调压控制装置及推力轴承的制作方法

1.本技术涉及大型船舶动力机械设备的振动噪声控制技术领域，具体涉及船舶轴系减振的一种调压控制装置及推力轴承。


背景技术：

2.大型船舶的主动力主要包括柴油机、汽轮机以及电机等，由于动力输出的不均匀性、水中乱流和洋流等因素的影响，轴系承受的推力会产生周期性或非周期性脉动，从而通过推力轴承传递到船体上，产生振动和噪声。
3.为了保证船舶的安全性及舒适性，必须着重考虑轴系的减振降噪，而轴系中承受脉动推力的推力轴承则是解决振动和噪声问题的关键部件。对于推力轴承的减振设计，现已出现橡胶减振、碟簧减振和液压减振等方案。其中，橡胶减振和碟簧减振方案，由于在承受大推力时会导致推力轴承的轴向变形过大和径向尺寸大的问题，因此不适合应用于大型船舶的推进系统。而液压减振方案，能够在保证减振降噪效果的同时，也能够满足对于推力轴承的尺寸和变形量的要求，然而，现阶段已有的液压减振措施，由于自身结构方案限制和液压功能用途的不同，只能在一定的轴系工况频率范围下起到共振转换减振作用，适用范围较窄，不能有效实现轴系全工况减振降噪要求。
4.针对上述问题，迫切需要一种普适性更好、结构和控制更加合理的推力轴承液压减振方案，为大型船舶减振降噪提供更优的措施，进一步提高船舶的安全性和舒适性。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于，提供一种调压控制装置及推力轴承，可以根据不同工况通过改变液压油的体积、管路的通径等措施来控制推力轴承系统的刚度和阻尼，并且包含了一套结构更为合理的液压减振装置及控制系统，在保证大型船舶减振降噪要求的同时，也保证了采用该套液压减振及其控制装置的推力轴承适用于轴系全工况范围减振使用。
6.为实现上述目的，本技术提供一种调压控制装置，应用于一推力轴承，推力轴承包括液压油缸部件，连通至所述调压控制装置；所述调压控制装置包括油箱、增压单元以及减压单元；所述增压单元的两端分别与所述液压油缸部件、所述油箱相连接，用以将所述油箱内的液压油充入至所述液压油缸部件内以增大液压油的压力；所述减压单元的两端分别与所述液压油缸部件、所述油箱相连接，用以通过将所述液压油缸部件内液压油卸至所述油箱内以减小液压油的压力。
7.本技术进一步的改进在于，所述减压单元包括伺服阀、可调节流阀。
8.本技术进一步的改进在于，所述增压单元包括供油装置、第二溢流阀、蓄能器、可调节流阀以及伺服阀；所述伺服阀包括第一接口、第二接口、第三接口；所述第一接口与所述供油装置连通，所述供油装置与所述油箱连通；所述第二接口与所述油箱连通；所述第三接口与所述液压油缸部件相连通；所述第二溢流阀的一端连接至所述油箱，所述第二溢流阀的另一端连接至所述伺服阀的第一接口与所述供油装置之间；所述蓄能器连接至所述伺
服阀的第一接口与所述供油装置之间。
9.本技术进一步的改进在于，所述供油装置包括并联连接且相互独立工作的电动泵和手动泵。
10.本技术进一步的改进在于，所述供油装置还包括设于所述电动泵和所述手动泵输出端的单向阀。
11.本技术进一步的改进在于，所述伺服阀的第一接口和所述供油装置之间，以及所述伺服阀的第二接口与所述油箱之间还设有可调节流阀。
12.本技术进一步的改进在于，所述伺服阀的第一接口和所述供油装置之间，以及所述伺服阀的第三接口与所述液压油缸部件之间还设有压力传感器。
13.本技术进一步的改进在于，在所述调压控制装置和所述推力轴承液压油缸部件之间还包括连通阀块，所述连通阀块设有第一连接端、第二连接端以及第三连接端；所述第一连接端连通至所述箱体及所述液压油缸部件；所述第二连接端连通至容器组；所述第三连接端连接至所述调压控制装置。
14.本技术进一步的改进在于，所述连通阀块与所述液压油缸部件通过一液压油管相连通；所述液压油缸部件包括液压缸盖，所述液压缸盖设有油管安装孔，所述液压油管与所述液压缸盖的油管安装孔相连接。
15.本技术进一步的改进在于，所述调压控制装置还包括活塞位置pid控制器；所述活塞位置pid控制器与所述液压油腔上的位移传感器电性连接，并与所述伺服阀的电气接口连接。
16.本技术还提供一种推力轴承，包括前文任一项所述的调压控制装置。
17.本技术提供的一种调压控制装置及推力轴承，可使推力轴的推力盘处于平衡位置，可有效降低大型船舶在运行过程中的振动噪声，并通过合理的结构设计、系统布置，参数设置，保证了在全工况范围、不同应用场合中仍能有效工作，进一步提升了普适性。
附图说明
18.图1是本技术带液压油缸部件的推力轴承本体结构示意图。
19.图2是本技术带液压油缸部件的推力轴承本体的侧视结构示意图。
20.图3是本技术液压油缸部件结构示意图。
21.图4是本技术液压减振系统原理图。
22.图5是本技术调压控制装置原理图。
23.图6是本技术液压减振及控制系统组合原理图。
24.附图标记说明：
25.1为推力轴，2为位移测量组件，2-1为传感器支架，2-2为位移传感器， 2-3为紧固导向螺柱，2-4为导向座，2-5为碟簧，2-6为密封圈，2-7为导杆，3液压油缸部件，3-1活塞杆，3-2为导向套，3-3为支撑环，3-4为密封圈，3-5 为液压缸套，3-6为液压缸盖，4为箱体，5为连通阀块，6为定位导向销，7为耐磨减振层，8为承推座，9为定位柱，10为推力块，11为推力盘，12为球面垫块，13为支承轴承，14为密封组件，15为液压油管，16为排气阀，17为阻尼阀块，17-1为截止阀a～d(由上至下)，17-2为阻尼孔管e～h(由上至下)， 18为容器组，18-1为截止阀i～m(由上至下)，18-2为液压容器n～r(由上至下)，19为活塞位置pid控制器，20为
第一溢流阀，21为油箱，22为手动泵， 23为电动泵，24为单向阀，25为第二溢流阀，26为蓄能器，27为第一压力传感器，28为可调节流阀，29为伺服阀，30为第二压力传感器。
具体实施方式
26.以下参考说明书附图完整介绍本技术的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
27.参照图1-图4，本技术提供的一种推力轴承，包括液压减振装置和调压控制装置。所述推力轴承可承受大推力，具有对轴系推力轴承装置传递的各向振动整体减振的效果、尺寸结构紧凑、适用于大中小推力的船舶轴系中应用。所述推力轴承在保证大型船舶减振降噪要求的同时，也保证了采用该套液压减振及其控制装置的推力轴承适用全工况范围减振使用，推力轴承的减振降噪设计提供更为优异的方案。
28.参照图1～图3，说明推力轴承本体的具体结构。该套推力轴承本体作为结构示意目的，仅在本体的主机端设置减振结构来实现正车工况的推力传递与减振功能，本体的艉轴端未设置减振结构可实现倒车工况的推力传递功能。可理解的是，也可在艉轴端设置减振结构来实现倒车工况时的推力传递与减振功能。
29.推力轴承本体主要包括推力轴1、位移测量组件2、液压油缸部件3、箱体 4、连通阀块5、定位导向销6、耐磨减振层7、承推座8、定位柱9、推力块 10、推力盘11、球面垫块12、支承轴承13、密封组件14、液压油管15、排气阀16。其中位移测量组件2包括传感器支架2-1、位移传感器2-2、紧固导向螺柱2-3、导向座2-4、碟簧2-5、密封圈2-6、导杆2-7。所述液压油缸部件3 包括活塞杆3-1，导向套3-2、支撑环3-3、密封圈3-4、液压缸套3-5、液压缸盖3-6。
30.其中，推力轴1两侧带有法兰盘，左侧为推力轴承主机端法兰盘，用以连接主机的输出法兰盘，右侧为推力轴承艉轴端法兰盘，用以连接艉轴的输入端法兰盘，由此将主机的输出动力传递到艉轴螺旋桨。推力轴1的中间段带有推力盘11，与推力盘接触的为推力块10，推力块定位在承推盘上，圆周方向布置的多块推力块10通过相对应的球面垫块12和定位柱9安装在承推座8一侧上，承推座8通过定位导向销6安装在箱体4内，承推座8的另一侧与液压油缸部件3中的活塞杆3-1右侧接触，活塞杆3-1左侧与液压缸套3-5、液压缸盖 3-6形成的密封空间充满液压油形成液压油腔，即所述液压油缸部件3内填充液压油形成液压油腔；所述调压控制装置通过实时调节所述液压油腔内液压油的压力，以使所述推力盘11处于平衡位置；液压油缸部件3通过螺栓固定在箱体4上，液压油缸部件在箱体4上以推力轴1的轴线为中心，周向均匀分布在箱体4上，且多个液压油缸部件3通过液压油管15、连通阀块5相互串联，箱体4通过箱体轴线左右两翼安装机脚部分与船体连接。通过安装在箱体4中的支承轴承13对推力轴1进行径向方向的支承定位，通过安装在箱体4两端的密封组件14对旋转的推力轴1与箱体1之间进行密封。
31.推力轴承正车工况工作时螺旋桨将产生的推力传递至推力轴1的艉轴端法兰盘进而传递至推力盘11上，再由推力盘11依次将推力传递至左侧推力块10、球面垫块12、承推座8、液压油缸部件3、箱体4上，最后由箱体4通过两翼安装机脚传递至船体，进而推动船体前进。
32.推力轴承倒车工况工作时螺旋桨将产生的拉力传递至推力轴1的艉轴端法兰盘进
而传递至推力盘11上，再由推力盘11依次将拉力传递至另一侧推力块 10、球面垫块12、承推座8、箱体4上，最后由箱体4通过两翼安装机脚传递至船体，进而推动船体倒退。
33.由于在安装液压油缸4一侧的承推座8具有轴向滑动结构特点，在承推座 8外圆周面安装高分子材料的耐磨减振层7，起到防止金属之间摩擦磨损，轴向移动摩擦力较大的问题。承推座8圆周上安装定位导向销6，对承推座的轴向移动起导向左右，并用于防止正常工作时承推座8发生圆周方向旋转。
34.活塞杆3-1通过支撑环3-3安放与液压缸套3-5与导向套3-2内，由于活塞杆3-1结构长度较长，设置导向套3-2及高分子耐磨减振材料的支撑环3-3，有利于活塞杆3-1在液压油缸部件3中准确可靠的轴向移动，导向套3-2通过螺栓安装在液压缸套3-5上，并由液压缸盖3-6与导向套3-2对活塞杆3-1进行了轴向限位，防止液压系统失效后导致液压油缸部件3与推力轴承本体损坏。密封圈3-4用于防止液压油泄漏。
35.在液压缸盖3-6上安装排气阀16，便于各液压油缸3中进入液压油时气体的快速排放。
36.多个液压油缸部件3通过液压油管15、连通阀块5之间相互串联，既保证了各液压油缸部件3内液压油压力均匀分布，又保证了各活塞杆3-1之间可同步移动，在连通阀块5上安装排气阀16，便于连通阀块5中进入液压油时气体的快速排放。
37.所述连通阀块5设有第一连接端、第二连接端以及第三连接端；所述第一连接端与所述箱体4及所述液压油腔相连通；所述第二连接端与容器组18相连通；所述第三连接端连接至调压控制装置，所述调压控制装置与所述位移传感器2-2电性连接，用于根据所述位移传感器2-2的实时检测距离实时调节所述液压油腔内液压油的压力，以使所述推力盘11处于平衡位置。
38.所述推力块10沿所述推力轴1的周向设有多个，每一推力块10通过定位柱与一承推座8组装，所述承推座8通过定位导向销6与所述箱体4进行可轴向滑动式装配，所述承推座8的另一侧与所述活塞杆3-1的端部相抵接。
39.位移测量组件2中位移传感器2-2的外壳固定在传感器支架2-1上，传感器支架2-1固定在液压缸盖3-6上，位移传感器2-2的伸缩探针与导杆2-7一侧相接触，导杆2-7安装在导向座2-4与紧固导向螺柱2-3内，保证导杆2-7 可以准确的沿轴向移动，紧固导向螺柱2-3通过螺纹安装在导向座2-4上，导向座2-4通过螺纹安装在液压缸盖3-6上，安装在导向座2-4内的碟簧2-5一端与紧固导向螺柱2-3端面接触，一端与导杆2-7的挡环接触，保证了导杆2-7 另一侧与活塞杆3-1端面轴向紧密接触，从而通过导杆实时将活塞杆3-1轴向位移传递到位移传感器上，使用密封圈2-6防止液压油向导向座2-4内泄漏。
40.通过位移测量组件2来测量活塞杆3-1的实时位置，通过连通阀块5的外部油路接口，实现各液压油缸部件3中的液压油充放油操作，进而控制各活塞杆3-1在液压油缸3中的位移，实现了推力轴承在不同推力工况时，活塞杆3-1 能够在液压油缸部件3中指定的位置范围内工作。
41.参照图3～图4，说明液压减振装置具体结构及工作原理。
42.液压减振装置主要包含液压油缸部件3，连通阀块5，液压油管15，排气阀16，阻尼阀块17，截止阀a～d(由上至下)17-1，阻尼孔管e～h(由上至下)17-2，容器组18，截止阀i～m(由上至下)18-1，液压容器n～r(由上至下)18-2。所述阻尼阀块17设有多个并联设置的不
同孔径液压阻尼单元，每一液压阻尼单元包括截止阀17-1和阻尼孔管17-2，通过不同液压阻尼单元的组合设置实现系统变阻尼功能。所述容器组18包括多个并联设置的液压容积单元，每一液压容积单元包括截止阀18-1和液压容器18-2，通过不同容积单元的组合设置实现变刚度功能。
43.通过截止阀i～m(由上至下)18-1的打开与关闭，可以控制不同容积液压容器n～r(由上至下)18-2每个是否接入油路。通过多个不同容积液压油组合接入油路中，使得油路中液压油的总体积发生变化，从而可以达到调整液压系统刚度至预期值范围。
44.为了便于装载液压油时排出液压容器n～r(由上至下)18-2中的气体，在液压容器n～r(由上至下)18-2上安装有单独的排气阀16。
45.通过截止阀a～d(由上至下)17-1的打开与关闭，可以控制油路中不同直径阻尼孔管e～h(由上至下)17-2每个是否接入油路，通过多个不同通径阻尼孔管组合接入油路中，从而导致油路中的粘性阻尼发生变化，从而可以达到调整液压系统阻尼至预期值范围。
46.通过截止阀的开闭，可以动态控制液压系统中液压油的刚度和阻尼，因此可以适应不同应用场景和工况，且可实现各种推力等级推力轴承减振使用，该套液压减振系统适用范围更广，普适性更强。
47.参照图5～图6，说明调压控制装置的油路布置和控制原理。
48.调压控制装置主要包括位移测量组件2，液压油缸部件3，连通阀块5，液压油管15，排气阀16，活塞位置pid控制器19，第一溢流阀20，油箱21，手动泵22，电动泵23，单向阀24，第二溢流阀25，蓄能器26，第一压力传感器27，可调节流阀28，伺服阀29，第二压力传感器30。
49.其中所述调压控制装置连通至推力轴承的液压油缸部件3，用于调节所述液压油缸部件3内液压油腔的油压，所述调压控制装置按照功能模块分为增压单元以及减压单元。所述减压单元包括伺服阀29、可调节流阀28。所述减压单元的两端分别与所述液压油缸部件3的液压油腔、所述油箱21相连接，用以将所述液压油缸部件3内液压油卸至所述油箱21内以减小液压油腔的油压。所述增压单元包括供油装置(手动泵22及电动泵23)、第二溢流阀25、蓄能器26、可调节流阀28以及伺服阀29。所述增压单元的两端分别与所述液压油缸部件3的液压油腔、所述油箱21相连接，用以将所述油箱21内的液压油充入至所述推力轴承内以增大液压油腔的油压。所述液压油腔的油压形成的轴向力作用在活塞杆3-1一侧通过所述推力轴承中承推座8、球面垫块12、左侧推力块10传递至推力盘11一侧，与通过艉轴端传递至推力盘11另一侧的螺旋桨推力形成相互作用力，通过实时调整液压油腔的油压形成的轴向力与螺旋桨动态推力相平衡，可使所述推力轴承中推力盘11处于平衡位置。
50.调压控制装置油路内的液压油，由电动泵23在从油箱21中吸入，依次通过单向阀24,可调节流阀28，伺服阀29，连通阀块5，液压油管15，进入液压油缸部件3中进行充油增压；液压油缸部件3中的液压油，通过伺服阀29，可调节流阀28，卸流至油箱21中进行放油减压。在推力轴承运转时，随着艉轴推力的变动，传递至活塞杆3-1的推力会产生变化，活塞杆3-1沿轴线动态移动，位置测量组件2实时采集活塞杆3-1所处的位置，将位置信号传递至活塞位置pid控制器19，经对位置信号进行处理计算后，活塞位置pid控制器19 控制伺服阀29对液压油缸部件3进行充、放油，控制活塞杆3-1位置处于设定工作范围内，实现了活塞位置的闭环控制。
51.调压控制装置油路中第一溢流阀20用于控制减振系统压力在指定范围内工作，防止推力突增等情况引起的减振系统压力超出系统工作压力上限。调压控制装置油路中第二溢流阀25用于控制充油回路中压力在指定范围内工作，防止充油回路压力超出规定的充油压力上限。蓄能器26用于稳定控制系统工作压力并可充当压力源，手动泵22用于控制回路失电情况下，调压控制装置供油的应急操作使用，可调节流阀28用于调节充、放油回路的流量与背压，使伺服阀29工作在较好的控制区间，提高活塞位置的闭环控制响应与稳定性。第一压力传感器27用于监测供油回路油压，第二压力传感器30用于监测减振系统油压，并可根据油缸总面积换算出推力轴承所受推力且实现推力的实时显示。
52.本技术提供的一种带液压减振及控制装置的推力轴承，结构设计更加合理，控制更加精准，同时能够调节液体的刚度和阻尼，保证在较大工况范围内和不同应用场景下正常工作。既能够保证大型船舶减振降噪的要求，还能够保证对于推力轴承普适性的要求。在保证了大型船舶运行过程中的安全性和舒适性的同时，也保证了大型船舶的机动性。该套液压减振方案的推力轴承适用范围更广，为推力轴承的减振设计提供了一种更为优异的方案。
53.进一步的，液压油腔的体积可以根据实际应用情况，通过调节活塞头的平衡位置，选取适当的液压油腔大小，以调节推力轴承轴向间隙的大小。
54.进一步的，电动泵和手动泵均可单独工作，保证系统能够安全可靠的运转。
55.进一步的，调压控制装置供油油路中安装充油蓄能器，充油蓄能器内储备一定量高于减振系统油压的液压油，当控制装置需要向液压油缸部件的液压油腔充油时，通过伺服阀可将蓄能器中储存的液压油充至液压油缸部件中，起到代替电动泵进行充油作用。当充油回路中压力低于规定值再启动电动泵。充油蓄能器能够防止电动泵或手动泵长时间工作。
56.本技术提供的一种带液压减振及控制装置的推力轴承，可有效降低大型船舶在运行过程中的振动噪声，并通过合理的结构设计、系统布置、参数设置，保证了在全工况范围、不同应用场合中仍能有效工作，进一步提升了普适性。
57.以上所述仅是本技术的优选实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本技术，这些实施方案并不是限制本技术的范围。对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。