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      水力機(jī)械的潤滑軸承裝置的制作方法

      文檔序號:5559193閱讀:186來源:國知局
      專利名稱:水力機(jī)械的潤滑軸承裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明是關(guān)于水利機(jī)械的水潤滑軸承裝置的改進(jìn)。
      應(yīng)用水力原理操縱的渦輪機(jī),特別是大尺寸的渦輪機(jī)如水輪機(jī)和可逆式水泵-水輪機(jī)等,都繞轉(zhuǎn)子有一組導(dǎo)流葉片,流入水輪機(jī)的水在其數(shù)量被控制的條件下被導(dǎo)向轉(zhuǎn)子,從而轉(zhuǎn)動和驅(qū)動轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動通過一根主軸傳遞到發(fā)電機(jī)上,從而發(fā)出電力。主軸上帶有一個導(dǎo)向軸承,其作用是在轉(zhuǎn)子,發(fā)動機(jī)和主軸工作期間防止它們產(chǎn)生任何振動,這樣可以使它們的轉(zhuǎn)動很穩(wěn)定。
      傳統(tǒng)導(dǎo)向軸承的結(jié)構(gòu)將參照

      圖1進(jìn)行解釋,圖1示出了油潤滑軸承的結(jié)構(gòu),它是一個典型的已知導(dǎo)向軸承,并應(yīng)用在如Francis水輪機(jī)上。
      一個導(dǎo)流葉片1位于上蓋2和下蓋3之間。轉(zhuǎn)子4位于蓋2和3限定的空間內(nèi)并位于導(dǎo)向葉片1的下游。轉(zhuǎn)子4包括一個鄰近上蓋2的一個轉(zhuǎn)子上冠5,一個主動輪葉6和一個鄰近下蓋3的輪緣8。
      轉(zhuǎn)子4以下述方式安裝在從轉(zhuǎn)子4向上延伸的主軸9上。上冠5與加工在主軸9上的凸緣部分10接觸,擰進(jìn)螺釘11,從而將上冠5和凸緣部分10連接在一起,即將轉(zhuǎn)子4安裝在主軸9的頂部。安裝了一個水密封件12,它從上蓋2朝螺釘11延伸,并環(huán)繞主軸9,與主軸9之間有一間隙。主軸9在水密封件12上方的一部分加工有一個主軸裙板16,它所在位置部分地決定了懸臂尺寸H(后面描述)。主軸裙板16由一個油箱17封閉。
      油箱17的一個邊緣部分位于槽16A內(nèi),槽16A加工在主軸裙板16鄰近水密封件12的一側(cè)上,而油箱17的另一邊緣部分則位于主軸9處于主軸裙板16上方的一部分上。油箱17的這些部分由環(huán)繞主軸裙板16的中間體連接在一起,形成了油箱17。法蘭部分17A加工在油箱17的外圓周。法蘭部分17A與從上蓋2向上延伸的支承部分2B的法蘭部分2C接觸,它們由一固緊件(未示出)固緊,這樣油箱17的法蘭部分17A就由上蓋2的法蘭部分2C支承。在油箱17內(nèi)充有潤滑油18,并在油箱17內(nèi)有一個軸承裝置20。
      軸承裝置20有一個支承部分20A,它安裝在油箱17的內(nèi)圓周上,其位置與法蘭部分17A對應(yīng)。支承部分20A與主軸裙板16對立并帶有調(diào)節(jié)螺釘21(圖中僅示出了其中一個)。調(diào)節(jié)螺釘壓抵并支承一個軸瓦塊軸承22,軸瓦塊軸承22然后再抵壓在主軸裙板16上。
      當(dāng)轉(zhuǎn)子4和主軸9旋轉(zhuǎn)時,主軸裙板16也旋轉(zhuǎn),它在軸瓦塊軸承22上滑動。在滑動旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的摩擦熱被潤滑油18冷卻。部分被加熱的油被冷卻管23冷卻。
      懸臂尺寸H是一個必不可少的距離,其目的是為了能夠維修位于軸承裝置20和轉(zhuǎn)子4之間的密封件12,保證為裝配和拆卸提供足夠的空間,在將冷卻管23安裝在油箱內(nèi)時能應(yīng)付各種尺寸限制,該冷卻管是為冷卻軸承裝置20產(chǎn)生的熱而必備的。
      另一方面,從主軸9的振動觀點來看,懸臂尺寸H應(yīng)盡可能地小。而且,作為潤滑劑而使用的油必需周期性地檢查和替換,從維護(hù)來說這就是一個缺點。油的使用也要求裝備冷卻管,這就使總結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
      為了克服這些問題,日本專利NO.51-22954業(yè)已提出了一個方案。根據(jù)這一方案,該軸承裝置是一個被供水的水潤滑軸承裝置。然而該裝置遇到一些問題。舉例來說,由于需要一個外部的凈水源和一個供水裝置,該軸承裝置的結(jié)構(gòu)就較為復(fù)雜。另外,如果使用自然水源,就有水潤滑表面被磨損的危險,這是因為在一次洪水期間流入轉(zhuǎn)子的水含有土和沙。為了避免這一危險,日本專利NO.60-88215公開了一種可在含有土和沙的水中工作的軸承,它無需任何從外部供應(yīng)的凈水。該軸承由近年來頗受重視的新型陶瓷材料制成,并且這種類型的軸承已被應(yīng)用在處理含沙、土的水的泵中,如排水泵。
      所提出的軸承有一個一體的軸頸軸承。用來加工軸頸軸承的材料是氮化硅,碳化硅等,在各類新型陶瓷材料中,它們產(chǎn)生相對較小的水中摩擦力并當(dāng)暴露于沙和土中時承受相對較小的磨損,從抵抗沙、土磨損和易于安裝的觀點出發(fā),用來加工穿過軸頸軸承的主軸的材料是很硬的合金,如碳化鎢。
      如果主軸在含沙、土的水中旋轉(zhuǎn),而由一個軸承支承,主軸就會被沙、土磨損,其壽命就會縮短。為了延長主軸壽命,本發(fā)明者進(jìn)行了試驗,將陶瓷材料應(yīng)用到主軸上。結(jié)果,本發(fā)明者發(fā)現(xiàn),如果簡單地使用陶瓷材料,它就會斷裂,證明這樣使用陶瓷材料是不可能的。
      本發(fā)明的一個目的就是為水力機(jī)械提供一種潤滑軸承裝置,它能防止位于旋轉(zhuǎn)側(cè)的陶瓷滑板斷裂,并因此而顯示出壽命長的優(yōu)點。
      根據(jù)本發(fā)明,用于水力機(jī)械的一種潤滑軸承裝置包括軸承陶瓷滑板,和與軸承陶瓷滑板接觸的旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板。旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板位于固定在主軸上的主軸套筒件的容納槽內(nèi)。主軸套筒件帶有阻擋部分用于防止旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板被離心力損壞。這樣,就有可能將陶瓷材料用于旋轉(zhuǎn)側(cè)和軸承側(cè)上,因而延長了軸承裝置的使用壽命。
      圖1是帶有傳統(tǒng)軸承裝置的水輪機(jī)的局部斷面?zhèn)纫晥D;
      圖2A是帶有本發(fā)明軸承裝置的水輪機(jī)的局部斷面?zhèn)纫晥D;
      圖2B是圖2A所示裝置基本部分的斷面?zhèn)纫晥D;
      圖3A到圖4A示出了用于圖2A和圖2B所示軸承裝置上的陶瓷軸瓦塊軸承,其中圖3A和圖4A是陶瓷軸瓦塊軸承的透視圖,圖3B和圖4B是圖3A和圖4A所示陶瓷軸瓦塊軸承的斷面?zhèn)纫晥D。
      圖5A到圖5B示出了圖2A和圖2B所示軸承裝置的陶瓷主軸,其中圖5A是陶瓷主軸的平面視圖,圖5B和圖5C分別是圖5A所示陶瓷主軸的斷面?zhèn)仁緢D和分解斷面?zhèn)纫晥D,圖5D是一說明圖,示出了圖5A所示主軸的工作。
      下面參照附圖2A到5D,描述本發(fā)明的最佳實施例。與圖1對應(yīng)的零件由對應(yīng)的參考標(biāo)號表示,并省略這些零件的描述。
      一個軸承支承部分30以環(huán)繞主軸9外圓周的方式定位。螺釘31(僅示出了其中一個)將軸承支承部分30的下端和上蓋2的支承部分2A連接在一起,而螺釘32將軸承支承部分30的上端和水密封件12連接在一起。水密封件12環(huán)繞主軸9并與其隔開一間隙。水沿箭頭所示的方向X1穿過該間隙。一個軸承裝置20位于水密封件12和軸承支承部分30內(nèi)。
      軸承裝置20包括一個陶瓷軸瓦塊軸承35和一個以可相對于陶瓷軸瓦塊軸承35旋轉(zhuǎn)的方式而置的陶瓷主軸36。陶瓷軸瓦塊軸承35包括下述結(jié)構(gòu)。
      一組螺紋孔(僅示出了其中一個)沿圓周方向以預(yù)定間隔加工在軸承支承部分30上。調(diào)節(jié)螺釘21穿過每個螺紋孔,并當(dāng)轉(zhuǎn)動螺釘21時,它朝著或離遠(yuǎn)主軸9移動。調(diào)節(jié)螺釘21的尖端壓抵在帶軸承陶瓷滑板38的加強支承板37上,在它們兩者之間有一加強體34,帶軸承陶瓷滑板38的支承板37壓抵在陶瓷主軸36上。
      加強支承板37和軸承陶瓷滑板38的結(jié)構(gòu)將參照圖3A和圖3B進(jìn)行描述。每個加強支承板37都呈矩形,并帶有繞其周邊的凸緣37A。和在凸緣37A內(nèi)的安裝面37B。螺紋孔37C以預(yù)定間隔加工在安裝面37B的鄰近凸緣37A的部分上。每個軸承陶瓷滑板38通過粘接劑固定在安裝面37B在螺紋孔37C向內(nèi)的部分上。每個軸承陶瓷滑板38可以由一組分開的件38′組成,如圖4A所示。氮化硅或碳化硅之類的陶瓷材料用來作為加工軸承陶瓷滑板38的材料。在每個滑板38的上表面和下表面加工有固定臺階部分38A。當(dāng)一個在其內(nèi)表面加工有保持臺階部分39A的保持件39裝配入主要由固定臺階部分38A和凸緣37A限定的空間內(nèi)時,保持臺階部分39A與固定臺階部分38A嚙合。然后,當(dāng)螺釘40穿過加工在保持件39上的螺紋孔39B,然后旋入螺紋孔37C時,軸承陶瓷滑板38就被固定在加強支承板37上,并且保持臺階部分39A與固定臺階部分38A嚙合。一般來說,陶瓷材料有很強的抗壓力,但它對彎曲力,張力或沖擊力很敏感,所以如圖4A和圖4B所示,可以在軸承陶瓷滑板38和加強支承板37之間附加一個彈性體41,其安裝方式可以用保持件39固定,也可以在彈性體41兩面敷膠而將其固定在位。每個軸承陶瓷滑板38的滑動表面38D從保持件39向主軸9凸出,以便于與陶瓷主軸36的旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42接觸。
      陶瓷主軸36包括一個環(huán)形主軸套筒件43,和一組固定在套筒件43上的陶瓷滑板42。主軸套筒件43被固定在主軸9上,其下邊緣抵靠在法蘭部分10上。這組旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42環(huán)繞主軸套筒件43的圓周以等分該圓周的方式定位。每個旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的制造材料與每個軸承陶瓷滑板38的材料相同。主軸套筒件43和旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將參照圖5A到圖5C解釋。
      主軸套筒件43分成主軸套筒塊43A和43B。在套筒塊43A或43B的一個邊緣加工有垂直延伸的隆起部分43C,該邊緣與另一套筒塊的配合邊緣貼靠。連接孔43D加工在每個隆起部分43D的上、下端,并穿過其中。主軸套筒塊43A和43B的外圓周側(cè)表面加工有容納槽43E。每個容納槽43E鄰近外圓周的側(cè)部帶有阻擋部分43F1和43F2,每個阻擋部分從主軸套筒塊43A或43B向槽43E的一部分伸出。第一臺階部分43J由套筒塊43A或43B與容納槽43E對應(yīng)的內(nèi)表面構(gòu)成。
      每個旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的外表面加工有第二臺階部分42A,它與第一臺階部分43J嚙合。
      每個旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42都以下述方式裝配入每個容納槽43E。表面敷有粘結(jié)劑的陶瓷滑板42從帶阻擋部分43F1和43F2的槽43E的側(cè)面插入容納槽。用這種方式,一個旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42被插入一個容納槽43E,而第一臺階部分43J和第二臺階部分42A進(jìn)入相互嚙合狀態(tài)。然后,將帶有旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的主軸套筒塊43A和43B相互接觸。螺栓45A插入連接孔43D,然后用螺母45B固緊,這樣就裝配好了環(huán)形主軸套筒件43。
      軸承裝置的裝置按下述方式進(jìn)行。首先,將一體固定有旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的主軸套筒件43環(huán)繞主軸9放置。將螺栓45A插入連接孔43D,把螺母45B裝在螺栓45A上然后固緊,從而將主軸套筒塊43A和43B連接在一起。接著,一體固定有軸承陶瓷滑板38的加強支承板組37按環(huán)形放置。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘21,使得軸承陶瓷滑板38和旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42相互壓靠,使得板38和板42之間的徑向間隙尺寸是均勻的。折卸裝置時,上述程序以相反次序進(jìn)行。
      當(dāng)導(dǎo)流葉片1打開時,水沿圖2A中箭頭所示方向流入轉(zhuǎn)子4,并隨著主軸9轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42就在軸承陶瓷滑板38上滑動。在旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42運行期間,如圖5D所示有一個離心力F1。離心力F1沿旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的圓周方向產(chǎn)生張力F2。根據(jù)本發(fā)明,阻擋部分43F1和43F2的作用是減少離心力F1的影響,因而可使張力F2降低與之相應(yīng)的數(shù)量。所以,可以防止旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板斷裂或損壞。如果沒有阻擋部分,離心力F1就會產(chǎn)生較大張力F2。結(jié)果,旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42就可能斷裂或損壞,而不能使用。對比起來,根據(jù)本發(fā)明,由于阻擋部分43F1和43F2支承旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的上、下邊緣,張力F2就以很大程度降低,因而防止了旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42的斷裂或損壞。
      因此,旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42和軸承陶瓷滑板38允許用氮化硅或碳化硅之類的陶瓷材料制成,這種材料對土和沙不太敏感,因而有可能延長滑板42和38的壽命,即使用于含有土和沙的水中。阻擋部分也可以有另一種結(jié)構(gòu),其中阻擋部分與旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板42側(cè)表面上的凹槽配合。
      另外,根據(jù)本實施例,由于水下軸承裝置20位于轉(zhuǎn)子4和主軸9的水密封件12之間,不需要供應(yīng)作為潤滑劑的水的裝置。此外,轉(zhuǎn)子4和軸承裝置20的中心線之間的懸臂尺寸H比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)小的多。這種結(jié)構(gòu)有可能防止轉(zhuǎn)子4的外圓周與固定部分如蓋2和3碰撞的危險,增加了主軸9的臨界速度和強度,防止了軸承的一側(cè)磨損,減小了上蓋2的尺寸,減小了主軸9的直徑,并減小了轉(zhuǎn)子間隙,因而改善了轉(zhuǎn)子效率。
      如上所述,根據(jù)本發(fā)明,有可能防止旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板的任何斷裂,使用陶瓷滑板作為旋轉(zhuǎn)側(cè)滑板和軸承滑板,因而使這些滑板有較長的壽命,即使它們用于含土和沙的水中。
      權(quán)利要求
      1.一種用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置,包括一個安裝在主軸頂端的轉(zhuǎn)子,一個蓋住所述轉(zhuǎn)子的上蓋,一個從所述上蓋向上延伸并加工有螺紋孔的軸承支承板,穿過所述螺紋孔的調(diào)節(jié)螺釘,與所述調(diào)節(jié)螺釘接觸而定位的加強支承板,安裝在所述加強支承板上的軸承陶瓷滑板,與所述軸承陶瓷滑板接觸而定位的至少一個旋轉(zhuǎn)側(cè)滑板,和一個安裝在主軸上并固定有所述旋轉(zhuǎn)側(cè)滑板的主軸套筒件,所述調(diào)節(jié)螺釘可旋轉(zhuǎn)以便使所述軸承陶瓷滑板與所述旋轉(zhuǎn)側(cè)滑板保持壓力接觸,所述旋轉(zhuǎn)側(cè)滑板是由陶瓷材料制成的旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板,所述軸承裝置還包括加工在所述旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板的一個側(cè)面上的嚙合部分,加工在所述主軸套筒件外圓周表面上并用來容納所述旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板的至少一個容納槽,和加工在所述主軸套筒件上與所述容納槽對應(yīng)部分上的阻擋部分,它們與所述嚙合部分嚙合。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置,包括一組陶瓷材料制成的旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板,它們沿主軸的圓周方向定位。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置,其中所述旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板的一個側(cè)表面加工有臺階部分,每個臺階部分使得外側(cè)上的直徑小于內(nèi)側(cè)上的直徑,所述臺階部分與所述阻擋部分嚙合,阻擋部分從所述主軸套筒件上向與所述容納槽對應(yīng)的內(nèi)表面延伸。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置,其中所述主軸套筒件在其外圓周上有容納槽,并包括至少一對通過將主軸套筒件分成至少兩塊而得到的主軸套筒塊,在所述主軸套筒塊的配合邊緣上加工有隆起部分,通過所述隆起部分加工有孔,所述主軸套筒塊在所述容納槽內(nèi)容納了一組旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板,所述軸承裝置還包括固緊裝置,當(dāng)所述主軸套筒塊保持相互接觸時該固緊裝置穿過所述孔,所述固緊裝置將所述主軸套筒塊固緊在一起形成所述主軸套筒件。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置,還包括繞每個所述加強支承板的周邊加工的凸緣部分,每個所述軸承陶瓷滑板都被固定在每個所述加強支承板的所述凸緣部分內(nèi);在每個所述軸承陶瓷滑板的側(cè)面上加工的軸承側(cè)臺階部分;位于所述軸承側(cè)臺階部分和所述凸緣之間的保持件,每個保持件有與所述軸承側(cè)臺階部分嚙合的保持臺階部分;和將所述保持件與所述加強支承板固定在一起的固緊裝置。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置,還包括位于所述加強支承板和所述軸承陶瓷潤滑板之間的彈性件。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置,其中水流過所述軸承裝置。
      全文摘要
      用于水力機(jī)械的潤滑軸承裝置具有與軸承側(cè)陶瓷滑板接觸的旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板。旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷潤滑板位于固定在主軸上的主軸套筒件的容納槽內(nèi)。主軸套筒件帶有阻擋部分以防止旋轉(zhuǎn)側(cè)陶瓷滑板被離心力折斷。這樣,陶瓷材料即可用于旋轉(zhuǎn)側(cè)也可用于軸承側(cè),因而延長了軸承裝置的使用壽命。
      文檔編號F16C33/24GK1031750SQ8810363
      公開日1989年3月15日 申請日期1988年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1987年6月15日
      發(fā)明者井上久男, 人見一郎, 杉本修, 堀田悌二 申請人:株式會社日立制作所, 西電力株式會社
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