈12的直径和/或外部轴承座的直径改变时，外层油膜厚度改变；轴承内圈14直径和/或高速主轴的直径改变时，内层油膜厚度改变。
具体的，再如图4所示，离心泵还包括油泵7，通过油路8与滑动轴承1相连接，通过压力对油槽供给润滑油。本发明的离心泵通过外部电动机9驱动支撑在第一轴承3上的低速主轴2。低速主轴2通过齿轮变速箱的低速齿轮4带动高速齿轮5高速转动。高速齿轮5驱动支撑在滑动轴承1上的高速主轴6，高速主轴6带动叶轮90高速旋转，从而泵送介质到指定的扬程。为了保证浮动滑动轴承1的良好润滑，油泵7通过油路8分别对浮动滑动轴承1进行压力强制润滑。
本发明离心泵的高速主轴的支撑采用滑动轴承，滑动轴承有内层油膜和外层油膜的双层油膜，能在轴承座和高速主轴之间自由转动。
滑动轴承的一层油膜位于轴承座和轴承外圈之间为外层油膜，另一层油膜位于高速主轴和轴承内圈之间为内层油膜。当高速主轴高速旋转的时候，内油膜摩擦力提供动力，带动滑动轴承转动，而外油膜的摩擦力为阻力，阻碍滑动轴承转动。当内油膜的摩擦力大于外油膜的摩擦力时，滑动轴承加速旋转。当内油膜作用在滑动轴承上的摩擦力等于外油膜作用到滑动轴承上的摩擦阻力时达到平衡状态，滑动轴承匀速旋转。滑动轴承的主要参数有轴承的长径比(轴承宽度和轴承半径的比值)，外油膜有效长度，内油膜有效长度，外有膜有效厚度和内油膜有效厚度。
外油膜有效长度是指轴承外圈和轴承座之间配合的有效宽度，在数值上等于轴承外圈宽度减去油槽的宽度。内油膜有效长度是指轴承内圈与高速主轴之间配合的有效宽度，在数值上等于轴承内圈宽度减去两端凹槽的宽度。
外油膜厚度是指轴承外圈和轴承座之间的油膜厚度，在数值上等于轴承座的半径与滑动轴承外圈半径之差。内油膜厚度是指轴承内圈和高速主轴之间的油膜厚度，在数值上等于轴承的内圈半径与高速主轴的半径之差。
根据不同的载荷和不同的设计转速，可以通过调整内层油膜和外层油膜的长度和内外油膜厚度对滑动轴承系统进行优化，确保高速主轴转子轴承系统高效稳定运行。从而保证离心泵高效，安全稳定运行。
在离心泵的高速运转中，浮动滑动轴承以一定的速度运行，通常滑动轴承的转速为高速主轴转速的0.1-0.3倍)。由于滑动轴承的旋转，降低了高速主轴和滑动轴承之间的相对速度。根据摩擦能耗理论，摩擦功耗和相对速度的平方成正比。按滑动轴承平均速度为高速主轴速度的0.2倍计算，一般来说，和采用固定滑动轴承相比，采用优化，即根据不同载荷和运行转速，合理的选择滑动轴承内外油膜的宽度和内外油膜的厚度的浮动滑动轴承的高速离心泵摩擦功耗降低超过30％。
本发明的离心泵高速主轴采用浮动滑动轴承支撑。由于高速主轴和滑动轴承之间摩擦功耗降低，在高速主轴和滑动轴承之间产生的热量减少，从而降低了高速主轴和滑动轴承之间润滑油的温度。因而降低了高速主轴和滑动轴承之间润滑油炭化的风险，保证高速离心泵的安全可靠运行。
高速主轴和高速齿轮等产生的振动通过高速主轴和滑动轴承之间的油膜传递到滑动轴承上，然后再通过滑动轴承和轴承座之间的油膜传递到轴承座上。外油膜和内油膜都相当于一个减振阻尼器。因此和单层油膜滑动轴承相比，具有两层油膜的浮动滑动轴承相当于多了一个减振阻尼器，因此传递到轴承座上的振动减小了。
本发明的离心泵的高速主轴采用双层油膜的浮动滑动轴承支撑。由于高速主轴和滑动轴承之间摩擦功耗的降低，提高了离心泵的机械效率；由于高速主轴和滑动轴承之间产生的热量减少，从而降低了高速主轴和滑动轴承之间的温度。因而降低了高速主轴和滑动轴承之间润滑油炭化的风险，提高了高速离心泵的可靠性；机械振动的传递通过两层油膜阻尼器减小了，降低了高速离心泵的振动和噪音水平。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承包括轴承本体，还包括：
油槽，环行设置于所述轴承本体外侧，容置外部供给的润滑油；
轴承外圈，位于所述油槽两侧的轴承本体外侧，与外部轴承座滑设，所述滑动轴承与所述轴承座相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油在所述轴承外圈与所述轴承座之间形成外层油膜；
油孔，通透设置在所述油槽内；
轴承内圈，位于所述轴承本体内侧，与外部高速主轴滑设，所述高速主轴与所述滑动轴承相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油经过所述油孔在所述轴承内圈与所述高速主轴之间形成内层油膜；
所述滑动轴承还包括内圈凹槽，位于所述轴承本体的内侧，并且与所述轴承内圈相接设，所述内圈凹槽宽度改变和/或所述轴承内圈宽度改变时，所述内层油膜宽度改变；
所述轴承外圈宽度改变和/或所述油槽宽度改变时，所述外层油膜宽度改变。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承外圈的直径和/或所述外部轴承座的直径改变时，所述外层油膜厚度改变；所述轴承内圈直径和/或所述高速主轴的直径改变时，所述内层油膜厚度改变。
3.一种离心泵，其特征在于，所述离心泵包括：
低速主轴，通过第一轴承支撑，在外部电动机的驱动下转动；
低速齿轮，与所述低速主轴相连接，通过所述低速主轴的驱动而转动；
高速齿轮，与所述低速齿轮相齿和，通过所述低速齿轮的驱动而转动；
高速主轴，与所述高速齿轮相连接，通过所述高速齿轮的驱动而转动；
滑动轴承，包括轴承本体，还包括：
油槽，环行设置于所述轴承本体外侧，容置供给的润滑油；
轴承外圈，位于所述油槽两侧的轴承本体外侧，与外部轴承座滑设，所述滑动轴承与所述轴承座相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油在所述轴承外圈与所述轴承座之间形成外层油膜；
油孔，通透设置在所述油槽内；
轴承内圈，位于所述轴承本体内侧，与所述高速主轴滑设，所述高速主轴与所述滑动轴承相对转动时通过对所述油槽供给的润滑油经过所述油孔在所述轴承内圈与所述高速主轴之间形成内层油膜；
所述滑动轴承还包括内圈凹槽，位于所述轴承本体的内侧，并且与所述轴承内圈相接设，所述内圈凹槽宽度改变和/或所述轴承内圈宽度改变时，所述内层油膜宽度改变；
所述轴承外圈宽度改变和/或所述油槽宽度改变时，所述外层油膜宽度改变。
4.根据权利要求3所述的离心泵，其特征在于，所述离心泵还包括油泵，通过油路与所述滑动轴承相连接，通过压力对所述油槽供给所述润滑油。
5.根据权利要求3所述的离心泵，其特征在于，所述轴承外圈的直径和/或所述外部轴承座的直径改变时，所述外层油膜厚度改变；所述轴承内圈直径和/或所述高速主轴的直径改变时，所述内层油膜厚度改变。
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