專利名稱：用于發(fā)電機的液動軸向滑動軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的用于發(fā)電機的液動軸向滑動軸承。
背景技術：
在大型發(fā)電機發(fā)電時，軸承被視為一個關鍵的位置。軸承的失效會導致發(fā)電機停止發(fā)電。在軸的徑向軸承旁邊的軸向軸承承受較大載荷，這里主要是指垂直運轉的發(fā)電機，例如水輪機發(fā)電用發(fā)電機。采用磁軸承作為軸向軸承是一種很完善但昂貴的可行方案。其它可行方案是采用滾動軸承的結構。然而這種軸承因其尺寸大且各個部件連接時對成型精確度要求相對較高而不適用于幾米直徑的情況。
液動軸向滑動軸承通常的結構是把座圈固定在轉子軸上一起旋轉。該座圈沿軸向對著軸承箱，起到支撐著轉子的作用。座圈在軸承箱內軸承段上面的潤滑劑膜上滑動。
根據(jù)EP 1058368A2，圖3，軸的支承采用了液動滑動軸承，它被制成軸向支承軸承或支承和導向相結合的軸承。該軸承結構是借助一個具有承受能力的液動潤滑介質膜來保障的，液動潤滑介質膜由潤滑間隙里的楔形輪廓形成。在使用這種大型發(fā)電機發(fā)電時，所用座圈直徑為約2m-6m。在高轉數(shù)運轉時，液動軸向滑動軸承會達到相當高的溫度，而座圈必須能夠經受住這個高溫。
此外，潤滑間隙內如此之大的液動壓可致使鄰近的金屬表面出現(xiàn)永久變形。因此，這種液動軸向滑動軸承的座圈必須具有高剛度、高強度以及高耐熱性。迄今為止，座圈都是由鋼制成的。若在軸承段涂覆一滑動金屬層如巴氏合金或聚四氟乙稀(PTFE)涂層，則即使液動軸向滑動軸承的潤滑作用局部失效，軸承也不會馬上出現(xiàn)故障。然而，由于鋼的熱膨脹系數(shù)大，在軸承內的高溫條件下，會導致座圈變形(表面或軸結構的彎曲)。座圈直徑越大，問題也越嚴重。座圈由于這種不可預見的變形會使液動軸向軸承內部出現(xiàn)嚴重磨損，甚至損壞。鑒于管理費用和更換各組成部件的停頓時間相當長，由此也就降低了發(fā)電機的經濟性。此外，例如發(fā)電用大型發(fā)電機的鋼制座圈的重量已經給運輸和現(xiàn)場安裝過程帶來了麻煩。
發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是，提供一種上述類型的液動軸向滑動軸承，其使用壽命長、負載能力高且安裝簡單，因此，該發(fā)電機在安裝和運行時是經濟的。
如權利要求1的前序部分所述的液動軸向滑動軸承完成了這個任務，其中，座圈基本上是由內嵌有加強纖維的塑料基體組成的。因此，該軸向滑動軸承具有較長的使用壽命。由于纖維加強塑料比鋼的膨脹系數(shù)小，所以座圈幾乎不會發(fā)生變形。這就防止了由于鋼制座圈變形過大而導致的損壞。此外，由纖維加強塑料制成的座圈比鋼制座圈重量輕，運輸和安裝簡單得多，價格也便宜得多。此外，與鋼制座圈相比，可以實現(xiàn)該軸承的更大型結構。
在纖維加強塑料中使用連續(xù)纖維是有利的，因為這樣一來，不僅使材料可以獲得合理的剛性，而且也可獲得較小的膨脹系數(shù)。
座圈以由至少4層纖維加強塑料構成的層壓品的形式制成，每層均有單向取向的纖維，這些層的纖維取向夾角為0°-90°，這樣可以進一步減小座圈的熱膨脹。
作為塑料基體，選擇一種環(huán)氧樹脂基體以保證耐熱性。
因為碳纖維具有負的熱膨脹系數(shù)，因此以碳纖維為加強纖維是很有利的。碳纖維被層層埋入環(huán)氧樹脂中，材料幾乎沒有熱膨脹并能獲得高的比剛度。
根據(jù)每一液動軸向滑動軸承的要求，座圈中的纖維含量為50體積％-70體積％是很有利的，這是因為座圈的強度和剛度是隨纖維含量的增加而提高的。
以下，依據(jù)附圖所示的優(yōu)選實施例對本發(fā)明主題進行詳細說明，其中圖1為液動軸向滑動軸承的截面圖，軸承中具有一種如本發(fā)明所述的復合材料座圈；圖2為本發(fā)明座圈的截面圖；圖3為由八層相互疊加在一起的座圈的示范性分解圖。
具體實施例方式
圖中所用符號和它們的意義一起列在符號表中。圖中相同的部件基本上使用相同的符號。所述實施方式為本發(fā)明主題的例子，它們沒有限制作用。
圖1為一垂直放置的、借助一個未示出的水輪機驅動的發(fā)電機10的示意圖。所示發(fā)電機10的轉子12在轉子輪輞16的邊緣具有發(fā)電機磁極14。轉子輪輞16通過一個轉子輪轂18與轉子軸連接。轉子軸可以是一體的，或如圖所示，由一上軸部20和一下軸部22制成。轉子輪轂18通過發(fā)電機10的上軸部20與下軸部22連接，下軸部通向圖中未示出的水輪機。水輪機的下軸部22沿軸向設置在一個軸承箱24上。在軸承箱24和轉子12之間設置一液動軸向滑動軸承26。液動軸向滑動軸承26由一纖維加強塑料基體構成的旋轉座圈30和一個固定不動的軸承段32組成。軸承段32的構成方式如下即在運行時，在座圈30和軸承段32之間可以形成一個楔形的潤滑膜。通常，軸承段32為單獨個體，它可以圍繞軸承箱24外殼壁36上的傾斜點34自由旋轉，如圖中雙箭頭所示。采用這種方式，就可以實現(xiàn)對潤滑間隙的最佳調節(jié)。液動軸向滑動軸承26借助一潤滑劑28(主要是機油)運轉。油平面超過在座圈30和軸承段32之間的潤滑間隙的高度。也可以給各個軸承段32分別供油。
圖2是沿著旋轉軸線38的截面圖，它表示一個由纖維加強塑料制成的座圈30的優(yōu)選實施例。座圈30是由許多纖維加強塑料薄層40制成的層壓品，其中，所述纖維是在薄層40內內具有單向取向的連續(xù)碳纖維。這些纖維嵌在環(huán)氧樹脂基體中。在薄層40之間，碳纖維的取向角是可變的。為使座圈30達到必要的厚度，多次重復角度順序[
對稱]n(指數(shù)“n”)是有利的。
圖3以分解視圖示出了按照給定的角度順序的一系列八個層40。用這種對稱的薄層，使座圈的變形相互抵消。當然可以改變所示的纖維取向角。
座圈可以簡單并有利地通過這樣的方式制成，即預制預浸帶的壓熱浸出法?？梢匀菀椎赜勉@孔或車削的方法在座圈中央制出一個孔42，讓軸20/22從孔中穿過。必要時可銑削表面，使得座圈30的上表面獲得所需結構，以改善潤滑劑的分布。
根據(jù)液動軸向滑動軸承的要求，纖維可以采用碳纖維、玻璃纖維和聚酰胺纖維。也可以選擇其它耐熱塑料來代替環(huán)氧樹脂基體，例如Rhodeftal聚氨基亞酰胺化合物(由Vantico公司提供)。需要時，可以在座圈涂上涂層，由于其優(yōu)良的粘附性能，優(yōu)選塑料涂層。
當然，不僅是座圈，軸也可由同樣由纖維加強塑料制成。這樣可以進一步減輕重量。
發(fā)電機總體結構的其它優(yōu)點在于，液動軸向滑動軸承與一徑向導向軸承相結合。由此，座圈既用于軸向滑動軸承，也可用于導向軸承。在這種情況下，座圈的小變形改善了徑向軸承的運行狀況。
符號表10發(fā)電機12轉子14發(fā)電機磁極16轉子輪輞18轉子輪轂20上軸部22下軸部24軸承箱26液動軸向滑動軸承28潤滑劑30座圈32軸承段34傾斜點35外殼壁38旋轉軸線40薄層42孔
權利要求
1.一種用于一最好借助水輪機來驅動的發(fā)電機(10)的液動軸向滑動軸承，它有一個轉子(12)、一個與轉子(12)的軸一起旋轉的座圈(30)以及至少一個不隨轉子(12)的軸(20)一起轉動的并支承在軸承箱(24)上的軸承段(32)，其特征在于，座圈(30)基本上是由內埋有加強纖維的塑料基體制成的。
2.如權利要求1所述的液動軸向滑動軸承，其特征在于，在該塑料基體中埋有連續(xù)的纖維。
3.如權利要求2所述的液動軸向滑動軸承，其特征在于，該塑料基體是環(huán)氧樹脂基體。
4.如權利要求1-3之一所述的液動軸向滑動軸承，其特征在于，該加強纖維是碳纖維。
5.如權利要求1-4之一所述的液動軸向滑動軸承，其特征在于，在該基體中的纖維含量為50體積％-70體積％。
6.如權利要求1-5之一所述的液動軸向滑動軸承，其特征在于，座圈(30)是由至少四層(40)纖維加強塑料的層壓品組成的，所述纖維在每一層(40)中都是單向取向的，這些層的纖維取向角為0°-/90°。
7.如權利要求6的液動軸向滑動軸承，其特征在于，該層壓品的層(40)的角度順序為[
對稱]n。
全文摘要
用于優(yōu)選由水輪機驅動的發(fā)電機(10)的液動軸向滑動軸承(26)，它有一個轉子(12)、一個與轉子(12)的軸(20)一起旋轉的座圈(30)以及一個不隨轉子(12)的軸(20)一起轉動的并支撐在軸承箱(24)上的軸承段(32)，其特征在于，該座圈(30)基本上是由內埋有加強纖維的塑料基體組成的。
文檔編號F16C33/20GK1488042SQ02804045
公開日2004年4月7日 申請日期2002年1月24日 優(yōu)先權日2001年1月24日
發(fā)明者C·馬希厄克斯, C 馬希厄克斯, A·G·A·費爾斯特, A 費爾斯特 申請人:阿爾斯托姆(瑞士)有限公司