CN110345165A - 一种可以主动温度调节的轴承座 - Google Patents

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王昱
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陈良
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Abstract

本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种可以主动温度调节的轴承座，包括轴承基座和自动换热装置，自动换热装置包括温度传感器、换热装置及控制***；控制***包括温度测量模块、控制模块及温控模块；换热装置设置在轴承基座内；温控模块包括加热模块和制冷模块；温度传感器用于测量轴承基座内的温度，并通过数据采集器将温度信息传至控制***中的温度测量模块；控制模块根据温度测量模块的温度信息来启动温控模块的加热模块或制冷模块，通过换热装置进行热量或冷量的输入。本发明可以在透平机械开机前自动检测并进行轴承实际工况与其设计工况的匹配，在轴承正常运行中自动监测并控制轴承工作温度，保证轴承正常、平稳地形成支承和运行。

Description

一种可以主动温度调节的轴承座
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种可以主动温度调节的轴承座。
背景技术
随着航空航天、能源动力等领域技术的发展，为了保持高速运转机械的清洁性、稳定性和可靠性，对润滑技术也提出了越来越高的要求。透平机械油介质的使用使得***的清洁性无法得到保证，因此就需要其他形式的无油轴承来进行润滑。由于磁轴承结构复杂、造价昂贵，推广受到限制，故气体轴承成为较好的选择。
气体轴承利用工质气体粘性来提高其间隙内的气体压力，从而使转子浮起，按其工作原理可分为静压气体轴承和动压气体轴承两种。静压气体轴承中，气体通过供气孔进入气室，然后分数路流经节流器进入轴承和轴颈的间隙，再从两端流出轴承，在间隙内形成支承载荷的静压气膜，由于外部供气，因此静压轴承的承载性能相对较高，但需要一套供气***，装置较为复杂，同时需要耗费一定量的压力气体，且可能发生气锤振动，使其经济性和可用性降低。对于一些特定的场合，如燃气轮机、航空涡轮制冷器、空间微型透平制冷机等，则可以采用动压气体轴承进行支承。动压气体轴承是利用气体在楔形空间产生的流体动压力来支承载荷的，可分为刚性表面动压气体轴承和柔性表面动压气体轴承。
在极端工作环境下，轴承实际工况与其设计工况偏离较远，导致轴承部件参数、表面镀层性能发生变化，使得轴承启动情况恶化，造成透平机械无法正常启动。当轴承运行时，又可能由于摩擦产生热量，导致轴承环境及部件温升，影响轴承的正常平稳工作。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种可以主动温度调节的轴承座，其可以在透平机械开机前自动检测并进行轴承实际工况与其设计工况的匹配，在轴承正常运行中自动监测并控制轴承工作温度，保证轴承正常、平稳地形成支承和运行。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种可以主动温度调节的轴承座，其特殊之处在于：
包括轴承基座和自动换热装置，所述自动换热装置包括温度传感器、换热装置及控制***；所述控制***包括温度测量模块、控制模块及温控模块；所述换热装置设置在轴承基座内；所述温控模块包括加热模块和制冷模块；
所述温度传感器用于测量轴承基座内的温度，并通过数据采集器将温度信息传至控制***中的温度测量模块；所述控制模块根据温度测量模块的温度信息来启动温控模块的加热模块或制冷模块，通过换热装置进行热量或冷量的输入。
进一步地，上述温度传感器周向设置在轴承基座内。
进一步地，上述换热装置周向设置在轴承基座内。
进一步地，上述温度传感器与数据采集器的连接包括但不限于通过数据采集线、无线数据发射器等方式。
进一步地，上述换热装置可以是周向线圈状、径向线圈状、点状等形状；所述换热装置的埋布数量、方式可根据轴承工作环境及运行条件、加热速率要求等参数进行调整。
进一步地，上述换热装置包括但不限于热敏金属、半导体换热片等。
本发明可以应用于多种气体轴承中，其类型包括但不限于气体静压径向、止推轴承、柔性或刚性表面气体动压径向、止推轴承及气体动静压径向、止推轴承等。
本发明的优点：
本发明为一种可以主动温度调节的轴承座，相比传统轴承，本发明可以在***开机前通过传感器检测轴承状态，当轴承工作间隙温度与设计工况不匹配时，换热装置迅速输入冷量或热量，保证轴承实际工况与其设计工况的匹配；传感器检测轴承工况达到设计工况时，换热装置停止冷量或热量的输入；当轴承处于运行状态时，控制***可以通过传感器实时监测轴承的工作间隙温度，并通过与设计工况进行对比，实时确定每一时刻轴承的换热方案；传感器的周向排布能够保证对轴承工作间隙温度的精准定位；换热装置的周向排布方式能够保证更高的换热效率；进一步，换热装置可以选择不同形式、材料的换热装置，保证更高热效率的同时，确保更精准的输入功率，使轴承***具有良好的冷却特性。
附图说明
图1为图1为本发明的整体结构示意图之一(动压结构图)；
图2为本发明的组织装配示意图；
图3为本发明的整体结构示意图之二(静压结构图)；
图4为箔片组示意图一；
图5为箔片组示意图二；
图6为自动换热装置示意图；
图7为换热装置的典型埋布方式之一(隐藏轴承座)；
图8为换热装置的典型埋布方式之二(隐藏轴承座)。
其中，1、轴承基座；2、温度传感器；3、换热装置；5、底层加热箔；6、波箔；7、顶层平箔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
参见图1、图2、图3和图6，一种可以主动温度调节的轴承座，包括轴承基座1和自动换热装置，所述自动换热装置包括温度传感器2、换热装置3及控制***；所述控制***包括温度测量模块、控制模块及温控模块；所述换热装置3设置在轴承基座1内，所述温控模块包括加热模块和制冷模块。所述温度传感器2用于测量轴承基座1的温度，并通过数据采集器将温度信息传至控制***中的温度测量模块；所述控制模块根据温度测量模块的温度信息来启动温控模块的加热模块或制冷模块，通过换热装置进行热量或冷量的输入。
优选地，所述温度传感器2周向埋于轴承基座1内，顶端与轴承基座1内缘平齐，另一端与数据采集器相连。换热装置3周向设置在轴承基座1内。
优选地，所述温度传感器2与数据采集器的连接方式为通过数据采集线或无线数据发射器连接。
优选地，所述换热装置3为周向线圈状、径向线圈状或点状等结构，其埋布数量、方式可根据轴承工作环境及运行条件、换热速率要求等参数进行调整，图7和图8展示了两种典型的换热装置3埋布方式；所述换热装置3为热敏金属或半导体换热片。
如图4和图5所示，可以根据热量需求的大小而确定柔性表面动压气体轴承结构，其典型排布形式包括但不限于从外到内依次设有底层加热箔5、波箔6及顶层平箔7的三层结构，或者，从外到内依次设有波箔6、顶层平箔7的两层结构。
在极端工作环境下，轴承实际工况与其设计工况偏离较远，导致轴承无法正常形成润滑支承，造成透平机械无法正常启动。当轴承运行时，又可能由于摩擦产生热量，导致轴承环境及部件温升，影响轴承的正常平稳工作。发明提出的一种可以自动控温的轴承座，可以在***开机前通过温度传感器2检测轴承状态，当轴承环境温度与设计工况不匹配时换热装置3迅速输入冷量或热量，保证轴承实际工况与其设计工况的匹配。温度传感器2检测轴承工况达到设计工况时换热装置3停止冷量或热量的输入；当轴承处于运行状态时，控制***可以通过温度传感器2实时监测轴承的工作温度，并通过与设计工况进行对比，实时确定每一时间轴承的换热方案，保证透平机械轴承正常、平稳地开机与运行。
温度传感器2的周向排布能够保证对轴承环境温度的精准定位；换热装置3的周向排布方式能够保证更高的换热效率，可以选择不同形式、材料的加热装置，在保证更高热效率的同时，确保更精准的输入功率，使轴承***具有良好的冷却特性。
本发明可以应用于多种气体轴承中，其类型包括但不限于气体静压径向、止推轴承，柔性或刚性表面气体动压径向、止推轴承及气体动静压径向、止推轴承等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，本领域的技术人员其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行调节，或者对其中部分技术特征进行等同替换。所以，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种可以主动温度调节的轴承座，其特征在于：
包括轴承基座(1)和自动换热装置，所述自动换热装置包括温度传感器(2)、换热装置(3)及控制***；所述控制***包括温度测量模块、控制模块及温控模块；所述换热装置(3)设置在轴承基座(1)内；所述温控模块包括加热模块和制冷模块；
所述温度传感器(2)用于测量轴承基座(1)的温度，并通过数据采集器将温度信息传至控制***中的温度测量模块；所述控制模块根据温度测量模块的温度信息来启动温控模块的加热模块或制冷模块，通过换热装置(3)进行热量或冷量的输入。
2.根据权利要求1所述的一种可以主动温度调节的轴承座，其特征在于：所述温度传感器(2)周向设置在轴承基座(1)内。
3.根据权利要求2所述的一种可以主动温度调节的轴承座，其特征在于：所述换热装置(3)周向设置在轴承基座(1)内。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种可以主动温度调节的轴承座，其特征在于：所述温度传感器(2)与数据采集器的连接方式为通过数据采集线或无线数据发射器连接。
5.根据权利要求4所述的一种可以主动温度调节的轴承座，其特征在于：所述换热装置(3)为周向线圈状、径向线圈状或点状。
6.根据权利要求5所述的一种可以主动温度调节的轴承座，其特征在于：所述换热装置(3)为热敏金属或半导体换热片。
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