一种智能型可倾瓦推力轴承装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103075421 A(43)申请公布日 2013.05.01CN103075421A*CN103075421A*(21)申请号 201310030378.1(22)申请日 2013.01.25F16C 25/04(2006.01)F16N 1/00(2006.01)(71)申请人西安交通大学地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人徐华 熊显智 王琳 付玉敏周夕维(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司 61200代理人蔡和平(54) 发明名称一种智能型可倾瓦推力轴承装置(57) 摘要本发明公开一种智能型可倾瓦推力轴承装置，包括推力盘，瓦块

2、，顶块，导向盘，橡胶垫圈，压电陶瓷叠堆，螺栓，底座，应变片及应变信号调理电路，压电陶瓷电源，AD转换器，控制器。控制器配合AD转换器及应变片测量各瓦块的承载量，将其作为负反馈，控制压电陶瓷叠堆产生微位移，主动调节各个瓦块与推力盘间的间隙，改变润滑膜厚度。该发明结构简单，安装容易，控制方便，能及时发现并迅速解决可倾瓦推力轴承的偏载问题，能大大的延长可倾瓦推力轴承的寿命。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)申请公布号 CN 103075421 ACN 103075421 A1/

3、1页21.一种智能型可倾瓦推力轴承装置，其特征在于，包括状态可调可倾瓦推力轴承及检测控制回路；所述状态可调可倾瓦推力轴承包括推力盘（1）、若干瓦块（2）、导向盘（5）和底座（9）；所述若干瓦块（2）位于推力盘（1）与导向盘（5）之间；导向盘（5）上设有若干导向孔；若干顶块（4）上端面的顶尖（3）穿过导向盘（5）中对应的导向孔支撑对应的瓦块（2）；顶块（4）的中间具有阶梯；若干橡胶垫圈（6）被夹在导向盘（5）与对应的顶块（4）阶梯之间；导向盘（5）的导向孔与顶块（4）为间隙配合；若干压电陶瓷叠堆（8）通过导热绝缘胶粘接于对应顶块（4）下端面与底座（9）之间；导向盘（5）与底座（9）通过螺栓（10

4、）固连，给导向盘（5）定位并给橡胶垫圈（6）施加预紧力；所述的检测控制回路包括贴在若干顶块（4）上的若干电阻应变片（7），电阻应变片（7）连接应变信号调理电路（11），应变信号调理电路（11）的输出端连接AD转换器（13），AD转换器（13）的输出端连接控制器（14）；若干压电陶瓷电源（12）的输入端接控制器（14），输出端连接对应的压电陶瓷叠堆（8）。2.根据权利要求1所述的智能型可倾瓦推力轴承装置，其特征在于，控制器（14）通过AD转换器（13）、电阻应变片（7）和应变信号调理电路（11）测量顶块（4）所受的力。3.根据权利要求1所述的智能型可倾瓦推力轴承装置，其特征在于，压电陶瓷叠堆（8

5、）为通过若干同型号的小面积压电陶瓷叠堆拼接组成的大面积压电陶瓷叠堆；所有瓦块的压电陶瓷叠堆都能够产生几十微米的压缩量，初始状态下，对各个压电陶瓷叠堆都不施加电压。4.根据权利要求1所述的智能型可倾瓦推力轴承装置，其特征在于，当压电陶瓷叠堆（8）未施加电压时，对橡胶垫圈（6）施加初始预紧力；对橡胶垫圈（6）施加的初始预紧力使橡胶垫圈（6）受的压力为润滑剂进口压力的1.52倍。5.根据权利要求1所述的智能型可倾瓦推力轴承装置，其特征在于，橡胶垫圈（6）在初始预紧后还能够产生几十微米级的伸缩变形，变形前后整个橡胶垫圈（6）所承受的力的改变量小于预紧力的1/10。6.根据权利要求1所述的智能型可倾瓦推

6、力轴承装置，其特征在于，瓦块（2）的承载量为由电阻应变片（7）测量顶块（4）所受的力减去对橡胶垫圈（6）的初始预紧力。7.根据权利要求1所述的智能型可倾瓦推力轴承装置，其特征在于，当状态可调可倾瓦推力轴承中某个瓦块的承载量比其他瓦块的承载量大于某一临界值时，控制器发出信号控制该瓦块上压电陶瓷叠堆的变形，增大其润滑膜厚度，减小该瓦块的承载量。权 利 要 求 书CN 103075421 A1/3页3一种智能型可倾瓦推力轴承装置技术领域0001 本发明属于轴承装置技术领域，特别涉及一种滑动轴承装置。背景技术0002 可倾瓦推力轴承载能力大，稳定性好，自对中能力高，被广泛地用于汽轮发电机，鼓风机等高速

7、重载机械上。但由于加工安装差，以及推力盘、转子和瓦块的变形等原因，会出现某个瓦块的润滑膜厚度较其他的小，导致这个瓦块局部承载量大，温升偏高，最终导致主机工作异常,轻则造成滑动轴承的磨损，重则烧毁瓦块，抱轴等严重事故，一旦事故发生，就要停机整修，耽误生产，造成巨大的经济损失。0003 对于推力轴承的偏载问题，金斯伯里公司推出金斯伯里平衡式止推轴承，瓦块由相互搭接的铰支梁支撑，应用杠杆原理传递不均匀力，巧妙地解决了支推轴承偏载问题，该轴承不能主动调节，只能被动调节（赵永韬.金斯伯里平衡式推力轴承结构特点和推力间隙的测量方法,热力发电，2002（1）：67）。王文，李福宝利用超磁致伸缩微位移驱动器调

8、节止推轴承各瓦块与推力盘的间隙，实验效果理想，但每个微位移伸缩驱动器需要电磁线圈及线圈骨架，且要将产生的磁场对外屏蔽，结构及安装都比较复杂（王文，李宝福.智能止推油膜轴承（专利号：2005100262382）。发明内容0004 本发明针对可倾瓦推力轴承易产生偏载的问题，旨在提出一种结构简单，安装容易，控制方便的智能型可倾瓦推力轴承装置，能及时地发现并迅速解决偏载问题，该装置能大大提高可倾瓦推力轴承的寿命。0005 本发明是通过以下技术方案实现的：0006 一种智能型可倾瓦推力轴承装置，包括状态可调可倾瓦推力轴承及检测控制回路；所述状态可调可倾瓦推力轴承包括推力盘、若干瓦块、导向盘和底座；所述若

9、干瓦块位于推力盘与导向盘之间；导向盘上设有若干导向孔；若干顶块上端面的顶尖穿过导向盘中对应的导向孔支撑对应的瓦块；顶块的中间具有阶梯；若干橡胶垫圈被夹在导向盘与对应的顶块阶梯之间；导向盘的导向孔与顶块为间隙配合；若干压电陶瓷叠堆通过导热绝缘胶粘接于对应顶块下端面与底座之间；导向盘与底座通过螺栓固连，给导向盘定位并给橡胶垫圈施加预紧力；所述的检测控制回路包括贴在若干顶块上的若干电阻应变片，电阻应变片连接应变信号调理电路，电阻应变片信号调理电路的输出端连接AD转换器，AD转换器的输出端连接控制器；若干压电陶瓷电源的输入端接控制器，输出端连接对应的压电陶瓷叠堆。0007 本发明进一步的改进在于：控制

10、器通过AD转换器、电阻应变片及应变信号调理电路测量顶块所受的力。0008 本发明进一步的改进在于：压电陶瓷叠堆为通过若干同型号的小面积压电陶瓷叠堆拼接组成的大面积压电陶瓷叠堆；所有瓦块的压电陶瓷叠堆都能够产生几十微米级的压说 明 书CN 103075421 A2/3页4缩量，初始状态下，对各个压电陶瓷叠堆都不施加电压。0009 本发明进一步的改进在于：当压电陶瓷叠堆未施加电压时，对橡胶垫圈施加初始预紧力；初始预紧力使橡胶垫圈受的压力为润滑剂进口压力的1.52倍。0010 本发明进一步的改进在于：橡胶垫圈在初始预紧后还能够产生几十微米级的伸缩变形，变形前后整个橡胶垫圈所承受的力的改变量要小于预紧

11、力的1/10。0011 本发明进一步的改进在于：瓦块的承载量为由电阻应变片测量顶块所受的力减去对橡胶垫圈的初始预紧力。0012 本发明进一步的改进在于：当状态可调可倾瓦推力轴承中某个瓦块的承载量比其他瓦块的承载量大于某一临界值时，控制器发出信号控制该瓦块上压电陶瓷叠堆的变形，增大其润滑膜厚度，减小该瓦块的承载量。0013 本发明进一步的改进在于：橡胶垫圈用弹性模量为23Mpa的软橡胶制成，厚度为23mm。0014 综上所述，本发明相对于现有技术具有以下有益效果：0015 本发明的可倾瓦推力轴承各块瓦的润滑膜厚度通过压电陶瓷叠堆组成的微位移驱动器进行主动调节，结构简单，安装容易，控制方便。001

12、6 本发明在轴承上安装电阻应变片直接监测各个瓦块的承载量，能及时并准确地知道轴承的工作状况以及是否有偏载发生。0017 整个装置以瓦块承载量为负反馈，可以及时调节瓦块与推力盘的间隙，使各个瓦块的承载量均衡。0018 由于轴承润滑膜厚度常常也为几十微米，压电陶瓷叠堆产生的微位移与其是同一个数量级的，并且压电陶瓷的承载能力也足够大，本发明应用压电陶瓷叠堆改变瓦块与推力盘的间隙，进而解决推力轴承的偏载问题。附图说明0019 图1为智能型可倾瓦推力轴承装置结构示意图。0020 图中的附图标记的含义为：1推力盘；2瓦块；3顶尖；4顶块；5导向盘；6橡胶垫圈；7电阻应变片；8压电陶瓷叠堆；9底座；10螺栓

13、；11应变信号调理电路；12压电陶瓷电源；13AD转换器；14控制器。具体实施方式0021 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：0022 请参阅图1所示，本发明一种智能型可倾瓦推力轴承装置，包括状态可调可倾瓦推力轴承及检测控制回路。所述状态可调可倾瓦推力轴承包括推力盘1，瓦块2，顶块4，导向盘5，橡胶垫圈6，压电陶瓷叠堆8，底座9和螺栓10。顶块4上端面具有顶尖3，中间具有阶梯，顶块4主体的横截面是长方形。瓦块2由顶尖3支撑，橡胶垫圈6被夹在导向盘5与顶块4阶梯之间。导向盘5与顶块4为间隙配合，确保顶块4可以上下移动。压电陶瓷叠堆8通过导热绝缘胶粘接于顶块4下端面与底座9之间。导向盘5与底座

14、9通过螺栓10固连，其作用为给导向盘5定位并给橡胶垫圈6施加预紧力。所述的检测控制回路包括每个顶块上贴有电阻应变片7，电阻应变片7接应变信号调理电路11，应变信号调理电路11说 明 书CN 103075421 A3/3页5的输出接AD转换器13，AD转换器13的输出接控制器14；压电陶瓷电源12的输入接控制器14，压电陶瓷电源12的输出接压电陶瓷叠堆8。0023 本发明装置中的压电陶瓷叠堆8是通过同型号的小面积叠堆拼接组成大面积压电陶瓷叠堆。所有瓦块2的压电陶瓷叠堆8要能够产生几十微米的压缩量。0024 本发明装置中的橡胶垫圈6用弹性模量为23Mpa的软橡胶制成，厚度为23mm。0025 该智

15、能型可倾瓦推力轴承装置的工作过程如下：0026 （1）对压电陶瓷叠堆8不施加电压，通过螺栓10对导向盘5进行固定并对橡胶垫圈6施预紧力，所施加的初始预紧力可以通过应变片7测量出来。对橡胶垫圈6施加的初始预紧力要确保橡胶垫圈的承受压力为润滑剂进口压力(一般为00.5Mpa)的1.52倍，保证橡胶垫圈6具有良好的密封效果，使润滑剂不流向导向盘5与底座9之间，保持压电陶瓷叠堆8高度绝缘。0027 （2）安装本发明装置的旋转系统运行的过程中，控制器14配合AD转换器13、电阻应变片7及应变信号调理电路11实时测量顶块4所承受的力，由于橡胶垫圈6为软橡胶制作，弹性模量低，橡胶垫圈6产生几十微米变形的前后所承受的力的改变量不大（小于初始预紧力的1/10），故直接减去步骤（1）所测的初始预紧力，即得到瓦块2的承载量。0028 （3）初始状态下，各个压电陶瓷叠堆8都不施加电压。当某个瓦块2的承载量比其他瓦块2大于某一临界值时，控制器14发出控制信号给该瓦块2的压电陶瓷叠堆8供电的压电陶瓷电源12以改变其输出电压，进而改变压电陶瓷叠堆8的位移，增大该瓦块2与推力盘1之间的间隙，减小该瓦块2的承载量。同时，其他瓦块的承载量也随之发生变化，这样瓦块之间能互相补偿，受载均匀。说 明 书CN 103075421 A1/1页6图1说 明 书 附 图CN 103075421 A