CN109944871A - 一种液体动压径向轴承及离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带轴流增压结构的液体动压径向轴承及离心泵。所述液体动压径向轴承，包括轴套和与所述轴套内配合的轴承本体，所述轴承本体包括两相对端面和位于所述两相对端面之间的侧面，所述轴承本体的侧面上设有轴流增压结构，所述轴流增压结构靠近所述两相对端面中的至少一个端面、并远离所述侧面的中央区域。与现有技术相比，本发明在液体动压径向轴承前部增加增压装置，抑制一般液体动压轴承中容易产生的空化现象，显著提高了轴承的可靠性。

Description

一种液体动压径向轴承及离心泵

技术领域

本发明涉及一种轴承结构，特别是涉及一种液体动压径向轴承、以及一种使用该液体动压径向轴承的离心泵。

背景技术

离心泵具有工作寿命长、扬程曲线平坦、运送能力强等特点，现已广泛应用于航空航天、石油化工、化肥制药等行业。

离心泵大多采用滚动轴承或滑动轴承作为旋转轴支承轴承。但滚动轴承或滑动轴承通常存在如下缺陷：例如由于工作表面金属的不断磨损而产生的失效，在采用润滑剂对轴承进行润滑时存在润滑剂老化、高温稀释等不良。

由此离心泵中开始使用一种新型的液体动压轴承。液体动压轴承是一种以粘性液体作为润滑剂的非接触型滑动轴承。液体动压轴承利用转轴旋转时轴承楔形间隙里的液体形成的液膜压力来支撑载荷。相比于滚动轴承与滑动轴承，液体动压轴承具有旋转平稳、工作可靠、噪音较低、振动微小、体积小、重量轻等优点。液体动压轴承采用***工质作为润滑剂，因此无需考虑润滑剂对***的污染。而且在充分保证***工质润滑的前提下，轴承的工作表面被***工质隔开而不发生直接接触，可以大大减少表面磨损。

但发明人发现，液体动压轴承在高速旋转时容易产生空化现象。“空化”指的是液体介质中局部压力低于液体温度对应的饱和压力而导致液体气化的现象。转轴旋转时，会在转轴和液体动压轴承之间的空腔内形成高压区与低压区。并且随着转轴转速的逐渐增加，低压区的压力相应地逐渐降低。当转轴和液体动压轴承之间的空腔中低压区的液体压力低于来流液体对应的饱和压力时，在空腔中就会发生空化现象。

由于转轴和液体动压轴承之间的润滑间隙十分微小，转轴转动过程中产生的热量也提高了低压区内的液膜的温度，对应的液膜饱和压力值也随之上升，增加了空化现象发生的可能性。当液体发生空化时，部分液体变化为气体，由于气体的比体积远大于液体，因此气体快速占据空腔中的大部分体积，液膜支撑力迅速下降甚至消失，从而影响了液体动压轴承在高速下的稳定性，严重时甚至会引起失效。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个主要目的在于提供一种液体动压径向轴承，能够在一定程度上避免出现空化现象。

本发明的另一个主要目的在于提供一种离心泵，该离心泵使用了上述液体动压径向轴承。

基于此，本发明实施例提供的液体动压轴承包括轴套和与所述轴套配合的轴承本体，所述轴承本体包括两相对端面和位于所述两相对端面之间的侧面，所述轴承本体的侧面上设有轴流增压结构，所述轴流增压结构靠近所述两相对端面中的至少一个端面、并远离所述侧面的中央区域。

一般而言，所述轴套和所述轴承本体整体上为圆筒状结构，在使用时，所述轴套内设置所述轴承本体，所述轴承本体内设置转轴。在一些实施例中，所述轴套和所述轴承本体彼此相互独立并在二者之间形成预间隙，所述轴承本体与所述转轴通过销键连接，在所述轴承本体的外表面与所述轴套的内表面之间形成动压液膜以提供承载力，此时所述轴流增压结构设置在所述轴承本体的外侧面上。

所述轴流增压结构一般沿所述轴承本体的侧面周向排列，可以设置一排或多排轴流增压结构。当仅设置一排轴流增压结构时，该一排轴流增压结构靠近所述轴承本体的一个端面设置；即，相比于所述轴承本体侧面的中央区域，该一排轴流增压结构更靠近所述轴承本体的端面。当设置多排，例如两排轴流增压结构时，其中一排轴流增压结构靠近所述轴承本体的两相对端面中的一个端面设置，另一排轴流增压结构靠近所述两相对端面中的另一个端面设置，并且所述两排轴流增压结构轴向对称。

所述轴流增压结构的实现形式有多种。在一些实施例中，所述轴流增压结构包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的叶片。或者，在另一些实施例中，所述轴流增压结构包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的螺纹。在沿着所述轴承本体的周向排列时，所述叶片或所述螺纹的延伸方向并不与所述轴承本体的轴向平行，而是与所述轴承本体的轴向呈一定的倾斜角度。在一些实施例中，所述叶片或所述螺纹相对于所述轴承本体轴向的倾斜方向与所述转轴的旋转方向相反。

在一些实施例中，在所述轴承本体外侧面的周向上排列叶片或螺纹时，所述叶片或所述螺纹仍需要位于所述轴承本体和所述轴套之间，因此设置所述叶片或所述螺纹后的所述轴承本体的径向尺寸应不大于未设置所述叶片或所述螺纹的所述轴承本体的径向尺寸。为此，可以在所述轴承本体外侧面的靠近所述两相对端面的部分设置为锥形台面，沿着从所述轴承本体侧面的中央区域至所述两相对端面的方向，所述锥形台面的横截面积逐渐缩小。也就是说，所述轴承本体形成中间大、两头小的类似纺锤形的圆筒状结构。所述周向排列的叶片或螺纹设置于所述锥形台面上。

在另一些实施例中，在所述轴承本体内侧面的周向上排列叶片或螺纹时，所述叶片或所述螺纹仍需要位于所述轴承本体和所述转轴之间，因此设置所述叶片或所述螺纹后的所述轴承本体的径向尺寸应不大于未设置所述叶片或所述螺纹的所述轴承本体的径向尺寸。为此，可以在所述轴承本体内侧面的靠近所述两相对端面的部分设置为锥形台面，沿着从所述轴承本体侧面的中央区域至所述两相对端面的方向，所述锥形台面的横截面积逐渐增大。也就是说，所述轴承本体形成中间小、两头大的类似喇叭形的圆筒状结构。所述周向排列的叶片或螺纹设置于所述锥形台面上。

在所述轴承本体上设置所述轴流增压结构后，所述轴流增压结构与对应侧的所述端面平齐，或者所述轴流增压结构短于对应侧的所述端面。也就是说，当仅设置一排轴流增压结构时，所述一排轴流增压结构在轴向上并不会延伸超出与该一排轴流增压结构相邻近的所述轴承本体的端面。类似地，当设置两排轴流增压结构时，其中一排轴流增压结构在轴向上并不会延伸超出与该一排轴流增压结构相邻近的所述轴承本体的端面，并且另一排轴流增压结构在轴向上也不会延伸超出与该另一排轴流增压结构相邻近的所述轴承本体的端面。

在一些实施例中，所述轴承本体的侧面上还设有倾斜槽，所述倾斜槽设置在所述轴流增压结构靠近所述侧面中央区域的内侧。也就是说，相比于所述轴流增压结构，所述倾斜槽更靠近所述侧面的中央区域。此外，与所述轴流增压结构类似，所述倾斜槽沿所述轴承本体的侧面周向排列。在沿着所述轴承本体的周向排列时，所述倾斜槽的延伸方向并不与所述轴承本体的轴向平行，而是与所述轴承本体的轴向呈一定的倾斜角度。

在所述倾斜槽包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的两排倾斜槽时，所述两排倾斜槽轴向对称。

所述倾斜槽可以采用矩形截面槽、三角形截面槽、梯形截面槽、阶梯槽、卧式半圆柱槽或渐缩半锥形槽中的至少一种。

在一些实施例中，所述轴承本体的侧面上还设有多层金属箔片，所述多层金属箔片设置在所述轴流增压结构靠近所述侧面中央区域的内侧。也就是说，相比于所述轴流增压结构，所述多层金属箔片更靠近所述侧面的中央区域。此外，与所述轴流增压结构类似，所述多层金属箔片沿所述轴承本体的侧面周向排列。沿所述轴承本体的侧面周向排列两排多层金属箔片和两排轴流增压结构时，一排多层金属箔片和一排轴流增压结构位于所述轴承本体的侧面中央区域和一个端面之间，另一排多层金属箔片和另一排轴流增压结构位于所述轴承本体的侧面中央区域和另一个端面之间。在所述多层金属箔片包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的两排多层金属箔片时，所述两排多层金属箔片轴向对称。

所述多层金属箔片可以采用任意形式金属弹性箔片，如波浪形式、鼓泡形式、悬臂形式或弹簧形式中的一种。

此外，本发明实施例提供的一种离心泵包括上述任一技术方案所述的液体动压轴承。

上述的液体动压径向轴承具有如下优点：在所述转轴的转速较低时，所述轴流增压结构能够产生泵吸效应，从而在所述液体动压径向轴承和所述转轴的工作表面之间快速形成动压液膜，使所述转轴能够在较低转速下迅速起浮。在所述转轴的转速提升到正常转速时，所述轴流增压结构能够向所述液体动压径向轴承和所述转轴的工作表面之间传送更多的液体，从而增大了动压液膜的压力，使得所述液体动压径向轴承的承载能力提高；其次也增大了所述液体动压径向轴承和所述转轴的工作表面之间的液体流量，这些流量增大的液体能够及时带走动压液膜产生的热量，降低了动压液膜的温度，由此提高了动压液膜对应的饱和压力，在所述转轴具有相对高的转速时保持动压液膜不会发生空化，降低由于液膜空化造成的轴系失稳的可能性。从而，提高了***运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的装配有转轴的一种液体动压轴承的结构示意图；

图2是图1所示液体动压轴承的主视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

参照图1和图2，本发明实施例提供的液体动压径向轴承包括轴套1，以及位于轴套1内的轴承本体2，轴套1和轴承本体2彼此相互独立并在二者之间形成预间隙，所述液体动压径向轴承工作时在轴套1的内表面和轴承本体2的外表面之间形成动压液膜。为了便于说明，在轴承本体2内还设有转轴6，轴承本体2的内侧设有键槽5，该键槽5与转轴6上设置的键形成配合。

在图1所示的方位下，轴承本体2包括前后两个端面和位于该前后两个端面之间的侧面。在轴承本体2的侧面上靠近前后两个端面的位置处形成两个对称的锥形台面，沿着从轴承本体2侧面的中央区域指向前后两个端面的方向，两个锥形台面的横截面积均逐渐减小。

在该两个锥形台面上各设有一排轴流增压结构4，每一排轴流增压结构4的外侧端与其对应侧的轴承本体2的端面平齐。两排轴流增压结构4轴向对称。在轴承本体2侧面的中央区域两侧设有各设有一排倾斜槽3，两排倾斜槽3轴向对称。倾斜槽3可以采用矩形截面槽、三角形截面槽、梯形截面槽、阶梯槽、卧式半圆柱槽或渐缩半锥形槽中的至少一种。倾斜槽3还可实现为多层金属箔片，多层金属箔片采用任意形式金属箔片，如波浪形式、鼓泡形式、悬臂形式或弹簧形式中的一种。其中，多层金属箔片还可以为多层金属弹性箔片。

在图1所示的液体动压径向轴承中，轴流增压结构4实现为叶片，但并不局限于此，轴流增压结构4还可实现为螺纹或其他类似的结构。当所述液体动压轴承为刚性轴承时，倾斜槽3通过蚀刻或者机加工的方式形成在轴承本体2的外侧面上。当所述液体动压轴承为柔性轴承时，多层弹性金属箔片通过焊接或粘接等装配方式形成在轴承本体2的外侧面上。

在将轴流增压结构4实现为叶片时，叶片在轴承本体2周向上的布置方向与倾斜槽3在轴承本体2周向上的布置方向相同。一般而言，叶片和倾斜槽3在轴承本体2周向上的布置方向，相对于轴承本体2的轴向倾斜。相邻两个叶片之间的子午面流道截面积优选为渐缩形式，以保证从外部流入所述液体动压轴承内部的液体压力升高。在转轴6的转速较低时，轴流增压结构4能够产生泵吸效应，从而在轴套1和轴承本体2的工作表面之间快速形成动压液膜，使轴承本体2和转轴6一起能够在较低转速下迅速起浮。

在转轴6的转速提升到正常转速时，轴流增压结构4能够向轴套1和轴承本体2的工作表面之间泵入更多的液体，液体进入倾斜槽3中，从而增大了动压液膜的压力，使得所述液体动压轴承的承载能力提高；其次也增大了轴套1和轴承本体2的工作表面之间的液体流量，这些流量增大的液体能够及时带走动压液膜产生的热量，降低了动压液膜的温度，由此提高了动压液膜对应的饱和压力，在所述转轴具有相对高的转速时保持动压液膜不会发生空化，降低由于液膜空化造成的轴系失稳的可能性。从而，提高了***运行的稳定性和可靠性。

对于液体动压径向轴承而言，一般使用***工质进行润滑，避免了额外使用润滑剂而对***造成污染。

实施例2

本发明一些实施例还提供了一种离心泵，具有上述实施例所述的液体动压径向轴承。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非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，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种液体动压径向轴承，其特征在于，包括轴套和与所述轴套配合的轴承本体，所述轴承本体包括两相对端面和位于所述两相对端面之间的侧面，所述轴承本体的侧面上设有轴流增压结构，所述轴流增压结构靠近所述两相对端面中的至少一个端面、并远离所述侧面的中央区域。

2.根据权利要求1所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述轴套和所述轴承本体彼此相互独立，所述轴流增压结构设置在所述轴承本体的外侧面上；或者，

所述轴套和所述轴承本体为一体结构，所述轴流增压结构设置在所述轴承本体的内侧面上。

3.根据权利要求1所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述轴流增压结构包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的两排轴流增压结构，一排轴流增压结构靠近所述两相对端面中的一个端面设置，另一排轴流增压结构靠近所述两相对端面中的另一个端面设置，并且所述两排轴流增压结构轴向对称。

4.根据权利要求1所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述轴流增压结构包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的叶片；或者，所述轴流增压结构包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的螺纹。

5.根据权利要求4所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述轴承本体侧面的靠近所述两相对端面的部分设置为锥形台面，所述周向排列的叶片或螺纹设置于所述锥形台面上。

6.根据权利要求1所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述轴流增压结构与对应侧的所述端面平齐；或者，所述轴流增压结构短于对应侧的所述端面。

7.根据权利要求1所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述轴承本体的侧面上还设有倾斜槽或多层金属箔片，所述倾斜槽或所述多层金属箔片设置在所述轴流增压结构靠近所述侧面中央区域的内侧。

8.根据权利要求7所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述倾斜槽包括沿所述轴承本体的侧面周向排列的两排倾斜槽，所述两排倾斜槽轴向对称。

9.根据权利要求8所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述倾斜槽采用矩形截面槽、三角形截面槽、梯形截面槽、阶梯槽、卧式半圆柱槽或渐缩半锥形槽中的至少一种。

10.根据权利要求7所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述多层金属箔片包括沿所述轴承本体的侧面轴向排列的两排多层弹性金属箔片，所述两排多层弹性金属箔片轴向对称。

11.根据权利要求10所述的液体动压径向轴承，其特征在于，所述多层金属箔片为波浪形式、鼓泡形式、悬臂形式或弹簧形式的多层金属箔片。

12.一种离心泵，其特征在于，包括根据权利要求1-11任一项所述的液体动压径向轴承。