一种用于泵低速阶段的水润滑轴承自动加压装置
技术领域
本发明属于水力机械
技术领域
，具体涉及水润滑轴承加压装置。背景技术
在水利工程大型泵站泵系统中，常见的滑动轴承润滑方式有水润滑与油润滑。水润滑轴承采用水作为润滑剂，通过在轴颈与轴衬之间的楔形间隙、水粘度、轴颈旋转，产生支承力，形成润滑水膜，属于动压润滑。与油润滑相比，水润滑轴承多直接采用河水润滑，具有机械结构简单等优点。
水对金属材料具有较强的化学腐蚀作用，轴为金属材料，因此水润滑轴承摩擦副材料多为非金属材料，常见的水润滑摩擦副材料有橡胶、塑料、陶瓷、石墨、高分子材料等。另外，流体润滑膜的支承力近似与粘度成正比、与速度成正比、与膜厚的平方成反比，由于水粘度低于油粘度，相同条件下，水润滑产生的支承力小于油润滑。而在大型泵站泵启动阶段、低转速工况、特殊情形频繁启停的情况下，由于轴颈转速不够，水润滑轴承难以产生有效支承力，造成轴颈与轴承经历干摩擦或混合摩擦，易造成轴颈、轴承损伤。而且，频繁干摩擦或混合摩擦将大大减少轴承和轴的使用寿命，严重磨损若未及时发现会引起泵站故障事故，甚至会导致泵站停机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于泵低速阶段的水润滑轴承自动加压装置，防止水润滑轴承和轴颈磨损，提高轴和水润滑轴承工作寿命，保障机组运行安全。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于泵低速阶段的水润滑轴承自动加压装置，泵上设有水润滑轴承，自动加压装置向水润滑轴承注入设定压强的水，自动加压装置包括依次相连通的进水管、水箱和出水管；所述进水管连接于泵的出口段；所述进水管上设有控制通断的阀门；所述出水管连接至水润滑轴承；所述水箱内设有用于阻塞进水管的弹簧顶盖和弹簧；所述弹簧挤压弹簧顶盖，弹簧顶盖顶于进水管的出口处。
优选的，所述进水管的端部设有用于连接的第一螺纹管；所述第一螺纹管的外径大于所述进水管的外径；所述出水管的端部设有用于连接的第二螺纹管；所述第二螺纹管的外径大于所述出水管的外径。
优选的， 所述水箱上均匀环绕设置有多个出水管，各出水管与相应的水润滑轴承连接。
优选的，所述水箱与出水管的连接处设有滤网；所述滤网连接于所述水箱的内壁。
优选的，所述水箱内设有顶柱；所述弹簧套于顶柱上，所述弹簧一侧设置于水箱底部，所述弹簧另一侧连接于弹簧顶盖；当水压大于阈值，弹簧压缩量达到设计开度时，顶柱顶住弹簧顶盖的下部。
优选的，所述水箱包括上箱体、下箱体；所述上箱体与下箱体通过螺栓连接；所述上箱体与进水管连接，所述下箱体与出水管连接。
优选的，所述弹簧顶盖为圆台体，所述弹簧顶盖与弹簧连接的一侧半径大于弹簧顶盖另一侧，且弹簧顶盖另一侧顶于进水管的出口处。
优选的，所述弹簧的弹性系数为：
式中：n1为泵的额定转速，单位r/min； n2为泵的实际转速，单位r/min； H1为泵额定转速下的扬程，单位m；H2为泵的实际扬程，单位m；∆x 为预先给定的弹簧压缩量，单位m；ρ为水的密度；g为重力加速度；π为圆周率； hf2 为进水管的水头损失，单位m；D为进水管管道直径，单位m。
优选的，所述顶柱的高度为：
公式中：L为水箱的高度，单位m；t为水箱的壁厚，单位m；x为弹簧顶盖的设计开度，单位m。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明加压装置包括依次相连通的进水管、水箱和出水管；所述进水管连接于泵的出口段；所述出水管连接至水润滑轴承；向泵水润滑轴承加水可有效缓解由于轴偏心旋转对水润滑轴承摩擦带来的振动与噪声，同时由于水的润滑和冷却作用，摩擦破坏也会得到一定程度减弱。本发明结构简单，体积小，成本低，实施简易，防止水润滑轴承和轴颈磨损，提高轴和水润滑轴承工作寿命，保障机组运行安全。
本发明所述水箱内设有用于阻塞进水管的弹簧顶盖和弹簧；所述弹簧挤压弹簧顶盖，弹簧顶盖顶于进水管的出口处，当水压达到一定强度时，顶开弹簧顶盖向水润滑轴承加水，保证进入水润滑轴承的水具有设定的压强，减少水润滑轴承与轴的摩擦并提高泵运行效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于泵低速阶段的水润滑轴承自动加压装置的结构图；
图2是本发明实施例提供的泵的结构图。
图中：1第一螺纹管、2进水管、3阀、4水箱、5出水管、6第二螺纹管、7弹簧顶盖、8弹簧、9顶柱、10过滤网、11泵、12水润滑轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
以一台20ZLB-70为例，泵的安放叶角为0°，设计流量为2099m3/h, 扬程为7.0m，额定转速为980r/min。泵出口处管道直径为0.45m，当该泵在低转速150r/min下工作时，水润滑轴承与轴发生摩擦，造成剧烈的振动与噪声,采用本装置减小摩擦危害。
如图1-2所示，一种用于泵低速阶段的水润滑轴承自动加压装置，泵11上设有水润滑轴承12，自动加压装置向水润滑轴承12注入设定压强的水，自动加压装置包括依次相连通的进水管2、水箱4和出水管5；所述进水管2的端部设有用于连接的第一螺纹管1；所述第一螺纹管1的外径大于所述进水管2的外径，便于对进水管2进行安装，所述进水管2通过第一螺纹管1连接于泵11的出口段；所述进水管2上设有控制通断的阀门3，通过开合控制水流进出。当水泵开机启动时，可打开球阀3引水进入进水管2，减少水润滑轴承与轴的摩擦并提高泵运行效率；当水泵转速达到额定转速时，此时水润滑轴承不需补水，可关闭球阀3，停止向水润滑轴承补水。
所述出水管5的端部设有用于连接的第二螺纹管6；所述第二螺纹管6的外径大于所述出水管5的外径；所述出水管通5过第二螺纹管6连接至水润滑轴承12；所述加压装置将泵的出口段的水传输至水润滑轴承，以减少泵在低转速阶段水润滑轴承和轴的磨损；所述水箱4上均匀环绕设置有多个出水管5，各出水管5与相应的水润滑轴承12连接，通过多个出水管5提高向水润滑轴承12的补水效率；所述水箱4与出水管的连接处设有滤网10；所述滤网10连接于所述水箱4的内壁，通过过滤网过滤水中杂质，防止水中杂质进入水润滑轴承。
所述水箱4包括上箱体、下箱体；所述上箱体与下箱体通过螺栓连接；所述上箱体与进水管2连接，所述下箱体与出水管5连接，该结构便于对弹簧、弹簧顶盖和顶柱进行安装，同时便于清理水箱5内的杂质；所述水箱4内设有用于阻塞进水管的弹簧顶盖7和弹簧8；所述弹簧8挤压弹簧顶盖7，弹簧顶盖7顶于进水管2的出口处，保证进入水润滑轴承的水具有设定的压力；所述水箱4内设有顶柱9；所述弹簧8套于顶柱9上，所述弹簧8一侧设置于水箱4底部，所述弹簧8另一侧连接于弹簧顶盖7；当水压大于阈值时，弹簧8压缩量达到设计开度时，顶柱9顶住弹簧顶盖7的下部，防止弹簧压缩过大，同时减少水箱4的尺寸。
所述弹簧顶盖9为圆台体，所述弹簧顶盖7与弹簧8连接的一侧半径大于弹簧顶盖7另一侧，弹簧顶盖7另一侧顶于进水管2的出口处；所述弹簧顶盖7的材料采用橡胶；通过弹簧顶盖7通过圆台结构，以便于对进水管2的出口进行密封。
工作原理，当水泵开机启动时，可打开球阀3引水进入进水管2，当水压达到设计值时，顶开弹簧顶盖7向水润滑轴承加水，减少水润滑轴承与轴的摩擦并提高泵运行效率；当水泵转速达到额定转速时，此时水润滑轴承不需补水，可关闭球阀3，停止向水润滑轴承补水。
一种水润滑轴承加压装置的设计过程，包括一下步骤：这种用于泵站泵低速阶段的加水润滑轴承装置各部位尺寸的取值范围推荐如下：进水管2内径D[0.01m,0.2m]；弹簧顶盖7上底直径[0.01m,0.5m],下底直径等于1.5倍上底直径，顶角角度[30°,60°]；设计开度x[0.005m,0.3m]；水箱4内径[0.01m,0.5m]，水箱4高度L[0.05m,1.0m]，水箱4壁厚t[0.001m，0.2m]；出水管5内径为 [0.001m,0.2m]；弹簧8预先压缩量∆x[0.001m,0.5m]；顶柱9直径[0.01m,0.5m]。
在泵11低转速情况下，对水润滑轴承加水，对泵的流量和扬程用泵相似定律估算；
所述泵11的流量Q2的预设公式为：
=321 m3/h
公式中， 为泵的额定转速，单位r/min； 为泵的实际转速，单位r/min； 为泵 额定转速下的流量，单位m3/s； 为泵的实际流量，单位m3/s；
所述泵11的流量 的预设公式为：
=0.16m
公式中， 为泵的额定转速，单位r/min； 为泵的实际转速，单位r/min； 为泵 额定转速下的扬程，单位m； 为泵的实际扬程，单位m；
该装置的进水管2管道直径取D=0.06m；水箱4的直径取0.12m，高度L取0.15m，壁厚t取0.01m；取弹簧8预先压缩量∆x=0.1m,弹簧顶盖7设计开度x=0.06m。出水管5直径0.01m。顶柱9直径0.04m；水的密度ρ=1000Kg/m3；圆周率π=3.14；当地重力加速度g=9.8m/s2；hf2 =5%H1=0.008m，一般取泵设计扬程的1%~10%。
根据泵的实际扬程H2和进水管管道直径D，确定所述弹簧8的弹性系数的计算公式为：
= 44.3N/m
式中： 为预先给定的弹簧压缩量；ρ为水的密度；g为重力加速度；π为圆周率； 为进水管的水头损失；D为进水管2管道直径，取值范围为0.01m~0.2m；
当水压大于阈值时，弹簧压缩量达到设计开度时，顶柱9顶住弹簧顶盖7的下部，所述顶柱9的设计高度L0计算如下：
=7cm
公式中：L为水箱4的高度，单位m；t为水箱4的壁厚，单位m；x为弹簧顶盖7的设计开度，单位m。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
- 上一篇：石墨接头机器人自动装卡簧、装栓机
- 下一篇：具有优化的夹持系统的轴承单元
