一种液压悬浮大推力轴承的制作方法

本发明属于机械设备中一种新型结构的大推力止推轴承，尤其适用于大型水力发电站水轮发电机组的止推轴承，解决轴向力巨大，一般滚动轴承和滑动轴承不能胜任的轴承连接问题。

背景技术：

目前的大推力轴承一般是以滚动摩擦付或滑动摩擦付为结构的大型回转盘或推力瓦轴瓦，对于轴向力巨大的轴承系统，在材料强度、摩擦损耗、加工难度、安装难度、工作稳定性、使用寿命等方面存在若干问题。

技术实现要素：

本发明是一种利用两个支撑面之间具有液体压力传递止推压力的推力轴承，具有一定厚度的压力液体在相对转动的两个支撑面之间起到隔离接触及摩擦的作用，使得转动轴悬浮于压力液体上，完全通过压力液体的剪切实现相对转动，而不是仅仅依靠油膜的润滑作用减小摩擦。

实现本发明所采用的技术方案一：一种液压悬浮大推力轴承,包括有主轴、油道、油泵、单向阀、排气阀、油管、液压油箱、液压油及散热片， 其特征在于：主轴在径向上扩展形成轴压盘，轴压盘支撑在对应的承压盘上面，承压盘与基础相连，轴压盘由径向轴承与承压盘连接，轴压盘与承压盘接触的内外边缘处是泄压环，泄压环是由轴压盘与承压盘在接触处形成的环形接触面，泄压环内侧或外侧的端面设置密封，泄压环和密封的端面间隙是沿轴向可变化的，这个间隙就是能开合的泄油通道，形成悬浮油腔，其中外边缘处的泄压环和密封的上下接触面间隙设置间隙调节器进行上下调节，使得内外边缘处的接触面能保持同时开合。

实现本发明所采用的技术方案二：一种液压悬浮大推力轴承,包括有主轴、油道、油泵、单向阀、排气阀、油管、液压油箱、液压油及散热片，其特征在于：主轴在径向上扩展形成轴压盘，轴压盘支撑在对应的承压盘上面，承压盘与基础相连，其中轴压盘与承压盘接触的内外边缘处是轴向的密封，密封的形式可以是静密封，也可以是动密封，或者是动密封与静密封的组合，只需要在轴向上允许轴压盘能够发生微小的位移，轴压盘、承压盘和内外边缘处的密封直接围城封闭的悬浮油腔，悬浮油腔内部设有支墩，用于悬浮油腔的液压油尚没有足够压强时，支撑轴压盘与承压盘之间的轴向压力，同时支撑出悬浮油腔内部的过油通道，在轴压盘和承压盘之间设置随其间距而变化开度的泄压阀，泄压阀是独立的零部件，其出口被轴压盘封堵，当轴压盘上升后，会逐步打开泄压阀的泄油口，导致油压下降，迫使轴压盘不再上升，泄压阀的泄油口与轴压盘的间隙，能由调节螺栓进行微调，继而控制轴压盘的轴向位置。方案二的特点是比方案一在结构上稍微复杂，对密封的要求稍高，更适用于直径较小的推力轴承，但是能用更小的液压油流量支撑大推力轴承的正常工作。

本发明利用普通的径向轴承把主轴约束在固定的轴线上，主轴不能产生径向移动。利用轴压盘和承压盘组合成一个液压腔，悬浮油腔内的液压油对轴压盘提供与轴向推力相平衡的反向力，由此将轴向力通过液压油传递到承压盘，利用泄压环（或泄压阀）控制止推力的大小和作用位置。本发明的推力轴承能够在固定的轴线上约束主轴，同时能稳定主轴的轴向工作位置，在轴压盘和承压盘之间的液压油提供巨大推力的同时，能够隔离摩擦付，使得摩擦损耗减到极低的水平，本发明的液压悬浮轴承不会产生基于圆环轨迹的滑动摩擦而存在的径向波动荷载，因此径向轴承的工作负荷也能降低到很小的水平。上述液压悬浮轴承能在同一个轴上多级串联，能够在悬浮油腔内的压强较小的前提下，达到更大的轴向推力，同时节省径向空间，串联的多个悬浮轴承共用一台液压泵供应压力油，压力供油管能串联供油，也能并联供油。多级串联的悬浮轴承只需要其中一级轴承设置泄压阀，即多级串联的悬浮轴承共用一只泄压阀和一条对应的泄压回流管。各级串联的悬浮轴承需要设置各自的渗油回油管，将从密封处渗出的液压油输送到油箱。本发明所说的液压油能用水等液体介质代替。

本发明通过一种新式结构的液压悬浮轴承解决了上述问题，能够适应更大轴向推力的轴承连接，其启动力矩小、摩擦损耗极低、制造和安装过程简单，成本低廉、运行过程稳定、运行寿命长。

附图说明

图1是本发明方案一的结构示意图；

图2是本发明方案二的结构示意图；

图3 是本发明 多级悬浮轴承串联的结构示意图。

图中：1.轴向推力，2.主轴，3.轴压盘，4.承压盘，5.间隙调节器，6.悬浮油腔，7.泄压环，8.径向轴承，9.油道，10.油泵，11.单向阀，12.排气阀，13.密封，14.油管，15.油箱，16.液压油，17.散热片，18.支墩，19.调节螺栓，20.泄压阀，21.渗油回流管，22.泄压回流管，23.压力供油管。

具体实施方案

本发明所述的液压悬浮大推力轴承根据其泄压方式的不同，给出了两种方案，如图1所示的泄压环式液压悬浮大推力轴承，如图2所示的泄压阀式液压悬浮大推力轴承。

如图1所示，本发明所采用的技术方案一：一种液压悬浮大推力轴承,包括有主轴2、油道9、油泵10、单向阀11、排气阀12、油管14、液压油箱15、液压油16及散热片17， 其特征在于：主轴2在径向上扩展形成轴压盘3，轴压盘3支撑在对应的承压盘4上面，承压盘4与基础相连，轴压盘3由径向轴承8与承压盘4连接，轴压盘3与承压盘4接触的内外边缘处是泄压环7，泄压环7是由轴压盘3与承压盘4在接触处形成的环形接触面，泄压环7内侧或外侧和端面设置密封13，泄压环7和密封13的端面间隙是沿轴向可变化的，这个间隙就是能开合的泄油通道，形成悬浮油腔6，其中外边缘处的泄压环7和密封13的上下接触面间隙设置间隙调节器5进行上下调节，使得内外边缘处的接触面能保持同时开合。所述的基础是在水力发电专业中指的是土建工程为设备提供的支撑。

如图1所示，工作过程是：轴向推力1作用于主轴2上，主轴2在径向上扩展形成轴压盘3，轴压盘3支撑在对应的承压盘4上面，承压盘4与基础相连，轴向推力1最终传递到基础上。轴压盘3由径向轴承8与承压盘4连接，由此主轴2受到径向约束；轴压盘3与承压盘4接触的内外边缘处是泄压环7，泄压环7是由轴压盘3与承压盘4在接触处形成的环形接触面，为了减小环形接触面的面积，可以将其设计为径向迷宫环密封形式。为减小泄压环7的泄流能力可以在泄压环7内侧或外侧增加端面密封13，泄压环7和密封13的端面间隙是沿轴向可变化的，这个间隙就是能开合的泄油通道，当轴压盘3与承压盘4压紧时，泄压环7的接触环面紧闭，并能支撑接触面之间的压力，使得轴压盘3与承压盘4内部的相对面之间留出间隙，形成悬浮油腔6。其中外边缘处的泄压环7和密封13的上下接触面间隙，可以通过间隙调节器5进行上下调节，使得内外边缘处的接触面能保持同时开合。当液压油箱15内的液压油16经油管14，由油泵10加压，再经油道9和单向阀11流进悬浮油腔6时，悬浮油腔6内的油压会不断上升，排气阀12 会排出悬浮油腔6内的空气。当轴压盘3受到的液压油的压力等于轴向推力1时，轴压盘3会上升一个微小的距离而悬浮起来，随着轴压盘3的上升，泄压环7和密封13的上下接触环面打开，泄压环7和密封13成为无接触端面密封。随着泄压环7和密封13上下接触面的分离，悬浮油腔6内的液压油从泄压环7泄出，经油道9流回到油箱15，由于泄压环7的泄压作用，轴压盘3不会继续上升，基于油泵10的流量稳定在一个很小的轴向距离之内。油泵10正常工作后，轴承就可以自由转动和启停了。

悬浮油腔6内的液压油由油泵10提供压力和流量，轴压盘3和承压盘4的接触部位组成随间距开闭的泄压环7，泄压环7以液压油16的流量为基准自由控制开度。继而在维持悬浮油腔6内压强的前提下，保持轴压盘3和承压盘4的间距。只要油泵10的流量不为零，轴压盘3和主轴2就只能通过悬浮油腔6内的液压油16，将轴向推力1传递到承压盘4，轴压盘3与承压盘4之间就不会发生基于轴向压力1的直接接触。当主轴2和轴压盘3转动时，液压油16会在悬浮油腔6内受到剪切，液压油16的温度由此会有所升高，油箱15外侧可以设置散热片17等散热装置。

通向悬浮油腔6的单向阀11作为安全和稳定部件，用以保持液压油16只能通过泄压环7流回油箱15，避免了油泵10回油或压力变化造成的悬浮油腔6的油压骤降。

本发明所采用的技术方案二：一种液压悬浮大推力轴承,包括有主轴2、油道9、油泵10、单向阀11、排气阀12、油管14、液压油箱15、液压油16及散热片17，其特征在于：主轴2在径向上扩展形成轴压盘3，轴压盘3支撑在对应的承压盘4上面，承压盘4与基础相连，其中轴压盘3与承压盘4接触的内外边缘处是轴向的密封13，密封13的形式可以是静密封，也可以是动密封，或者是动密封与静密封的组合，只需要在轴向上允许轴压盘3能够发生微小的位移，轴压盘3、承压盘4和内外边缘处的密封13直接围城封闭的悬浮油腔6，悬浮油腔6内部设有支墩18，用于悬浮油腔6的液压油尚没有足够压强时，支撑轴压盘3与承压盘4之间的轴向压力，同时支撑出悬浮油腔6内部的过油通道，在轴压盘3和承压盘4之间设置随其间距而变化开度的泄压阀20，泄压阀20是独立的零部件，其出口被轴压盘3封堵，当轴压盘3上升后，会逐步打开泄压阀20的泄油口，导致油压下降，迫使轴压盘3不再上升，泄压阀的泄油口与轴压盘3的间隙，能由调节螺栓19进行微调，继而控制轴压盘3的轴向位置。

图2所示的方案二和方案一基本相同，仅仅在密封13、支墩18、调节螺栓19和泄压阀20几处稍有区别。其中轴压盘3与承压盘4接触的内外边缘处是轴向的密封13。方案二的特点是比方案一在结构上稍微复杂，对密封13的要求稍高，更适用于直径较小的推力轴承，但是能用更小的液压油流量支撑大推力轴承的正常工作。

如图3所示，上面所述的方案一和方案二的液液压悬浮大推力轴承能在同一个主轴2上多级串联，能达到更大的轴向推力，同时节省径向空间，串联的多个液压悬浮大推力轴承共用一台液压泵10供应压力油16，压力供油管23能串联供油，也能并联供油，多级串联的液压悬浮大推力轴承只需要其中一级轴承设置泄压阀20（或泄压环7），即多级串联的液压悬浮大推力轴承能共用泄压阀20（或泄压环7）和一条对应的泄压回流管22，各级串联的液压悬浮大推力轴承需要设置各自的渗油回油管21，将从密封处渗出的液压油输送到油箱15，多级串联的液压悬浮大推力轴承也能各级液压悬浮大推力轴承独立使用各自的泄压阀20及对应的泄压回流管22。

泄压环7和泄压阀20实质上是一种兼具静密封和动密封功能的机械密封，当悬浮油腔6的液体轴向压力不足以抵抗轴向力1时，其实质为静密封，当悬浮油腔6的液体轴向压力等于轴向力1时，其实质为保留一定泄露量的动密封。