专利名称：流体动力轴向滑动轴承及相应的操作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体动力轴向滑动轴承，所述流体动力轴向滑动轴承 被特别地设计用于高的应力。这种轴向滑动轴承特别是可用于支撑大的电 机、例如水力发电机的轴。本发明还涉及一种用于操作这种类型的流体动 力轴向滑动轴承的方法。
背景技术：
为了轴向支撑大的电机例如水力发电机的轴，使用重型流体动力轴向 滑动轴承吸收轴向力，特别是当相应的轴竖直设置即具有竖直转动轴线时。 实现彼此相对运动的轴承区段具有相互面对的平滑动表面，在操作过程中， 在平滑动表面之间建立承载流体动力润滑膜。润滑膜的厚度在此取决于多 种因素，特别是取决于作用在轴向滑动轴承上的负载。在轴向滑动轴承内， 作用在散布于静止、旋转轴承之间的润滑剂上的相当大的剪切应力使润滑 剂显著升温，这通常会使得需要对润滑剂进行内部或外部冷却，以防止过 高的升温对润滑剂产生热破坏，以及确保轴向滑动轴承的操作具有一定的 可靠性。
在大面积的轴承区段的情况下，在轴承区段内，此时会在与滑动表面 紧邻的区域和较远的区域之间可产生相当大的温差，所述温差伴随有热应 力，它们一起损害承载能力和这些构件的工作寿命。
发明内容
本发明从此开始。本发明，如权利要求中所述，解决的是问题是针对 流体动力轴向滑动轴承和相关的操作方法提供改进的实施方式，特别是与 相同尺寸的传统滑动轴承相比，该实施方式可使得负载增大，同时运行可 靠性至少保持相同。
根据本发明，上述目的通过独立权利要求的主题实现。有利实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于以下总体思想在润滑剂间隙内，在润滑剂的压力相对较 高的区域，分出一部分润滑剂流，并将其返回到润滑剂间隙内的润滑剂的 压力相对较低的区域。
本发明在此利用以下发现在轴向滑动轴承的操作过程中，会在润滑 剂间隙内形成相当大的压力梯度。传统轴向滑动轴承的润滑剂间隙内的典 型的压力曲线示例性地示于图6中。根据本发明，在润滑剂间隙内的压力 最高或接近最髙的区域，设置通向均衡管道的至少一个入口，所述均衡管 道离滑动表面有一段距离地穿入轴承区段或在轴承区段内延伸，在压力相 对较低的位置处再经由至少一个出口返回润滑剂间隙。由于存在压差，一 部分润滑剂的再循环被启动，即，在高压区域的部分润滑剂流从润滑剂间 隙传到均衡管道中，逆着润滑剂间隙中的润滑剂的主流动方向流过均衡管 道，最后在轴承区段的区域以较低压力再次进入润滑剂间隙并与已在那的 润滑剂汇合。
本发明具有的优点多种多样。由于润滑剂在下游高压区域被移除并供 给到上游低压区域，移除区域中的压力水平被降低，供给区域中的压力水 平升高。结果，在轴向滑动轴承的相应的轴承区段的润滑剂间隙内实现了 更均衡的压力分布。该系统是自调节的。根据普遍存在的压力条件、流动 横截面和润滑剂的粘性，在操作过程中自动实现了均衡的状态。因此，不 需另外的控制措施。
令人惊讶的是，还已发现，根据本发明的措施使得与不具有根据本 发明的措施的相当的轴向滑动轴承相比，润滑剂间隙被扩大。借此，由于 较厚的润滑膜，产生了运行可靠性提高的另外优点，由此可期望使轴向滑 动轴承可具有较大的负载。
此外，润滑剂间隙的扩大提高了润滑剂通过润滑剂间隙的通过量。这 提高了新的、冷的润滑剂的供给，借此， 一方面，润滑剂本身的温度、进 而作用在润滑剂上的热负荷下降，另一方面，于是滑动表面的温度也下降。 进而，这使作用在相应轴承区段上的热负荷下降，与此共同作用，在大面 积的轴承区段的情况下，这使得由于体温的大的差别而导致变形的危险降 低。此外，在至少一个均衡管道中流过相应的轴承区段的热的润滑剂有助于在相应的轴承区段内产生均衡的体温。
本发明的进一步的重要特征和优点显见于从属权利要求、附图和参看 附图所作的相关的附图描述。
本发明的优选示例性实施例表示在附图中，且在下面的描述中将被更 详细地解释，相同或相似的或功能上相同或相应的元件以相同的附图标记 表示。在附图中，分别示出了以下示意性图示
图1示出了轴向滑动轴承的轴承区段的轴向俯视图； 图2示出了沿着图1的剖切线D-D所作的轴承区段的剖视图； 图3示出了在根据图2的视向III的周向上的轴承区段的视图； 图5示出了根据图3的剖切线C-C的轴承区段的剖视图； 图6是示出了在传统的轴承区段中的位于润滑剂间隙内的压力情况的 图；以及
图7是示出了在根据本发明的轴承区段的情况下的润滑剂间隙内的压 力情况的图。
具体实施例方式
图1至5示出了重型流体动力轴向滑动轴承(未另外示出)的支撑区段 或轴承区段l，所述滑动轴承例如可用于垂直电机、例如水轮发电机上。便 利地，这些轴承区段1中的多个轴承区段在此相对于该机器的转子(未示出) 的转动轴线设置成环的形状。所述转子轴向支撑在轴向滑动轴承的这些轴承 区段1上。轴向滑动轴承的轴承区段1本身又搁设在固定基部上，即它们是 静止的。轴向滑动轴承浸没在润滑油中。在机器的操作过程中， 一方面是转 子的相通接触表面或滑动表面、另一方面是轴承区段1的相通接触表面或滑 动表面之间形成摩擦减小的润滑膜，所述润滑膜由润滑剂池和/或经由高压 润滑的管道以本身公知的方式供给。例如，转子以图1中的箭头标记的转动 方向2转动。对于静止轴承区段1来说，相对于通过转子的转动传送的润滑 剂，因此，获得了前导边缘3和尾边缘4。在流入侧，相应的轴承区段l在 其滑动表面5上被形成出斜面，所述滑动表面5在图1中面向观察者。相应的倾斜线在图1中以附图标记6表示。斜面6用于帮助润滑油进入到润滑剂 间隙中，所述润滑剂间隙轴向上形成在相应的轴承区段1与转子的相应的滑 动表面之间。
因此，相应的轴向滑动轴承包括两个可相互调节的子组件，即旋转子组 件和静止子组件。旋转子组件被构造成在转子上具有其滑动表面，而静止子 组件包括轴承区段1，所述轴承区段1具有它们的滑动表面5。
在配有传统轴承区段1的传统轴向滑动轴承中，在操作过程中，在相应 轴承区段1的滑动表面5上建立了图6中示出的压力分布。从前导边缘3至 尾边缘4，压力首先明显增大，然后再降低。压力曲线大概在相应的轴承区 段1的尾侧三分之一处达到其最大值。
在本发明的轴向滑动轴承的操作中，在润滑剂间隙内，此时部分量的润 滑剂被从静水压力相对较高的区域排出，且返回到润滑剂间隙内的静水压力 相对较低的区域中。优选地，特别是对于轴向滑动轴承的这些轴承区段1中 的每个轴承区段来说，润滑剂的移除和润滑剂的导入相应地在这种轴承区段 1内发生。为此，在相应轴承区段l内，可优选地构造润滑剂路径7，所述 润滑剂路径7在相应的轴承区段1内延伸，润滑剂经由润滑剂路径7从高压 区域移除并导入低压区域。
为了在相应的轴承区段1内实现润滑剂从高压区域到低压区域的上述 传输，相应轴承区段1包含至少一个均衡管道8。相应的均衡管道8在相应 的轴承区段l内以离滑动表面5有一段距离的方式延伸。相应的均衡管道8 用于将润滑剂间隙中的高压区域连接到润滑剂间隙中的低压区域，使得，在 操作过程中，润滑剂可从高压区域流动到低压区域，确切地讲，与润滑剂在 润滑剂间隙中的对应于转动方向2的通常流动方向相反。
图7在此示出了沿着根据本发明的轴承区段1中的、和根据本发明的轴 向滑动轴承中的滑动表面5的润滑剂间隙中的压力曲线。在附图标记9，发 生润滑剂从润滑剂间隙的移除，借此，高压区域受到显著的介入，此时，不 是具有一个最大值，而是具有两个最大值。在附图标记10处，润滑剂导入 润滑剂间隙，借此，在该低压区域，平均压力显著升高；同时，也可在此处 形成(较小)的压力最大值。总体上，因此在相应的轴承区段1的滑动表面 5内获得一定的压力均衡。在低压区域中，即在相应的轴承区段1的流入侧或前区域中，压力水平得到提高，同时，在高压区域中，即在轴承区段l的 流出侧或后区域中，压力水平相应地被降低。结果，在润滑剂间隙内，获得 了更有益的压力分布，这增加了轴向滑动轴承的承载能力和使用寿命。
在绕着相对于转动轴线径向定向的支承轴枢转安装的轴承区段1中，压 力偏移逆着流入引起倾斜力矩，这扩大了相应的轴承区段1的流入侧的润滑 剂间隙，因此改善了向着润滑剂间隙的润滑剂供给。令人惊讶地，还可观察 到润滑剂间隙的扩大，这同样导致作用在上面的载荷的减小和轴向滑动轴承 的寿命的延长。
根据图1-3，相应轴承区段1具有至少一个入口 11，所述入口 11设在 润滑剂间隙的高压区域中，且润滑剂通过所述入口 11脱离润滑剂间隙进入 均衡管道8。轴承区段1还具有至少一个出口 12，所述出口 12设置在润滑 剂间隙的低压区域中，且润滑剂通过所述出口 12从均衡管道8返回到润滑 剂间隙。因此，均衡管道8将与润滑剂间隙连通的入口 11连接到也与润滑 剂间隙连通的出口 12。在此处所示的优选实施例中，入口 11设置在入口凹 槽13的底部，所述入口凹槽13构造在滑动表面5中，例如被铣削加工在轴 承区段1中。相应地，对于出口12，它设在出口凹槽14中，所述出口凹槽 14构造在滑动表面5中，例如通过铣削加工凹陷地设在轴承区段1中。这 些凹槽13、 14中的至少一个凹槽，在该示例中是两个凹槽13、 14，为直线 形状，且在此相对于转子或旋转子组件的转动轴线被径向定向。而且，相应 的凹槽13、 14在相应的轴承区段1的径向宽度的相当大的区域上延伸。因 此，在由凹槽13、 14限定的相当大的区域内产生压力均衡。而且，凹槽13、 14中的至少一个凹槽、优选两个凹槽13、 14可分别具有型面15,所述型面 15在纵向截面上沿着滑动表面5的方向凹陷成弓形，这例如可从图2和3 清楚地看见。相应开口，即入口 11禾卩/或出口 12优选设置相应凹槽13或14 的纵向端部之间的大致中间部位处。
相应入口 11定位在相应轴承区段1的滑动表面5内、润滑剂间隙的高 压区域中。优选地，相应入口 11因此设置在滑动表面5的流出侧的三分之 一处。优选地，入口 11大致居中地设置在滑动表面5的流出侧三分之一处。 相比较，相应出口 12设置在在相应的轴承区段1的滑动表面5内、润滑剂 间隙的低压区域中。便利地，因此，相应出口 12定位在滑动表面5的流入侧三分之一处。优选地，出口 12大致居中地设置在滑动表面5的流入侧三 分之一处。
例如，根据图l，均衡管道8可借助于封闭元件16封闭，所述封闭元 件例如可构造成平头螺钉。为此，封闭元件16旋拧到相应的接收开口 17 中，在图5中清楚可见。为了插入封闭元件，可使用合适的旋拧工具。
当机器未动作时，对于各个轴承区段l，转动构件即转子的滑动表面直 接搁在相应的轴承区段1的滑动表面5上；在这种直接接触的情况下，不 存在润滑剂间隙。为了能够起动机器，必须创建润滑剂间隙。为此，公知 的是在合适的高压润滑点下且借助于泵送装置迫使润滑剂在高的压力下进 入轴向邻接滑动表面之间的接触区域。从而产生润滑剂间隙，这使得机器 可起动。 一旦转动构件开始转动，它就将润滑剂经由斜面6传输到润滑剂 间隙中。根据该相对运动的泵送作用，泵送装置的操作可被调节，因为足 够的润滑剂通过转子的传输到达润滑剂间隙。根据一个特别有利的实施例， 至少对于一个轴承区段l，泵送装置此时可连接到均衡管道8中的至少一个 均衡管道8。当机器要起动时，泵送装置于是经由均衡管道8、因此特别是 经由入口 ll和出口 12、以及如果需要的话经由入口凹槽13和出口凹槽14 将润滑剂在高压下传输到润滑剂间隙中。这意味着，当机器要起动时，在 相应轴承区段1中的被构造用于压力均衡的润滑剂路径7用于迫使润滑剂 进入润滑剂间隙。只要旋转子组件的泵送作用足以将足够的润滑剂传输到 润滑剂间隙中，泵送装置就可被切断，使得经由相应的均衡管道8或润 滑剂路径7，润滑剂间隙的期望的压力均衡也得到实现。在上下文中，显而 易见的是，相应的泵送装置通过至少一个合适的相应的止回装置连接到润 滑剂路径7或相应的均衡管道8。
附图标记列表
1 轴承区段
2 转动方向
3 前导边缘
4 尾边缘
5 滑动表面6 斜面
7 润滑剂路径
8 均衡管道
9 移除点 10供给点
11 入口
12 出口
13入口凹槽 14出口凹槽 15型面 16封闭元件 17接收固定部
权利要求
1. 一种用于重型流体动力轴向滑动轴承的轴承区段，所述重型流体动力轴向滑动轴承特别是用于电机，例如水力发电机，且所述重型流体动力轴向滑动轴承具有两个可相互调节的子组件，其中，一个子组件执行旋转运动，另一子组件包括至少一个这样的轴承区段(1)，所述轴承区段(1)连接到固定的基部，其中，在操作状态，润滑剂间隙形成在两个子组件的相对的滑动表面之间，以及其中，轴承区段(1)具有用于润滑剂的至少一个均衡管道(8)，所述均衡管道(8)将润滑剂间隙内的压力相对较高的区域与润滑剂间隙内的压力相对较低的区域互连起来。
2. 如权利要求1所述的轴承区段，其特征在于，相应的均衡管道(8) 在轴承区段(1)的滑动表面(5)下方延伸，且将与润滑剂间隙连通的 至少一个入口 (11)连接到与润滑剂间隙连通的至少一个出口 (12)。
3. 如权利要求2所述的轴承区段，其特征在于，-所述至少一个入口 (11)设置在入口凹槽(13)中，所述入口凹槽(13) 构造在滑动表面(5)中，和/或-所述至少一个出口 (12)设置在出口凹槽(14)中，所述出口凹槽(14) 构造在滑动表面(5)中。
4. 如权利要求3所述的轴承区段，其特征在于，-相应凹槽(13， 14)为直线形状，且相对于旋转子组件的转动轴线 径向定向，和/或-相应凹槽(13， 14)在纵向截面上具有型面(15)，所述型面(5) 在滑动表面(5)的方向上凹陷成弓形，和/或-相应凹槽(13， 14)中的相应开口 (11， 12)设置在相应凹槽的纵 向端部之间的中间部位处。
5. 如权利要求2至4中任一所述的轴承区段，其特征在于，-相应的入口 (11)设置在滑动表面(5)的流出侧三分之一处，和/或-相应的出口 (12)设置在滑动表面(5)的流入侧三分之一处。
6. —种重型流体动力轴向滑动轴承，所述重型流体动力轴向滑动轴 承特别是用于电机，例如水力发电机，且所述重型流体动力轴向滑动轴 承具有两个可相互调节的子组件，其中， 一个子组件执行旋转运动，另 一子组件包括根据权利要求1至5中任一所述的至少一个这样的轴承区 段(1)，所述轴承区段(1)连接到固定的基部，其中，在操作状态，润 滑剂间隙形成在两个子组件的相对的滑动表面之间。
7. 如权利要求6所述的轴向滑动轴承，其特征在于，对于至少一个 这样的轴承区段(1)，用于将润滑剂供给到润滑剂间隙中以起动配备有 轴向滑动轴承的机器的泵送装置连接到至少一个这样的均衡管道(8)。
8. —种用于操作特别是在诸如水力发电机的电机中的流体动力轴向 滑动轴承的方法，其中，在润滑剂间隙内，部分量的润滑剂从压力相对 较高的区域被排出，并返回到润滑剂间隙内的压力相对较低的区域。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，润滑剂从压力相对较高 的区域的移除和润滑剂向压力相对较低的区域的导入发生在轴向滑动轴 承的静止子组件的至少一个轴承区段(1)内。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，润滑剂从压力相对较高 的区域的移除和润滑剂向压力相对较低的区域的导入分别经由在相应轴 承区段(1)内延伸的润滑剂路径(7)进行。
11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，为了起动配备有所述轴向滑动轴承的机器，润滑剂经由润滑剂路径(7)被泵送到润滑剂间隙 中。
全文摘要
本发明涉及一种用于重型流体动力轴向滑动轴承的轴承区段，所述重型流体动力轴向滑动轴承尤其是用于电机，例如水力发电机，且所述重型流体动力轴向滑动轴承包括可彼此相对移动的两个子组件。一个子组件执行旋转运动，另一子组件配备有至少一个这样的轴承区段(1)，所述轴承区段(1)连接到刚性基部，在操作状态，润滑剂间隙形成在两个子组件的相对的滑动表面之间。为了改进所述轴向滑动轴承，轴承区段(1)设有用于润滑剂的至少一个补偿管道(8)，所述补偿管道(8)将润滑剂间隙内的压力相对较高的区域与润滑剂间隙内的压力相对较低的区域互连起来。
文档编号F16C33/10GK101432535SQ200780015632
公开日2009年5月13日 申请日期2007年3月20日 优先权日2006年3月31日
发明者A·G·A·菲尔斯特, A·舒伯特, K·马蒂斯恰克 申请人:阿尔斯通技术有限公司