智能动压轴承

摘要

提供了一种智能动压轴承，该轴承的控制系统包括传感器和控制单元，传感器监测轴承本体或由轴承本体支撑的转子的至少一个运行参数并将监测到的运行参数发送给控制单元，该至少一个运行参数至少表征转子的转速，或者至少表征轴承本体或转子的运行载荷。在转子的转速小于预定速度，或者轴承本体或转子的运行载荷大于预定载荷时，供液系统向轴承本体供给润滑液体，以使智能动压轴承作为液体动压轴承工作。在转子的转速大于或等于预定速度，并且轴承本体或转子的运行载荷小于或等于预定载荷时，供液系统停止向轴承本体供给润滑液体，以使智能动压轴承作为气体动压轴承工作。该智能动压轴承兼具气体动压轴承和液体动压轴承的优点。

权利要求

1.一种智能动压轴承，其特征在于，其包括：

轴承本体(101)；

供液系统，其用于向所述轴承本体(101)供给润滑液体；以及控制系统，其用于控制所述供液系统的工作状态，从而控制所述轴承本体(101)的工作状态，所述控制系统包括传感器和控制单元(110)，所述传感器包括转速传感器(108)和位移传感器(109)，所述传感器监测所述轴承本体(101)或由所述轴承本体(101)支撑的转子的至少一个运行参数并将监测到的运行参数发送给所述控制单元(110)，所述至少一个运行参数至少表征所述转子的转速和所述轴承本体(101)或所述转子的运行载荷，所述控制单元(110)用于经由所述供液系统控制所述轴承本体(101)的工作状态，使得：在所述转子的转速小于预定速度，或者所述轴承本体(101)或所述转子的运行载荷大于预定载荷时，所述供液系统向所述轴承本体(101)供给润滑液体，以使所述智能动压轴承作为液体动压轴承工作，在所述转子的转速大于或等于所述预定速度，并且所述轴承本体(101)或所述转子的运行载荷小于或等于所述预定载荷时，所述供液系统停止向所述轴承本体(101)供给润滑液体，以使所述智能动压轴承作为气体动压轴承工作。

2.根据权利要求1所述的智能动压轴承，其特征在于，所述供液系统包括：泵(104)，其用于将润滑液体经由管路供给到所述轴承本体(101)；以及压力传感器(107)，其用于监测所述管路中的润滑液体的压力。

3.根据权利要求2所述的智能动压轴承，其特征在于，

所述润滑液体为润滑油，所述泵(104)为电动油泵，所述控制单元(110)连接到所述泵(104)并控制所述泵(104)的工作状态。

4.根据权利要求2所述的智能动压轴承，其特征在于，所述供液系统还包括：设置于所述泵(104)和所述压力传感器(107)之间的滤清器(105)；以及设置于所述滤清器(105)和所述压力传感器(107)之间的调压装置(106)。

5.根据权利要求4所述的智能动压轴承，其特征在于，

所述压力传感器(107)连接到所述控制单元(110)并将监测到的压力数据发送到所述控制单元(110)，所述控制单元(110)还连接到所述调压装置(106)以控制所述调压装置(106)调节所述管路中的润滑液体的压力。

6.根据权利要求1所述的智能动压轴承，其特征在于，

所述轴承本体(101)包括轴承座(201)和轴瓦(202)，在所述轴瓦(202)的内周面形成有液体容槽(203)，所述轴承座(201)和所述轴瓦(202)形成有与所述液体容槽(203)连通的供液孔(204)，所述供液孔(204)用于将所述润滑液体引入所述液体容槽(203)，所述轴瓦(202)用于支撑作为所述转子的转轴(102)。

7.根据权利要求6所述的智能动压轴承，其特征在于，

所述转速传感器(108)用于监测所述转轴(102)的转速，所述位移传感器(109)用于监测所述转轴(102)的径向位移。

8.根据权利要求7所述的智能动压轴承，其特征在于，

所述控制系统的传感器包括沿着所述转轴(102)的周向隔开90度地布置的两个位移传感器(109)，所述两个位移传感器(109)用于确定所述转轴(102)的轴心的位置。

说明书

智能动压轴承

技术领域

[0001] 本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种智能动压轴承。

背景技术

[0002] 动压轴承是一种以动压流体为润滑介质的滑动轴承，主要分为液体动压轴承和气体动压轴承。由于摩擦阻力小、承载能力强且结构简单，动压轴承在工业中有着广泛的应用。

[0003] 液体动压轴承以液体(例如润滑油)作为润滑剂，承载能力较强。然而当轴颈线速度增加时，轴承的摩擦损失逐步增大，增加功耗的同时使得润滑剂的散热问题十分突出。现阶段典型的液体动压轴承运行时的轴颈线速度通常不超过60m/s，制约着液体动压轴承在高转速范围的应用。

[0004] 气体动压轴承采用环境空气作为润滑剂，由于气体粘度约为液体粘度的千分之一，因此轴承摩擦损失极小。气体动压轴承已经在飞机空气循环系统、辅助动力系统和透平膨胀机等高速旋转机械中得到了应用，运行时轴颈最高线速度可达240m/s以上。然而气体动压轴承需要转子(即，转轴)转速达到一定限值才能产生动压气膜，通常转子起飞线速度大于20m/s，在转子起停阶段，轴颈与轴承直接接触从而带来磨损；此外，轴承运行过程中稳定性相对较差，容易出现涡动和干摩擦等失稳现象，失稳后设备不得不降低速度甚至紧急停机，严重干扰了系统的稳定工作。

[0005] 为提高气体动压轴承的稳定性和可靠性，人们提出了箔片、压缩弹簧、金属丝网、鼓包、箔片-金属丝网混合等支撑结构形式，一定程度上改善了轴承的性能，然而上述结构没有从本质上克服气体润滑的缺点，效果有限。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提出一种适用于高速旋转机械的动压轴承，其兼具气体动压轴承和液体动压轴承的优点。

[0007] 为此，本发明可以采用下述方案。

[0008] 一种智能动压轴承，其包括：

[0009] 轴承本体；

[0010] 供液系统，其用于向所述轴承本体供给润滑液体；以及

[0011] 控制系统，其用于控制所述供液系统的工作状态，从而控制所述轴承本体的工作状态，

[0012] 所述控制系统包括传感器和控制单元，所述传感器监测所述轴承本体或由所述轴承本体支撑的转子的至少一个运行参数并将监测到的运行参数发送给所述控制单元，所述至少一个运行参数至少表征所述转子的转速，或者所述至少一个运行参数至少表征所述轴承本体或所述转子的运行载荷，所述控制单元用于经由所述供液系统控制所述轴承本体的工作状态，使得：

[0013] 在所述转子的转速小于预定速度，或者所述轴承本体或所述转子的运行载荷大于预定载荷时，所述供液系统向所述轴承本体供给润滑液体，以使所述智能动压轴承作为液体动压轴承工作，

[0014] 在所述转子的转速大于或等于所述预定速度，并且所述轴承本体或所述转子的运行载荷小于或等于所述预定载荷时，所述供液系统停止向所述轴承本体供给润滑液体，以使所述智能动压轴承作为气体动压轴承工作。

[0015] 在至少一个实施方式中，所述供液系统包括：

[0016] 泵，其用于将润滑液体经由管路供给到所述轴承本体；以及

[0017] 压力传感器，其用于监测所述管路中的润滑液体的压力。

[0018] 在至少一个实施方式中，所述润滑液体为润滑油，所述泵为电动油泵，所述控制单元连接到所述泵并控制所述泵的工作状态。

[0019] 在至少一个实施方式中，所述供液系统还包括：

[0020] 设置于所述泵和所述压力传感器之间的滤清器；以及

[0021] 设置于所述滤清器和所述压力传感器之间的调压装置。

[0022] 在至少一个实施方式中，所述压力传感器连接到所述控制单元并将监测到的压力数据发送到所述控制单元，所述控制单元还连接到所述调压装置以控制所述调压装置调节所述管路中的润滑液体的压力。

[0023] 在至少一个实施方式中，所述控制系统的传感器包括转速传感器。

[0024] 在至少一个实施方式中，所述控制系统的传感器还包括位移传感器。

[0025] 在至少一个实施方式中，所述轴承本体包括轴承座和轴瓦，在所述轴瓦的内周面形成有液体容槽，所述轴承座和所述轴瓦形成有与所述液体容槽连通的供液孔，所述供液孔用于将所述润滑液体引入所述液体容槽，所述轴瓦用于支撑作为所述转子的转轴。

[0026] 在至少一个实施方式中，所述转速传感器用于监测所述转轴的转速，所述位移传感器用于监测所述转轴的径向位移。

[0027] 在至少一个实施方式中，所述控制系统的传感器包括沿着所述转轴的周向隔开90度地布置的两个位移传感器，所述两个位移传感器用于确定所述转轴的轴心的位置。

[0028] 当转子在起停过程中以低速运转或运行载荷大于预定载荷时，采用液体润滑提高轴承支撑刚度，减轻转子和轴承本体的磨损；当转子以高速运转且运行载荷较小时，采用气体润滑减少摩擦损失，降低发热功率；当轴承载荷增加时，采用液体润滑改善轴承支撑刚度和阻尼特性。

[0029] 通过传感器监测轴承本体或转子的状态并控制轴承供液量，实现轴承在气体润滑和液体润滑两种工作模式中主动变换，从而克服液体动压轴承高速性能差和气体动压轴承起停磨损大、稳定性差的缺点。

[0030] 轴瓦可以通过刚性或弹性支撑固定在轴承座上，在转子(例如，转轴)旋转时轴瓦与转子相对滑动并产生液楔或气楔，从而支撑转子。

[0031] 液体容槽是液体存储区，用于将进入轴承本体的液体引入到由轴瓦和转子构成的运动副表面。

[0032] 供液孔可以用于流通液体并控制液体量。

[0033] 供液系统用于适时为轴承本体提供适量的清洁液体。

[0034] 在轴承本体采用液体润滑时，在转子转速较低时即可形成液楔，避免转子与轴承本体(例如轴瓦)直接接触；轴承的支撑刚度和阻尼较大，能够承受较大的动静载荷。

[0035] 在轴承本体采用气体润滑时，转子上的摩擦损失和润滑介质的发热量降低。

[0036] 在本发明的智能动压轴承中，采用动压气体润滑和动压液体润滑相结合的主动控制方式，根据轴承本体或转子状态确定轴承本体的润滑形式，使轴承始终以最优状态运行，从而实现智能控制，具有高转速、低磨损、超稳定的工作特性，可广泛应用于各种高速旋转机械。相比于传统液体动压轴承，本发明的智能动压轴承具备以下优势：运行摩擦损失小，降低能耗；液体温升范围小，性能稳定；液体发热功率低，供液量小，减轻供液及冷却系统重量；提高轴承工作转速，能够在高转速系统中应用。相比于传统气体动压轴承，本发明的智能动压轴承具有以下优点：起停磨损小，提高转子-轴承系统寿命；能够在转子动静载荷增加时主动控制，避免转子与轴承本体直接接触摩擦，提高转子-轴承系统稳定性和可靠性。

附图说明

[0037] 图1是根据本发明的一个实施方式的智能动压轴承的系统示意图。

[0038] 图2是图1中的智能动压轴承的轴承本体的结构示意图。

[0039] 图3A是图2中的轴承本体的轴向视图。

[0040] 图3B是沿着图3A中的A-A线剖切的轴承本体的轴向剖视图。

[0041] 附图标记说明

[0042] 101轴承本体，102转轴，103液体存储器，104泵，105滤清器，106调压装置，107压力传感器，108转速传感器，109位移传感器，110控制单元；

[0043] 201轴承座，202轴瓦，203液体容槽，204供液孔。

具体实施方式

[0044] 下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

[0045] 如图1、图2、图3A和图3B所示，本发明的一个实施方式提供一种智能动压轴承，该智能动压轴承包括轴承本体101、供液系统及控制系统。

[0046] 轴承本体101包括轴承座201和轴瓦202。在轴瓦202的内周面形成有周向延伸的液体容槽(例如，油槽)203。轴承座201和轴瓦202形成有与液体容槽203连通的供液孔(例如，油孔)204，用于将润滑液体(例如润滑油)引入液体容槽203。轴承座201为静止端，可以通过例如螺栓固定到旋转机械的机身，轴承座201用于固定轴承本体101及支撑轴承载荷。轴瓦202可以通过刚性支撑固定在轴承座201上。

[0047] 所述供液系统包括液体存储器(例如，油箱)103及依次连接的泵104、滤清器105、调压装置106和压力传感器107。供液系统工作时，通过泵104产生压力，经过滤清器105过滤和调压装置106调压后，液体通过管路进入供液孔204。供液孔204具有节流作用，通过调节管路内液体的压力，可以实现对轴承本体101供液量的调节。流过供液孔204的液体存储到液体容槽203，在转轴102的转动作用下进入由轴瓦202与转轴102构成的运动副表面，实现润滑和支撑功能。

[0048] 所述控制系统包括传感器、执行器和控制单元110。传感器包括压力传感器107、转速传感器108和若干(例如两个)位移传感器109。两个位移传感器109例如沿着转轴102的周向隔开90度地布置，从而监测转轴102的轴心的位置。执行器包括泵104和调压装置106。压力传感器107、转速传感器108和位移传感器109分别连接到控制单元110，用于将监测到的信号传送到控制单元110。这种连接可以是有线或无线连接。控制单元110还连接到泵104和调压装置106，从而能够由控制单元110控制供液量。

[0049] 转速传感器108可以采用霍尔式转速传感器，与转轴102上的信号齿配合，测量转轴102的转速。位移传感器109可以采用电涡流位移传感器。压力传感器107可以采用压阻式压力传感器，用于测量管路中的润滑液体压力，以确定提供给轴承本体101的液体量。

[0050] 泵104可以采用电动油泵，通过继电器控制其开启和关闭，用于适时为轴承本体101提供润滑液体。调压装置106可以采用电控调压阀，根据来自控制单元110的指令信号，将管路中的液体压力调节至设定值。

[0051] 控制单元110可以包括信号采集模块、驱动输出模块、通讯模块和微处理器等部分。信号采集模块用于采集传感器的信号，驱动输出模块用于控制执行器工作，通讯模块用于和其它相关控制单元进行通讯，微处理器用于控制各模块执行设定的程序。

[0052] 本实施方式的智能动压轴承包括液体润滑和气体润滑2种工作方式。

[0053] 当转轴102在起停阶段(即，起动阶段和停止阶段)以低速运行或载荷较大时，泵104开启，调压装置106将管路中的液体压力调节至预设值，以提供适量液体，轴承本体101以液体润滑，即，智能动压轴承用作液体动压轴承。转轴102在较低转速即可形成液楔，避免轴颈与轴承本体101(即，轴瓦202)直接接触摩擦，提高轴颈和轴瓦202寿命；轴承本体101的支撑刚度和阻尼较大，能够承受较大的动静载荷，确保转轴102稳定运转。

[0054] 当转轴102以高速运行且载荷较小时，泵104关闭，轴承本体101中的液体从端部泄露，并经由未示出的管路重新流回液体存储器103，轴承本体101以气体润滑，即，智能动压轴承用作气体动压轴承。转轴102上的摩擦损失和润滑介质的发热量降低。

[0055] 应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

[0056] (1)例如，本发明的智能动压轴承不限于支撑转轴102，还可以支撑作为转子的其它构件。

[0057] (2)不是所有的传感器(107、108、109)都是必须的，本发明的智能动压轴承可以设置更少或更多的传感器。而且，可以从其它装置或传感器向控制单元110发送信号，控制单元110也可以将接收到的传感器信号或控制信号发送给其它装置(包括但不限于显示装置)。

[0058] (3)仅出于解释的目的而作出关于供液系统和控制系统(以及控制系统的传感器和执行器)的划分，还可以对图1中各构件进行其它形式的划分或分组，这种划分或分组不用于限制本发明的范围。