轴颈轴承的旋转轴支承结构和该轴承的组装方法

专利名称：轴颈轴承的旋转轴支承结构和该轴承的组装方法
技术领域：
本发明涉及一种直接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承的旋转轴支承结构，譬如位于蒸 汽轮机、气轮机和发电机这样的大型旋转机器中，并特别地涉及一种旋转轴支承结构，通过 该结构可以实现在上轴承轴瓦的支承表面上形成高压油膜。
背景技术：
具有可倾轴瓦的自对准轴颈轴承已经被用作大尺寸旋转机器的轴颈轴承。本发明的申请人设计的一种具有可倾轴瓦的轴颈轴承在专利文献(日本特开专 利申请No. 5-332355)中公开。如在专利文献1中所公开的，每一个可倾轴瓦由球形枢轴和 可调整衬里所支承，可调整衬里被接收在可倾轴瓦背侧面中限定的凹部和轴承壳体内侧面 中限定的凹部中，使得轴瓦可以绕平行于旋转轴的轴线摆动(可圆周摆动)和绕垂直于旋 转轴轴向的方向摆动(可轴向摆动)。由于轴瓦可以根据轴颈的运动而圆周摆动和轴向摆动，可倾轴瓦式轴颈轴承具有 自对准动能。由此其可以稳定地支承轴颈并且优选地适用于高速旋转机器。球形枢轴被接收在可倾轴瓦中的凹部和轴承壳体中的凹部中，从而它用作可倾轴 瓦的止动器，即防止可倾轴瓦被轴颈的旋转圆周地拽动。存在两种类型的可倾轴瓦式轴颈轴承，即油浴润滑型(oil flooded lubrication type)和直接润滑型。在油浴润滑型中，可倾轴瓦的两个轴向端部侧都被密 封，从而在可倾轴瓦和相邻可倾轴瓦之间的间隙被润滑油所充满。使用该类型，机械效率由 于侧面密封的摩擦损失和可倾轴瓦之间间隙中的油的搅动损失而降低。将参考从专利文献1中引用的图8来说明机械效率降低的出现。图8是示出了在 机械损失和油浴型轴颈轴承中的轴颈旋转速度之间关系的图。在图中，总机械损失与旋转 速度的平方几乎成比例。它包括在施加有轴承负荷的下部轴瓦的支承表面和轴颈表面之间 的摩擦损失X，没有施加轴承负荷的上部轴瓦的支承表面和轴颈外圆周之间的摩擦损失Y， 以及机械损失Z，该机械损失Z为由于侧面密封导致的摩擦损失和轴瓦之间的间隙中的由 于轴颈旋转的搅拌导致的油搅动损失之和。直接润滑型可倾轴瓦径向轴承曾被提出用以消除机械损失Z。在直接润滑型中，供 油喷嘴被设置在相对于轴颈旋转方向处于上游的每一个可倾轴瓦的上游侧，并且润滑油被 供应到每一个可倾轴瓦的支承表面，并且侧面密封被取消。直接润滑型现在被广泛采用，因 为可以消除机械损失Z。专利文献1的可倾轴瓦式轴颈轴承是直接润滑型的。另一种类型的直接润滑型可倾轴瓦式径向轴承在专利文献2 (日本特开专利申请 No. 2000-274432)中提出。在直接润滑型的可倾轴瓦式轴颈轴承中，存在所谓的在专利文献 2的段落W009]中所述的润滑油转移(carryover)问题。该现象是上游可倾轴瓦的被润滑 油所润滑的支承表面被转移在旋转轴颈上，以被引到相邻的下游可倾轴瓦的支承表面。由于轴颈的旋转导致的在轴颈圆周表面和可倾轴瓦的支承表面之间的缝隙(下文中称为可倾轴瓦的支承间隙)中润滑油中的剪力，润滑油在该缝隙中温度升高。在上游 可倾轴瓦的支承间隙中温度升高的润滑油被转移到相邻下游可倾轴瓦的支承间隙中，从而 润滑油在下游可倾轴瓦的支承间隙中温度进一步升高，这可导致可倾轴瓦的支承表面的过 热和发生轴承咬死。在专利文献2中提出了防止直接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承中的润滑油转移问 题的装置。在专利文献3 (日本特开专利申请No. 2006-112499)提出了另一装置，防止在直 接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承中的润滑油温度过度升高。使用该装置，供油喷嘴在相对于 轴颈旋转方向的可倾轴瓦上游侧端部和下游侧端部每一处设置到轴承壳体上，且冷却路径 与轴瓦的支承表面圆周平行地形成在外壳中。从位于下游侧端部的供油喷嘴喷出的一部分 油被引导为能被引到冷却路径中，由此从可倾轴瓦的支承表面下方冷却可倾轴瓦的支承表 面，以抑制支承表面的温度升高。如专利文献2段落W004]所述，可倾轴瓦的支承间隙(在轴颈表面和可倾轴瓦的 支承表面之间的间隙)被润滑油所填充，轴瓦被静止的轴承壳体所支承，且轴颈在填充间 隙的油中高速地旋转。由此，在轴瓦的支承表面和轴颈表面之间的油中产生非常大的速度 差异。由于该速度差异楔形油膜形成在轴瓦的支承表面和轴颈表面之间，且在油膜中产生 油压以支承从轴颈施加到轴瓦支承表面上的负荷。图9是引用专利文献2中的图33，示出了在轴颈表面和支承表面之间的润滑油膜 中的压力分布。在该图中，多个可倾轴瓦IOla d被布置在轴颈100周围以支承轴颈100。 在轴颈100和可倾轴瓦IOla IOld之间的径向间隙102被润滑油所填充。施加到轴瓦 102的支承面的油膜压力FP的积分与轴承负荷W —致。通过由于将每一个可倾轴瓦IOla d倾斜而导致的使得轴颈旋转方向下游的径 向间隙102变窄的油膜楔形形状效应而产生高油膜压力。直接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承比油浴润滑型要优越，关键的一点在于如上所述 前者的机械损失要小于后者。然而，在直接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承中由于设置有供油喷嘴和/或采用了抑 制润滑油转移(carryover)的装置，构造变得复杂，并导致制造成本增加。在可倾轴瓦式轴颈轴承中，不仅仅是直接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承，倾斜轴瓦 被设置在轴承壳体内面中的球形枢轴、相对于轴颈圆周且径向地可摆动地支承，且可摆动 支承结构使得轴颈轴承的组装和拆卸过于费劲。使用轴颈轴承的该结构，倾斜轴瓦仅可在 轴颈轴承拆下之后才能从轴承壳体中拆除，因为球形枢轴从轴承壳体突出到倾斜轴瓦背面 中的凹部中。由于旋转轴的自重施加到布置在下轴承壳体的内面上的下可倾轴瓦的支承表面 上，所以在轴颈旋转时高压油膜相对容易地形成在下轴瓦的支承表面上。然而，旋转轴的自 重并没有施加到布置在上轴承壳体的内面上的上可倾轴瓦的支承表面上，从而高压油膜不 能容易地形成。此外，当调整可倾轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙使得朝向轴 颈旋转方向的下游变窄的径向间隙形成在下可倾轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间， 以便于允许在轴颈旋转时在其支承表面上形成高压油膜时，在大型旋转机器的轴颈轴承的情况下该调整并不容易，因为倾斜轴瓦的自重增加了。专利文献1 日本特开专利申请No. 5-332355。专利文献2 日本特开专利申请No. 2000-274432ο专利文献3 日本特开专利申请No. 2006-112499。

发明内容
基于上述现有技术中的问题做出本发明，本发明的目的是提供一种直接润滑型可 倾轴瓦式轴颈轴承的旋转轴支承结构，使用该结构可以防止润滑油从上游轴瓦上的支承表 面转移到相邻下游轴瓦的支承表面，实现了结构简化和制造成本降低，且便于轴承的组装 和拆卸。本发明的另一目的是提供一种轴颈轴承的旋转轴支承结构，其中在上可倾轴瓦 (其上没有施加旋转轴的自重)的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙可以被调 整，由此有助于在可倾轴瓦的整个支承表面上形成高压油膜。为了实现上述目的，本发明提出了一种轴颈轴承的旋转轴支承结构，具具有多个 轴瓦，所述多个轴瓦布置在圆柱形轴承壳体中并沿该轴承壳体的内表面圆周间隔开，使得 可摆动地置于该圆柱形轴承壳体中的轴颈被能自对准的轴瓦所支承，并被构造为使得润滑 油被引入到轴颈和轴瓦之间的间隙，其中，径向间隙形成装置被设置在上轴承壳体的内面 和上轴瓦的背面之间并处于相对于轴颈旋转方向的下游位置处，该径向间隙形成装置允许 朝向轴颈旋转方向的下游变窄的径向间隙形成在上轴瓦的支承表面和轴颈表面之间，其中 由旋转轴的自重而产生的轴承负荷没有施加到该上轴瓦。在本发明中，形成在上轴瓦的支承表面和轴颈表面之间朝向轴颈旋转方向下游变 窄的径向间隙，从而通过油膜的楔形效应在上轴瓦的支承表面上形成高压油膜，结果，可以 实现支承表面的有利润滑性能，并且可以防止轴承咬死的发生。优选地，径向间隙形成装置是弹簧构件，该弹簧构件布置在轴承壳体的内面和上 轴瓦的背面之间，以在上轴瓦的下游位置处径向向内推动上轴瓦，由此允许朝向轴颈旋转 方向的下游变窄的径向间隙形成在上轴瓦的支承表面和轴颈表面之间。使用该构造，在上轴瓦背面上相对于轴颈旋转方向的上轴瓦下游侧端部附近的位 置处，上轴瓦被弹簧构件的弹性力向下朝向轴颈的旋转表面推动。优选地，轴瓦姿态调整装置被设置在上轴瓦的相对于轴颈旋转方向的上游端部附 近和下游端部二者附近，从而在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙可以通 过这两个轴瓦调整装置调整。通过弹簧构件和轴瓦姿势调整装置的组合，可以以高尺寸精度在上轴瓦的支承表 面和轴颈表面之间形成下游收窄的期望径向间隙。优选地，所述轴瓦姿态调整装置是穿过钻穿轴承壳体的通孔的螺栓，该通孔处于 这样的位置使得该螺栓能拧入到设置在位于轴承壳体内的轴瓦圆周端部附近的轴瓦背面 (外部面)中的螺纹孔中，由此在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙可以 通过调整螺栓进入到轴瓦背面中的螺纹孔中的拧入长度来调整。使用这样的构造，轴瓦姿势调整装置是简单和廉价的，且由于通过螺栓轴瓦被轴 承壳体保持，所以旋转轴可以与包括连接到旋转轴的轴颈的轴承轴瓦和轴承壳体的轴颈轴
6承一起移动。优选地，每一个轴瓦在其中央区域处被附近到轴承壳体内表面的球形枢轴所支 承，从而轴瓦可相对于轴颈作圆周和径向的摆动，且在用于对没有受到因旋转轴自重导致 的轴承负荷的上轴瓦进行支承的上轴承壳体中从该轴承壳体外周边径向向内钻有径向通 孔，该径向通孔处于这样的位置使得该通孔朝向球形枢轴的背面敞开，从而能测量从轴承 壳体的外周边到球形枢轴的背面的深度，由此基于该深度的测量结果调整上轴瓦的支承表 面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙。在未受到旋转轴自重的上轴瓦的支承表面和轴颈旋转表面之间的径向间隙中形 成高压油膜是难以预料的。由此，倾向于发生上轴瓦振动。当振动发生时，会发生轴颈的旋 转表面和上轴瓦的支承表面(特别是其上游侧支承表面)的直接接触，导致在上轴瓦的支 承表面上产生开裂。使用上述结构，可以沿着支承表面按期望调整在上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转 表面之间的径向间隙，从而高压油膜被形成在该间隙中，从而可以防止上轴瓦振动的发生。本发明提出了一种直接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承的旋转轴支承结构，其中第一 供油喷嘴定位在轴瓦的上游侧端部，用于将润滑油供应到轴瓦的支承表面，且第二供油喷 嘴定位在轴瓦的下游侧端部，用于防止从轴瓦下游侧端部流出的润滑油转移到位于与该上 游轴瓦相邻且在下游的轴瓦的支承表面，且其中，第一供油喷嘴具有外壳部分并被连接到 轴承壳体，使得该外壳部分的侧面至少以与可倾轴瓦的外侧周边线接触的方式接触轴瓦的 上游侧端面，且第二供油喷嘴也具有外壳部分并被连接到轴承壳体，使得该外壳部分的侧 面至少以与可倾轴瓦的外侧周边线接触的方式接触轴瓦的下游侧端面，由此允许供油喷嘴 用作防止轴瓦作圆周运动的止动件。润滑油从定位在轴瓦的上游侧端部附件的第一供油喷嘴供应到轴瓦的支承表面， 且从第二供油喷嘴朝向轴颈的旋转表面喷射润滑油，以防止润滑油从上游径向间隙被转移 到下游径向间隙粘附在轴颈表面上。第一和第二供油喷嘴两者被构造为在轴瓦的上游侧端 部和下游侧端部两者处保持，轴瓦以防止轴瓦的旋转运动。以这样的方式，润滑油的转移可 以被防止，且此外，附加到轴承壳体的供油喷嘴的长方体外壳的侧部至少沿其外边缘以线 性接触的方式接触每一个轴瓦的上游侧端面和下游侧端面两者中的每一个，从而可以通过 供油喷嘴防止轴瓦因被旋转轴拽动而导致的旋转运动。由此，不再需要用于防止轴瓦的旋 转运动的独立装置，导致支承结构的简化。优选地，轴瓦的上游侧端面和下游侧端面每一个被形成为使得附加到轴承壳体的 供油喷嘴的外壳部分的侧面以线接触方式接触轴瓦的外侧周边，并且轴瓦的端面随着轴瓦 的端面径向向内延伸而与供油喷嘴的外壳部分的侧面逐步分离。通过允许供油喷嘴的外壳的侧面接触轴瓦的圆周侧端面的外周边，轴瓦可以被更 加稳定地保持。适当的是，每一个轴瓦在其中央区域被接收在设置于轴承壳体内面中的凹部中的 球形枢轴所支承，从而轴瓦可相对于轴颈作圆周和径向的摆动，且其中，在用于对没有受到 因旋转轴自重导致的轴承负荷的上轴瓦进行支承的上轴承壳体中从轴承壳体外周边径向 向内钻有径向通孔，该径向通孔处于这样的位置使得该通孔朝向球形枢轴的背面敞开，从 而能测量从轴承壳体的外周边到球形枢轴的背面的深度，由此基于该深度的测量结果来调整上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙。在未受到旋转轴自重的上轴瓦支承表面和轴颈旋转表面之间的径向间隙中形成 高压油膜难以预料。由此，上轴瓦倾向于发生振动。当振动发生时，会发生轴颈的旋转表面 和上轴瓦的支承表面(特别是其支承表面的上游侧)的直接接触，导致在上轴瓦的支承表 面上发生开裂。使用上述结构，可以沿着支承表面按期望调整在上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转 表面之间的径向间隙，从而高压油膜被形成在该间隙中，从而防止上轴瓦振动的发生。优选地，每一个轴瓦在其中央区域被附近到轴承壳体内表面的球形枢轴所支承， 从而轴瓦可相对于轴颈作圆周和径向的摆动，且球形枢轴被接收在设置于轴承壳体内面中 的凹部中，使得该球形枢轴的球形表面的顶部与轴承壳体的内面齐平，由此使得轴瓦能沿 轴颈的轴向方向插入或抽出。轴瓦保持构件被附加到轴承壳体的两个轴向端部，以防止轴瓦的轴向运动。使用 上述构造，可以通过移除使得轴瓦轴向地滑的轴瓦保持构件来插入和抽出轴瓦。由此，轴瓦 的更换或维修可以在不移除旋转轴的情况下实现。一种组装根据本发明的轴颈轴承结构的方法，该结构被构造为使得每一个轴瓦在 其中央区域被接收在设置于轴承壳体内面中的凹部中的球形枢轴所支承，从而轴瓦可相对 于轴颈作圆周和径向的摆动，且其中在用于对没有受到因旋转轴自重导致的轴承负荷的上 轴瓦进行支承的上轴承壳体中从该轴承壳体外周边径向向内钻有径向通孔，该径向通孔处 于这样的位置使得该通孔朝向球形枢轴的背面敞开，从而能测量从轴承壳体的外周边到球 形枢轴的背面的深度，该方法包括测量从轴承壳体的外周边到球形枢轴的背面的深度；以 及将调整垫片放置在球形枢轴的背面上，以调整球形枢轴的球形表面顶部的位置以，便于 调整在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙。根据本发明的方法，对没有受到旋转轴自重的上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表 面之间的径向间隙的调整可以被容易地执行，从而可以在该径向间隙中形成期望的高压油膜。在根据本发明的方法中，轴瓦姿态调整装置被设置在上可倾轴瓦的相对于轴颈旋 转方向的上游端部附近和下游端部附近，在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向 间隙通过轴瓦调整装置调整，使得径向间隙朝向轴颈旋转方向的下游变窄，由此实现朝向 轴颈旋转方向的下游压力升高的润滑油膜的产生。由此，高压油膜可以形成在上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙 中，换句话说，由于所谓楔形效应高压油膜形成在轴瓦的支承表面上。结果，在上轴瓦的支承表面上的润滑特性可以被改善，且可以防止轴承咬死的发 生。优选地，所述轴瓦姿态调整装置是穿过钻穿轴承壳体的通孔的螺栓，该通孔处于 这样的位置使得该螺栓能拧入到设置在位于轴承壳体内的轴瓦圆周端部附近的轴瓦背面 (外部面)中的螺纹孔中，由此在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙可以 通过调整螺栓进入到轴瓦背面中的螺纹孔中的拧入长度来调整。使用这样的构造，轴瓦姿态调整装置是简单和廉价的，且由于轴瓦通过螺栓而被 轴承壳体保持，所以旋转轴可以与包括连接到旋转轴的轴颈的轴承轴瓦和轴承壳体的轴颈轴承一起移动。根据本发明，旋转轴的轴颈被可倾轴瓦式轴颈轴承支承，所处状态是使得朝向轴 颈旋转方向下游收窄的径向间隙形成在上轴承轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间，从 而高压油膜形成在该径向间隙中，换句话说，高压油膜通过所谓的楔形效应形成在上轴瓦 的支承表面上。由此，可以在上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间保持良好的润滑特性，防 止支承表面过热的发生。此外，根据本发明，轴颈轴承被构成为使得第一供油喷嘴具有外壳部分并被附加 到轴承壳体，以使得外壳部分的侧面至少以与可倾轴瓦的外侧周边线接触的方式接触轴瓦 的上游侧端面，且第二供油喷嘴也具有外壳部分并被附加到轴承壳体，以使得外壳部分的 侧面至少以与可倾轴瓦的外侧周边线接触的方式接触轴瓦的下游侧端面，由此允许供油喷 嘴用作防止轴瓦作圆周运动的止动件，从而润滑中的机械损失被降低，从上游轴瓦到相邻 下游轴瓦的润滑油的转移被抑制，且不需要独立的装置来防止轴瓦的圆周运动。此外，根据本发明，在轴颈轴承中，该轴颈轴承被构造为使得在用于对上轴瓦进行 支承的上轴承壳体中从该轴承壳体外周边径向向内钻有径向通孔，该径向通孔处于这样的 位置使得该通孔朝向球形枢轴的背面敞开，可以通过测量从轴承壳体的外周边到球形枢轴 的背面的深度以及基于该深度的测量结果将调整垫片放置在球形枢轴的背面上来调整上 轴瓦的支承表面和轴颈表面之间的径向间隙。由此在上轴瓦支承表面和轴颈表面之间的径 向间隙可以被设定到期望尺寸，从而高压油膜可以形成在径向间隙中，换句话说，高压油膜 形成在在上轴瓦的支承表面上，可防止上轴瓦振动的发生，上轴瓦的支承表面的润滑特性 可以得到改善，这导致轴承咬死的发生的消除。


图1是本发明的轴颈轴承的实施例的截面正视图(图2中的C-C截面)；图2是图1的实施例的截面侧视图(图3中的B-B截面)；图3是图1的实施例的后视图(沿图2中箭头A的方向观察)；图4是在图1的球形枢轴36附近的部分放大截面视图；图5是图1的实施例的供油喷嘴50的透视图；图6是图1中的供油孔60附近的部分放大截面视图；图7是沿图1中D-D线截取的截面视图；图8是示出了在油浴型可倾轴瓦式轴颈轴承中机械损失的图；图9是用于说明在轴颈轴承中由于楔形效应导致油膜压力的形成的图。
具体实施例方式下面将参考附图对本发明的优选实施例进行详细地描述。然而，期望的是，除非特 别指出，在实施例中组成部件的尺寸、材料、相对位置等应该被解释为仅仅是示例性的，而 非对本发明的范围的限制。图1-3示出了本发明的轴颈轴承的实施例。图1是沿图2中C-C线取的截面正视 图，图2是沿图3的B-B线取的截面侧视图，而图3是沿图2中的箭头A方向观察的后视图。
在图1中，轴颈j是诸如蒸汽轮机、气轮机和发电机这样的大型旋转机器的旋转 轴。轴颈j的直径有约40cm那么大，从而支承轴颈j的轴颈轴承10尺寸变大，且轴颈j的 圆周速度变高。轴颈j沿箭头a方向转动。支承轴颈j的轴颈轴承10包括承压台20、轴承壳体30和四个可倾轴瓦40a d， 其中轴承壳体30包括由承压台20固定地支承的下方半圆柱形壳体30b和上方半圆柱形壳 体30a，且四个可倾轴瓦40a d附接到轴承壳体30的内圆周表面。承压台20具有凹入部 分20a，其截面为半圆形，且轴承壳体30被切割为上半圆柱形壳体30a和下半圆柱形壳体 30b这两个半部，下轴承壳体30b被承压台20的半圆形凹入部分20a所支承。上轴承壳体 30a通过定位销31 (在图3中示出)定位到下轴承壳体30b，并通过紧固螺栓32连接到下 轴承壳体30b，如图3所示。四个可倾轴瓦40a d布置在轴承壳体内部以同轴地围绕旋转轴。下文中，当描 述对于所有的倾斜轴瓦都相同的情况时，后缀a d将被省略。这类似地适用于其它组成 部件。如图4所示，凹部42设置在可倾轴瓦40每一个的中央部分附近的背面(外面)中， 且调整衬里44被压配合在凹部中。凹部34形成在轴承壳体30的内面中并处于面向调整 衬里44的位置处，且球形枢轴36被插入在该凹部中。球形枢轴36的面向该调整衬里44的表面被形成为球形表面，从而可倾轴瓦40可 相对于轴颈j圆周且轴向地摆动。可倾轴瓦40被定位为使得在每一个轴瓦之间设置有圆 周间隔si。球形枢轴36定位为使得它们的中心处于距离轴颈轴承的垂直中心线或水平中 心线45°的位置处。球形枢轴36被接收在凹部34中，使得其球形的顶部与轴承壳体30的内圆周表面 齐平。由此，可以通过移除后文所述的侧板并沿轴颈的轴向方向滑动可倾轴瓦而将可倾轴 瓦40在调整衬里44固定在其凹部42中的状态下从轴承组件中移除。在上轴承壳体30a中钻出用于测量的径向孔38且从轴承壳体30a的外周边到凹 部34穿透上轴承壳体30a。外部衬里33被设置在轴承壳体30的外周边上并位于在轴承壳 体30的后方与定位在轴承壳体30内面中的凹部34中的球形枢轴36径向相对的圆周位置 处。如图4所示，外部衬里33通过图中未示出的紧固螺栓附接到轴承壳体30的外周 边。外部衬里33的外周边稍稍从轴承30的圆周表面突出。由此，外部衬里33接触承压台20的凹入表面20a，且下轴承壳体30b经由外部衬 里33的媒介作用而被承压台20所支承。在承压台20的凹入表面20a和下轴承壳体30a 的外表面之间存在径向间隙s2。在外部衬里33中钻有孔33，以与用于测量的孔38连通。用于测量的孔38在后述 测量完成之后用塞子39堵塞。如图2所示，环形侧板35被附接到轴承壳体30的两侧端部，以将可倾轴瓦保持在 轴承壳体的内圆周表面和轴颈j的旋转表面之间。环形侧板35通过多个紧固螺栓37固定 到轴承壳体30的两侧。在环形侧板的内周和轴颈j的旋转表面之间存在径向间隙S3。从 供油喷嘴50喷出的润滑油在用于在轴颈j和轴瓦40之间润滑之后通过该径向间隙s3排
出ο如图1所示，用于喷射润滑油的供油喷嘴50被附接到轴承壳体30以定位在每一个可倾轴瓦的两端侧，也就是说，在相对于轴颈j的旋转方向定位在上游侧和下游侧。图5 以透视图示出了供油喷嘴50的一个实例。将参考图2和图5说明供油喷嘴50的结构。定位在上游侧的供油喷嘴在结构上 与下游侧上的那些供油喷嘴相同。供油喷嘴50包括主外壳52和喷嘴臂54。主外壳52具有长方体部件和圆柱形部 件。喷嘴臂54从长方体部件的彼此相对的两个侧面延伸。圆柱形部件被插入到在轴承壳 体30的轴向中央部分钻出的径向孔70中，从而长方体部件定位为与可倾轴瓦40的圆周侧 端相邻，并且喷嘴臂54沿轴颈j的轴向方向延伸。主壳体52和臂54具有中空部56，其中 润滑油被引入到该中空部56中。每一个喷嘴臂54具有沿臂等间隔布置的多个喷嘴孔58，从而当供油喷嘴50被附 接到轴承壳体30时，喷嘴孔58沿着轴颈的轴向方向面向轴颈j。从相对于轴颈j旋转方 向定位在可倾轴瓦40上游侧的供油喷嘴50的喷嘴孔58喷出的润滑油注入到可倾轴瓦40 的内圆周表面(图4中的支承表面48)和轴颈j的旋转表面之间的径向间隙中，并被轴颈 j的旋转所拽动以在该处形成油膜。从相对于轴颈j旋转方向定位在可倾轴瓦40下游侧的供油喷嘴50的喷嘴孔58 喷出的润滑油使得在可倾轴瓦的支承表面和轴颈j的旋转表面之间间隙(在轴颈和可倾轴 瓦之间的油间隙)经过的润滑油冷却，并同时使得粘附在轴颈j的旋转表面上的油膜瓦解， 以使得油膜从该处分离。由此，防止润滑油因轴颈的旋转表面的拖拽而从轴颈与上游可倾 轴瓦之间的油间隙进入到轴颈与邻近所述上游可倾轴瓦的下游可倾轴瓦之间的油间隙中。 从可倾轴瓦的下游端流出的润滑油通过在侧板35和轴颈j之间的径向间隙s3排出。如图5所示，主外壳52被附接到轴承壳体使得其长方体部件的与可倾轴瓦40的 倾斜表面46面对的面52a接触可倾轴瓦40的倾斜表面46的基部46a，且倾斜表面46歪斜 一小角度α，从而倾斜表面46和面52a之间的间隙径向向内增大。以这样的方式，可倾轴 瓦40的倾斜表面46的基部46a以线接触的形式被支承在主外壳52的面52a处，由此供油 喷嘴50固定地支承可倾轴瓦沿着轴颈旋转方向的运动。如图1所示，供油孔60被设置在承压台20中。外部衬里62定位在下轴承壳体 30b的外周边并处于面向供油孔60的位置处。该部分的构造将参考图6进行说明。在图6 中，外部衬里62具有与供油孔60连通的供油孔62a。在下轴承壳体30b中径向地钻出供油孔64，使得供油孔64通过外部衬里62的供 油孔62a与供油孔60连通。环形油槽66被设置在轴承壳体30的轴向侧面中。环形油槽66绕轴承壳体30的轴向侧端部行进。如图2所示，环形油槽66通过轴 承壳体30中的轴向油孔68与供油喷嘴50的主壳体52的中空部56连通。在主外壳52的 圆柱形部件端部处的中空部56的开口端被塞子72所封闭，且塞子72被C形保持环74所 固定。径向间隙s4形成在承压台20的内圆周表面和外部衬里62的外周边(参见图6) 之间。ο形环76被置于在间隙s4中以密封该间隙。由此，防止通过间隙s4而漏油，且同时 ο形环76还用于使得从下轴承壳体30b通过外部衬里62的中间媒介作用而施加在承压台 20上的轴承负荷变得小于从下轴承壳体30b通过外部衬里33的中间媒介作用而施加在承 压台20上的轴承负荷。
如图7所示，两个圆形凹部84被设置在可倾轴瓦40a和40b的每个外圆周表面上 并沿可倾轴瓦的轴向方向有一定间隔，且两个圆形凹部82被设置在上壳体30a的圆周表面 中。每一个圆形凹部84面向圆形凹部82从而形成圆柱形中空部。凹部84相对于如图1 所示的轴颈j旋转方向设置在可倾轴瓦40a和40b的下游端附近。在由两个面向彼此的凹 部形成的圆柱形中空部中安装有螺旋弹簧80，所述弹簧在可倾轴瓦的下游端侧附近将可倾 轴瓦径向地推向轴颈j。由此，如图9所示，变得容易地在可倾轴瓦40a和40b的支承表面 和轴颈j的旋转表面之间形成沿轴颈j的旋转方向变窄的油间隙。如图1所示，径向螺纹孔90相对于轴颈j的旋转方向设置在每一个可倾轴瓦40 的上游端部部分和下游端部部分附近。在轴承壳体30中钻出径向通孔92，其中该径向通孔 92面向相应的径向螺纹孔90的开口，从而径向通孔92和径向螺纹孔90具有相同的轴线。 六角凹头螺钉94插过每一个径向通孔92且该螺钉的前端部分旋拧到每一个螺纹孔90中。在轴承壳体30的内表面和可倾轴瓦40的外表面之间的径向间隙可以通过调整六 角凹头螺钉94的拧入长度来调整，由此可倾轴瓦40的支承表面和轴颈的旋转表面之间的 径向间隙(支承间隙)可以被调整。以这样的方式，可倾轴瓦的支承表面和轴颈表面之间的上游侧径向间隙和下游侧 径向间隙可以被独立地调整，也就是说，可倾轴瓦的姿态可以被调整，以通过紧凑和不昂贵 的手段获得楔形径向间隙。在本发明的这种实施例中，润滑油被从设置在承压台20中的供油孔60通过在轴 承壳体30中的环形油槽66和轴向油孔68供应到供油喷嘴50的中空部56。润滑油被从供 油喷嘴50的喷嘴臂54的喷嘴孔58喷向轴颈j的旋转表面。从相对于轴颈j的旋转方向定位在可倾轴瓦40上游侧的供油喷嘴50喷出的润滑 油被引入到在轴颈和可倾轴瓦之间的油间隙中，以润滑轴颈j的旋转表面和支承表面48。 从相对于轴颈j的旋转方向定位在可倾轴瓦40下游侧的供油喷嘴50喷出的润滑油撞上轴 颈j的旋转表面，使得在轴颈表面和上游可倾轴瓦之间的油间隙中并粘附在轴颈j旋转表 面上的温度升高的润滑油冷却，并瓦解粘附在轴颈旋转表面上的油层，以防止粘附在轴颈 旋转表面上的高温油层被转移到轴颈表面和相邻下游可倾轴瓦的支承表面之间的油间隙 中。由此，可防止可倾轴瓦40的支承表面48的过度温度升高，并防止轴承咬死的发生。可以通过用已知的测量设备测量球形枢轴36到用于测量的径向孔38之间的距离 并确定在轴颈表面和支承表面48之间的径向间隙，并基于测量结果将调整垫片86插入到 球形枢轴36的背面上的凹部34中，从而将轴颈表面和可倾轴瓦的支承表面48之间的径向 间隙调整到期望间隙。通过使用该间隙调整方法以及通过六角凹头螺钉94进行的间隙调整，在轴颈表 面和可倾轴瓦的支承表面之间的间隙可以高精度地调整到期望间隙，使得该间隙相对于轴 颈的旋转方向朝向可倾轴瓦的下游侧变窄，如图9所示。由此，可以容易地在支承表面48 上产生由于楔形效应导致的高油膜压力，且可以保持支承表面48的高润滑性能。旋转轴的自身重量施加在定位于下轴承壳体30b上的可倾轴瓦40c和40d上，从 而可以相对容易地形成如图9所示的下游收窄的楔形径向间隙。另一方面，旋转轴的自身 重量未施加在定位于上壳体30a上的可倾轴瓦40a和40b上，从而不能容易地在轴颈表面 和上可倾轴瓦40a和40b的支承表面48之间的高压油膜的形成。
根据该实施例，定位在上轴承壳体上的可倾轴瓦40a和40b每一个的下游端部被 螺旋弹簧80的弹性力径向向内推，从而楔形径向间隙收窄下游部分也可以容易地在上可 倾轴瓦40a和40b中形成。由此，高压油膜可以通过楔形效应而在上可倾轴瓦40a和40b 的支承表面上产生。当旋转轴的自重并没有施加到上可倾轴瓦40a和40b时，存在出现上可倾轴瓦振 动的倾向，这将会导致发生可倾轴瓦的支承表面的疲劳失效。可以根据本实施例来消除该 问题。此外，由于供油喷嘴50定位在可倾轴瓦的上游侧和下游侧，使得可倾轴瓦沿圆周 方向的运动被供油喷嘴50的主轴瓦52所阻止，所以不需要另外的装置来防止因轴颈旋转 的拖拽而导致的可倾轴瓦沿圆周方向的运动，且轴颈轴承在结构上可以被简化。此外，由于可倾轴瓦40被支承在该外侧圆周部分46a处，所以在可倾轴瓦前侧和 后侧中的空间可以变宽，这使得可以实现润滑油的更加稳定的供应。通常，球形枢轴36被接收在轴承壳体30的凹部中，使得其延伸到可倾轴瓦40的 凹部中，从而球形枢轴36用于防止可倾轴瓦40的圆周运动。根据本发明的实施例，不再需 要这样的构造。由此，通过允许球形枢轴的球形表面与轴承壳体30的内圆周表面齐平，可 以通过仅移除侧板35而将可倾轴瓦40顺着轴颈j轴向地抽出。由此，可倾轴瓦40可以在 轴颈处于原位的状态下移除，这有助于在维修和更换可倾轴瓦时移除和安装可倾轴瓦40。此外，根据该实施例，通过除了外部衬里33之外独立地设置具有供油孔62a(该供 油孔与在承压台20中的供油孔60连通)的外部衬里62，可以防止如在常规的可倾轴瓦式 轴颈轴承实例中那样在外部衬里33中钻出油孔而造成的外部衬里33刚度的降低。因此， 可以消除必须增加轴承壳体30的径向厚度来补偿外部衬里33高度降低的需要。此外，由于外部衬里62被设置为使得外部衬里62从轴承壳体30接收的负荷小于 外部衬里33接收的负荷，所以可以在不增加轴承壳体30的支承点数量的情况下设置供油 孔62a，因此不需要增加轴承壳体30的负荷支承部件的尺寸精度，且能保证轴颈轴承组装 的容易性。此外，由于外部衬里62被设置到下轴承壳体30b，来自轴颈j的轴承负荷通过可倾 轴瓦40的中间媒介作用而施加到该下轴承壳体30b上，轴承负荷的调整变得容易，此外，由 于能够弹性变形的ο形环76被置于外部衬里60和承压台20之间，所以所述轴承负荷的调
整被进一步简易化。此外，通过简单的构造，润滑油通过在承压台20中的供油孔60、环形油槽66、供油 孔68和在供油喷嘴50的主轴瓦中的中空部56而被供应到供油喷嘴50的喷嘴臂54，而不 会降低轴承壳体30的刚度。在该实施例中ο形环被用在外部衬里62和承压台20之间，然而，其它弹性构件 (例如波纹伸缩件(bellow))等可以代替ο形环。通过在外部衬里62和承压台之间使用这 样的弹性构件，可以容易地调整从轴承壳体30通过外部衬里62而施加到承压台20上的轴 承负荷。工业适用性根据本发明提供一种采用直接润滑型可倾轴瓦式轴颈轴承的旋转轴支承结构，使 用该结构高压油膜可以通过简单和廉价的手段形成在上可倾轴瓦的支承表面上，可消除润滑油转移的发生，且实现了结构简化，降低机械成本和轴颈轴承易于组装和拆卸，且该轴颈 轴承优选地可用于大型旋转机器，譬如蒸汽轮机、气轮机和发电机。
权利要求
一种轴颈轴承的旋转轴支撑结构，具有多个轴瓦，所述多个轴瓦布置在圆柱形轴承壳体中并沿该轴承壳体的内表面圆周地间隔开，使得可摆动地置于该圆柱形轴承壳体中的轴颈被能自对准的轴瓦所支撑，并被构造为使得润滑油被引入到轴颈和轴瓦之间的间隙，其中径向间隙形成装置被设置在上轴承壳体的内面和上轴瓦的背面之间并处于相对于轴颈旋转方向的下游位置处，该径向间隙形成装置允许朝向轴颈旋转方向的下游变窄的径向间隙形成在上轴瓦的支承表面和轴颈表面之间，由旋转轴的自重而产生的轴承负荷没有施加到该上轴瓦。
2.如权利要求1所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中，所述径向间隙形成装置是弹簧构件，该弹簧构件布置在轴承壳体的内面和上轴瓦的背 面之间，以在上轴瓦的下游位置处径向向内推动上轴瓦，由此允许朝向轴颈旋转方向的下 游变窄的径向间隙形成在上轴瓦的支承表面和轴颈表面之间。
3.如权利要求1所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中，轴瓦姿态调整装置被设置在上轴瓦的相对于轴颈旋转方向的上游端部和下游端部二 者附近，从而在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙可以通过这两个轴瓦调整装置调整。
4.如权利要求3所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中，所述轴瓦姿态调整装置是穿过钻穿轴承壳体的通孔的螺栓，该通孔处于这样的位置使 得该螺栓能拧入到设置在位于轴承壳体内的轴瓦圆周端部附近的轴瓦背面(外部面)中的 螺纹孔中，由此在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙可以通过调整螺栓进 入到轴瓦背面中的螺纹孔中的拧入长度来调整。
5.如权利要求1到4中任一项所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中，每一个轴瓦在其中央区域处被连接到轴承壳体内表面的球形枢轴所支撑，从而 轴瓦可相对于轴颈作圆周和轴向的摆动，且其中，在用于对没有受到因旋转轴自重导致的轴承负荷的上轴瓦进行支撑的上轴承 壳体中从该轴承壳体外部周边径向向内钻有径向通孔，该径向通孔处于这样的位置使得该 通孔朝向球形枢轴的背面敞开，从而能测量从轴承壳体的外部周边到球形枢轴的背面的深 度，由此基于该深度的测量结果调整上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间 隙。
6.如权利要求1所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中，第一供油喷嘴定位在轴瓦的上游侧端部，用于将润滑油供应到轴瓦的支承表面，且第 二供油喷嘴定位在轴瓦的下游侧端部，用于防止从轴瓦下游侧端部流出的润滑油转移到位 于与该上游轴瓦相邻且在下游的轴瓦的支承表面，且其中，第一供油喷嘴具有外壳部分并被连接到轴承壳体，使得该外壳部分的侧面至少 以与轴瓦的外侧周边线接触的方式接触轴瓦的上游侧端面，且第二供油喷嘴也具有外壳部 分并被连接到轴承壳体，使得该外壳部分的侧面至少以与轴瓦的外侧周边线接触的方式接 触轴瓦的下游侧端面，由此供油喷嘴用作防止轴瓦作圆周运动的止动件。
7.如权利要求6所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中，轴瓦的上游侧端面和下游 侧端面每一个被形成为使得连接到轴承壳体的供油喷嘴的外壳部分的侧面以线接触方式接触轴瓦的外侧周边，并且轴瓦的端面随着轴瓦的端面径向向内延伸而与供油喷嘴的外壳 部分的侧面逐步分离。
8.如权利要求6所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中每一个轴瓦在其中央区域被接收在设置于轴承壳体内面中的凹部中的球形枢轴所支 撑，从而轴瓦可相对于轴颈作圆周和轴向的摆动，且其中，在用于对没有受到因旋转轴自重导致的轴承负荷的上轴瓦进行支撑的上轴承壳 体中从轴承壳体外部周边径向向内钻有径向通孔，该径向通孔处于这样的位置使得该通孔 朝向球形枢轴的背面敞开，从而能测量从轴承壳体的外部周边到球形枢轴的背面的深度， 由此基于该深度的测量结果来调整上轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙。
9.如权利要求6或7所述的轴颈轴承的旋转轴支撑结构，其中每一个轴瓦在其中央区域被连接到轴承壳体内表面的球形枢轴所支撑，从而轴瓦可相 对于轴颈作圆周和轴向的摆动，且其中，球形枢轴被接收在设置于轴承壳体内面中的凹部中，使得该球形枢轴的球形表 面的顶部与轴承壳体的内表面齐平，由此使得轴瓦能沿轴颈的轴向方向插入和抽出。
10.一种组装权利要求8的结构的轴颈轴承的方法，包括测量从轴承壳体的外部周边到球形枢轴的背面的深度；以及将调整垫片放置在球形枢轴的背面上，以调整球形枢轴的球形表面顶部的位置以便于 调整在轴瓦的支承表面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙。
11.如权利要求10所述的组装轴颈轴承的方法，其中，轴瓦姿态调整装置被设置在上 倾斜轴瓦的相对于轴颈旋转方向的上游端部附近和下游端部附近，在轴瓦的支承表面和轴 颈的旋转表面之间的径向间隙通过轴瓦姿态调整装置调整，使得径向间隙朝向轴颈旋转方 向的下游变窄，由此实现朝向轴颈旋转方向的下游压力升高的润滑油膜的产生。
12.如权利要求11所述的组装轴颈轴承的方法，其中，所述轴瓦姿态调整装置是穿过 钻穿轴承壳体的通孔的螺栓，该通孔处于这样的位置使得所述螺栓能拧入到设置在位于轴 承壳体内的轴瓦圆周端部附近的轴瓦背面(外部面)中的螺纹孔中，由此在轴瓦的支承表 面和轴颈的旋转表面之间的径向间隙可以通过调整螺栓进入到轴瓦背面中的螺纹孔中的 拧入长度来调整。
全文摘要
在设置于轴颈上侧上的且未受到旋转轴自重的可倾轴瓦和轴颈之间的间隙可以被调整，这允许润滑油的高压油膜容易地形成在该轴颈的整个圆周上且消除了轴颈轴承中的润滑油转移。一种旋转结构，设置有具有轴瓦(40)的轴颈轴承(10)，所述轴瓦可摆动地设置在圆柱形轴承壳体(30)中并以自校准的方式支承轴颈(j)，且该旋转结构以润滑油在轴颈(j)和轴瓦之间供应的方式设置。弹簧构件(80)设置在相对于轴颈旋转方向位于上轴瓦下游部分的位置处且在轴承壳体的内表面和上轴瓦的后表面之间，且弹簧构件(80)适于将弹性力施加到上轴瓦的下游部分，以将该下游部分压到轴颈侧。在上轴瓦和轴颈之间，弹簧形成一朝向轴颈旋转方向的下游变窄的间隙。该旋转结构设置有用于将润滑油供应到轴瓦的支承表面(48)的第一供油喷嘴(50)和用于防止已经经过支承表面的润滑油转移的第二供油喷嘴。每个第一供油喷嘴(50)的外壳表面(52a)至少以线性接触的方式接触外壳的前表面(46)，所述前表面(46)面向外壳表面，而每个第二供油喷嘴(50)的外壳表面至少以线性接触方式支承外壳的后表面，所述后表面面向外壳表面，且这使得外壳(40)的沿轴颈旋转方向的位置被固定和支承。
文档编号F16C33/10GK101981332SQ20098011162
公开日2011年2月23日 申请日期2009年11月11日 优先权日2008年11月12日
发明者中野隆, 胁勇一朗, 贝漕高明 申请人:三菱重工业株式会社