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CN116838636A - 轴承组件 - Google Patents

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CN116838636A
CN116838636A CN202210297574.4A CN202210297574A CN116838636A CN 116838636 A CN116838636 A CN 116838636A CN 202210297574 A CN202210297574 A CN 202210297574A CN 116838636 A CN116838636 A CN 116838636A
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CN
China
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axial
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load
bearing unit
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CN202210297574.4A
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格雷戈里·霍夫曼
汉斯·瓦林
夏本奎
张婧雯
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SKF AB
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Publication date
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Priority to US18/122,901 priority patent/US12523234B2/en
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Abstract

公开一种轴承组件，包括第一轴承单元和第二轴承单元，用于支撑轴，特别是离心式压缩机内的转子轴，其中，轴向载荷在第一轴向方向或第二轴向方向上作用在所述轴上，其中，所述第二轴向方向与所述第一轴向方向相反，其中，当轴向载荷作用在所述第一轴向方向上时，所述第一轴承单元被构造为支撑轴向载荷和径向载荷，并且所述第二轴承单元被构造为支撑径向载荷，当轴向载荷作用在所述第二轴向方向上时，所述第一轴承单元被构造为支撑径向载荷，并且所述第二轴承单元被构造为支撑轴向载荷和径向载荷。

Description

轴承组件
技术领域
本发明涉及一种根据方案1所述的轴承组件，特别是用于支撑轴(特别是转子轴，例如离心式压缩机内的转子轴)的轴承组件。
背景技术
不同的技术系统(例如，如离心式压缩机的压缩机)可以包括由轴承支撑的轴，例如转子轴。在离心式压缩机中，轴可以承受轴向载荷，其中，轴向载荷主要在一个轴向方向上，但在特定操作条件(/某些工作状况)(certain operation conditions)下，轴向载荷可能反向并且在相反方向上。轴向载荷主要由齿轮力(在齿轮驱动的情况下)和作用在(多个)叶轮(/推进器)(impellers)上的气体力产生。还存在主要由组件重量产生的径向载荷。
可以承受(take)一个方向或另一方向上的轴向载荷的传统轴承配置可以包括用于承受轴向载荷的一对固定的角接触球轴承和仅承受径向载荷的一对浮动的角接触球轴承。利用这种配置，轴向载荷在任一情况下都会施加到固定对的轴承，即，当轴向载荷反向时也是如此。这意味着该固定对必须设计为承受两个方向上的轴向载荷。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有平衡的载荷分布的改进轴承配置。
该目的通过根据技术方案1的轴承组件来实现。
所述轴承组件包括第一轴承单元和第二轴承单元，用于支撑轴，特别是离心式压缩机内的转子轴。所述第一轴承单元和所述第二轴承单元分别包括配置在所述轴上的至少一个内圈、可以容纳在压缩机的座中的至少一个外圈以及配置在所述内圈与所述外圈之间的至少一列滚动元件。在操作(/工作)期间，轴向载荷可以在第一轴向方向或第二轴向方向上作用在所述轴上，其中，所述第二轴向方向与所述第一轴向方向相反。该轴向载荷导致作用在轴承单元上的轴向载荷和径向载荷。作用在所述轴上的轴向载荷可以由作用在(多个)叶轮上的气体力产生。离心式压缩机的马达转子可以配置在所述第一轴承单元与所述第二轴承单元之间。
为了允许载荷的均匀分布，当轴向载荷作用在所述第一轴向方向上时(/在所述第一轴向方向上作用时)，所述第一轴承单元被构造为支撑轴向载荷和径向载荷，并且所述第二轴承单元被构造为支撑径向载荷。反之亦然，当轴向载荷作用在所述第二轴向方向上时(/在所述第二轴向方向上作用时)(例如，如在特定操作条件下可能发生的，当轴向载荷反向时)，所述第一轴承单元被构造为支撑径向载荷，所述第二轴承单元被构造为支撑轴向载荷和径向载荷。这种交叉位置配置和交叉分布具有的优点是：两个轴承单元都具有支撑径向载荷和轴向载荷的能力，与如上所述的一个轴承单元仅能支撑径向载荷的先前轴承组件不同。
根据实施方式，所述第一轴承单元是具有第一轴承和第二轴承的双列轴承，即，第一对轴承，和/或所述第二轴承单元是具有第一轴承和第二轴承的双列轴承，即，第二对轴承。在这种情况下，每个轴承单元或每对轴承可以包括两个内圈和两个外圈，每个轴承一个内圈和一个外圈。在一个轴承单元的轴承之间，可以配置间隔环，间隔环可以包括用于向轴承供应润滑剂的通道。
每个轴承单元被配置为一对轴承的这种配置有利于控制轴承操作间隙、内部轴承载荷分布、内部滑动以及轴向和径向的轴位移。在轴向载荷下，一对轴承中的一个轴承承受轴向载荷，而另一所谓的备用轴承(/支撑轴承)(backup bearing)提供间隙控制。此外，两个轴承都承受径向载荷。这适用于两个轴承单元，其中，当轴向载荷在第一方向上时，第一轴承单元承受轴向载荷，并且，当轴向载荷在第二方向上时，第二轴承单元承受轴向载荷。
所述第一轴承单元的第一轴承和第二轴承可以是角接触球轴承和/或所述第二轴承单元的第一轴承和第二轴承可以是角接触球轴承。角接触球轴承可以提供的优点是：它们可以承受组合的载荷，即，同时作用的径向载荷和轴向载荷，并且特别地可以用于高速和高精度应用，如离心式压缩机。
根据另一实施方式，轴向外部角接触球轴承具有第一接触角，轴向内部角接触球轴承具有第二接触角，其中，所述第一接触角和所述第二接触角不同。
在角接触球轴承中，在旋转下，球上存在由离心力诱发的轴向轴承载荷。诱发的力随着接触角和速度的增大而增大，并且增加承载载荷轴承的轴向载荷。
此外，角接触球轴承的轴向载荷承载能力随着接触角的增大而增大，而径向载荷能力随着接触角的增大而减小。接触角被定义为连接球与滚道的接触点的线与径向平面之间的角。
因此，特别优选的是，接触角中的一个接触角高于另一个接触角，以使每个轴承单元的一个轴承特别适用于轴向载荷，另一个轴承特别适用于径向载荷。由于轴承在轴向载荷和径向载荷方面的优化，因此这提供了轴向载荷能力的增大。
这意味着为了优化每个角接触球轴承对的轴向载荷能力，根据该实施方式，载荷承载轴承具有大接触角，而备用轴承具有小接触角，以最小化诱发的轴向载荷。与具有相等接触角的对(/轴承对)相比，该配置为所述对提供增大的轴向载荷能力。
在先前的轴承配置中，具有一个固定的轴承单元和一个浮动的轴承单元，这种具有不同接触角的配置在轴向载荷处于反向的情况下具有缺点。这是因为轴承单元中只有一个轴承单元能够支撑轴向载荷，接触角较小的轴承成为载荷承载轴承，接触角大的轴承成为备用轴承。
与这种先前的配置不同，这里描述的实施方式的轴承组件提供了具有对于两个方向上的载荷具有不同的接触角的优点的。这可以通过具有不同接触角的相同轴承对并且使所述对以交叉位置配置来实现。当载荷在一个方向上时，轴承对承载轴向载荷，并且相对的对仅承受径向载荷。当载荷反向时，反面侧的对承载轴向载荷，并且相对的对仅承受径向载荷。
例如，接触角之间的差可以是10度至15度。例如，较高的接触角可以是25度，而较低的接触角可以是15度，或者较高的接触角可以是40度，而较低的接触角可以是25度。
根据另一实施方式，第一轴承单元的第一轴承可以是轴向外部轴承，第二轴承单元的第二轴承可以是轴向外部轴承。相应的外部轴承可以抵靠抵接部，所述抵接部可以被构造为防止相应的轴承单元在一个方向上的位移。第一轴向抵接部和/或第二轴向抵接部可以是形成在压缩机的座上的相应肩部。
第一轴承单元的第一轴承与第一轴向抵接部之间和/或在第二轴承单元的第二轴承与第二轴向抵接部之间可以设置间隙或缝隙。这种间隙具有的效果是：第一轴承单元的第一轴承和/或第二轴承单元的第二轴承没有被预加载。由于该间隙，第一轴承单元的第一轴承和/或第二轴承单元的第二轴承可以稍微朝向相应的抵接部移动并且也可以稍微远离相应的抵接部移动。
根据进一步的实施方式，第一轴承单元的第二轴承是轴向内部轴承并且被构造为推力轴承。此外，第二轴承单元的第一轴承可以是轴向内部轴承并且可以被构造为推力轴承。与此相反，相应的外部轴承被构造为备用轴承。这提供改进的备用轴承和推力轴承的交叉配置，优选地连同如上所述的关于接触角的交叉配置。与没有这种交叉配置的先前轴承组件相比，这种交叉配置提供改进的轴向载荷和径向载荷分布。
此外，施加到轴的轴向载荷的方向可以改变，而不会对轴承单元产生任何负面影响，因为每个轴承单元可以通过具有专用于轴向载荷和径向载荷的一个轴承和专用于径向载荷的一个轴承来支撑轴向载荷和径向载荷。
说明书、附图和权利要求中指明进一步的优点和有利的实施方式。在此，特别地，在说明书和附图中指明的特征的组合仅仅是示例性的，以使这些特征也可以单独存在或以其他方式组合。
在下文中，使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在此，示例性实施方式和示例性实施方式中示出的组合仅仅是示例性的并且不旨在限定本发明的范围。该范围仅由未决权利要求限定。
附图说明
图1示出了包括第一轴承单元和第二轴承单元的轴承组件的截面图。
在下文中，相同或功能等效的元件由相同的附图标记表示。
1 轴承组件
2 轴
4 第一轴承单元
6 第二轴承单元
8 马达
9 叶轮
10 第一轴承单元的第一角接触球轴承
12 第一轴承单元的第二角接触球轴承
14 第二轴承单元的第一角接触球轴承
16 第二轴承单元的第二角接触球轴承
18 内圈
20 外圈
22 座(housing)
24 球
26 内圈
28 外圈
30 球
32 内圈
34 外圈
36 球
38 内圈
40 外圈
42 球
44 间隔环
46 间隔环
48 润滑剂通道
50 润滑剂通道
52 抵接部
54 抵接部
56 间隙
58 间隙
A 第一轴向方向
B 第二轴向方向
具体实施方式
图1示出了轴承组件1，轴承组件1可以用于支撑轴2，特别是离心式压缩机内的转子轴。轴承组件1包括配置在马达8的两侧的第一轴承单元4和第二轴承单元6。在第一轴承单元4和第二轴承单元6的相应的另一侧，可以配置离心式压缩机的叶轮9。在这种压缩机中，在操作(/工作)期间，轴向载荷可以在第一轴向方向(由箭头A指示)或第二轴向方向(由箭头B指示)上作用在轴2上，其中，第二轴向方向与第一轴向方向A相反。
第一轴承单元4由两个角接触球轴承10、12组成，并且第二轴承单元6由两个角接触球轴承14、16组成。轴承10、12和14、16以交叉(cross)配置进行配置，以使两个轴承单元4、6具有支撑径向载荷和轴向载荷的能力，如将在下文中描述的。
第一轴承单元4的第一轴承10包括配置在轴2上的内圈18、可以容纳在压缩机的座22中的外圈20以及配置在内圈18与外圈20之间的一列球24。第一轴承单元4的第二轴承12也包括配置在轴2上的内圈26、容纳在压缩机的座22中的外圈28以及配置在内圈26与外圈28之间的一列球30。
类似地，第二轴承单元6的第一轴承14包括配置在轴2上的内圈32、在压缩机的座22中的外圈34以及配置在内圈32与外圈34之间的一列球36。第二轴承单元6的第二轴承16也包括配置在轴2上的内圈38、容纳在压缩机的座22中的外圈40以及配置在内圈38与外圈40之间的一列球42。
在第一轴承10与第二轴承12之间以及在第一轴承14与第二轴承16之间，可以配置间隔环44、46，间隔环44、46可以包括用于向轴承10、12、14、16供应润滑剂的通道48、50。
作用在轴2上的轴向载荷导致作用在轴承单元4、6上的轴向载荷和径向载荷。为了允许载荷的均匀分布以及在轴向载荷方向反向时也对轴向载荷支撑，当轴向载荷作用在第一轴向方向A上时，第一轴承单元4被构造为支撑轴向载荷和径向载荷，第二轴承单元6被构造为支撑径向载荷。反之亦然，当轴向载荷作用在第二轴向方向B上时，第一轴承单元4被构造为支撑径向载荷，第二轴承单元6被构造为支撑轴向载荷和径向载荷。
支撑轴向载荷和径向载荷的能力可以根据这里描述的轴承组件1通过具有推力轴承和备用轴承的交叉配置来实现，这可以如下所述实现。
第一轴承单元4的作为轴向外部轴承的第一轴承10被构造为备用轴承并且抵靠第一轴向抵接部52。类似地，第二轴承单元6的作为轴向外部轴承的第二轴承16被构造为备用轴承并且抵靠第二轴向抵接部54。抵接部52、54可以是例如形成在座22上的相应肩部。抵接部52、54可以防止轴承单元4、6的移位。在第一轴承单元4的第一轴承10与第一轴向抵接部52之间以及在第二轴承单元6的第二轴承16与第二轴向抵接部54之间设置间隙56、58。这种间隙或缝隙56、58具有第一轴承单元4和第二轴承单元6没有被预加载的效果。
当轴向载荷在第一轴向方向A上施加时，第一轴承单元4的第一轴承10用作备用轴承并且支撑径向载荷，而第一轴承单元4的第二轴承12用作推力轴承并且支撑轴向载荷和径向载荷。反之亦然，当轴向载荷在第二轴向方向B上施加时，第二轴承单元6的第二轴承16用作备用轴承并且支撑径向载荷，而第二轴承单元6的第一轴承14用作推力轴承并且支撑轴向载荷和径向载荷。
由于推力轴承和备用轴承的这种交叉配置，施加到轴2的轴向载荷的方向A、B可以改变，而不会对轴承单元4、6产生任何负面影响，因为每个轴承单元4、6可以通过具有专用于轴向载荷和径向载荷的一个轴承12、14和专用于径向载荷的一个轴承10、16来支撑轴向载荷和径向载荷。
这可以通过还使角接触球轴承10、12、14、16具有不同接触角来增强。角接触球轴承的轴向载荷承载能力随着接触角的增大而增大。因此，推力轴承12、14的接触角可以大于备用轴承10、16的接触角。
上述轴承组件提供了改进的轴承单元的交叉位置配置，优选地，通过具有不同接触角的交叉位置配置以及备用轴承和推力轴承的组合。这种交叉配置提供了改进的轴向载荷和径向载荷的分布以及改变施加到轴的轴向载荷的方向的能力，而不会对轴承单元产生任何负面影响。

Claims (10)

1.一种轴承组件，包括第一轴承单元和第二轴承单元，用于支撑轴，特别是离心式压缩机内的转子轴，其中，轴向载荷在第一轴向方向或第二轴向方向上作用在所述轴上，其中，所述第二轴向方向与所述第一轴向方向相反，
其特征在于，当轴向载荷作用在所述第一轴向方向上时，所述第一轴承单元被构造为支撑轴向载荷和径向载荷，并且所述第二轴承单元被构造为支撑径向载荷，当轴向载荷作用在所述第二轴向方向上时，所述第一轴承单元被构造为支撑径向载荷，并且所述第二轴承单元被构造为支撑轴向载荷和径向载荷。
2.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述第一轴承单元是具有第一轴承和第二轴承的双列轴承和/或所述第二轴承单元是具有第一轴承和第二轴承的双列轴承。
3.根据权利要求2所述的轴承组件，其特征在于，所述第一轴承单元的第一轴承和第二轴承是角接触球轴承，和/或，所述第二轴承单元的第一轴承和第二轴承是角接触球轴承。
4.根据权利要求3所述的轴承组件，其特征在于，轴向外部角接触球轴承具有第一接触角，并且，轴向内部角接触球轴承具有第二接触角，所述第一接触角和所述第二接触角不同。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述第一轴承单元的第一轴承是轴向外部轴承并且被构造为抵靠第一轴向抵接部。
6.根据权利要求5所述的轴承组件，其特征在于，在所述第一轴承单元的第一轴承与第一轴向止动元件之间存在间隙。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述第二轴承单元的第二轴承是轴向外部轴承并且被构造为抵靠第二轴向抵接部。
8.根据权利要求7所述的轴承组件，其特征在于，在所述第二轴承单元的第二轴承与第二轴向止动元件之间存在间隙。
9.根据权利要求2至8中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述第一轴承单元的第二轴承是轴向内部轴承并且被构造为推力轴承，所述第一轴承单元的第一轴承被构造为备用轴承。
10.根据权利要求2至9中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述第二轴承单元的第一轴承是轴向内部轴承并且被构造为推力轴承，所述第二轴承单元的第二轴承被构造为备用轴承。
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