用于泵的轴承和翻新用于泵的轴承的方法

摘要

提出了一种用于带有围绕轴向方向(A)旋转的轴(10)的泵的轴承，所述轴承包括壳体(2)和固定至壳体(2)的轴承盖(3)、用于支撑泵(100)的轴(10)的轴承结构(4)、用于润滑剂的储存器(22)和用于运输润滑剂并用于将润滑剂供应至轴承结构(4)的油环(5)，其中，油环(5)布置成由旋转的轴(10)移动，并且其中，设置有相对于壳体(2)或盖(3)固定的保持元件(7)，保持元件(7)被设计并布置成使得其至少在轴向方向(A)上限制油环(5)的移动。另外，提出了一种翻新用于泵的轴承的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据独立的装置权利要求的前序部分的用于泵的轴承，所述泵具有围绕轴向方向旋转的轴，以及涉及一种泵。本发明还涉及一种翻新用于泵的轴承的方法。

背景技术

对于泵的旋转轴的轴承而言，本领域已知有许多解决方案。尤其地，在水平布置的泵中，已知的技术是使用也被称为抛油环的油环，以把润滑剂供应给轴承。油环松弛地悬挂在轴上或悬挂在以抗扭矩的方式与轴连接的部分上，例如抛油器，并延伸到布置在轴下方（例如在轴承壳体的底部中）的用于润滑剂的储存器中。当轴转动时，油环与轴一起转动，将润滑剂运输到轴承中。这样的油环被用于滚动轴承和轴颈轴承中。

尤其地，在石油天然气工业中泵送碳氢化合物流体的领域，泵常常暴露于非常恶劣的操作环境。例如，为了石油天然气的离岸生产，现在普遍的做法是，使用浮式生产存储和卸货单元(FPSO)，这是因为勘探转移至更深的水域和更远的位置。FPSO是用于碳氢化合物的生产和加工以及用于油的储存的浮动容器。安装在这样的容器上的泵必须在海洋环境中操作，除其他困难之外，所述海洋环境还在操作期间使整个泵不再静止，而是经受很强的移动。颠簸的海移动容器和与之一起的泵。

因而，泵经受俯仰和横摇运动。对于带有水平轴承的水平泵而言，俯仰运动导致泵的轴的轴线与水平方向的偏离，即，轴的轴承上下移动，而横摇运动导致整个泵围绕泵的轴的轴线的旋转移动。由于泵相对于容器的取向在安装之前通常是未知的，所以在以下的说明中，俯仰和横摇运动必须分别相对于泵来理解，而不是相对于容器或FPSO来理解。

直到现在，这样的泵的已知设计和技术通常对于多达5°的俯仰和横摇角度是足够的，即，与水平泵在操作期间的标准或期望的取向相比较，轴的轴线可与水平方向偏离多达5°，并且整个泵可围绕泵的轴的轴线倾斜或旋转多达5°。

然而，为了海洋应用对泵的要求日益增加，并且即使对于超过5°的横摇和俯仰角度而言，也希望安全地操作泵。不能理所当然地认为已知的技术对更大的角度也起作用。尤其地，在将油环用于轴承元件或轴颈的润滑的轴承中，当角度超过5°时，就不再确保合适的润滑。而不充分的润滑或缺乏润滑对轴承是有害的，并且可能导致轴承和与之一起的泵的严重损坏乃至失效。尤其是在离岸应用中，泵轴承或泵的完全破坏是可能导致大的经济损失的主要事故。

发明内容

基于现有技术，本发明的目的是提出了一种用于具有围绕轴向方向旋转的轴的泵的轴承，其即使当轴承和泵在操作期间经历与标准取向的更大的偏离时，例如通过轴承或泵的俯仰或横摇运动，也确保了轴承的合适的润滑。尤其地，轴承应当适于像FPSO上的泵那样的海洋应用。

满足该目的的本发明的主题以独立权利要求的特征来作为特征。

因而，根据本发明，提出了一种用于具有围绕轴向方向旋转的轴的泵的轴承，所述轴承包括壳体和固定至该壳体的轴承盖、用于支撑泵的轴的轴承结构、用于润滑剂的储存器和用于运输润滑剂并用于将润滑剂供应至轴承结构的油环，其中，油环布置成通过旋转的轴来移动，并且其中，设置有相对于壳体或盖固定的保持元件，保持元件被设计并布置成使得其至少在轴向方向上限制油环的移动。

通过提供至少相对于轴向方向限制油环的移动的保持元件，确保了即使泵的倾斜角度超过5度，油环也不会失去与储存器中的润滑剂的接触。另外，保持元件防止油环与壳体的壁接触。这样的接触可能具有的结果是油环不再旋转。因而，保持元件将油环约束在与泵的从零度到五度的倾斜角度的位置对应的操作位置，使得即使在泵的倾斜角度超过五度时，油环也能持续将油输送至轴承结构。

由于保持元件相对于壳体固定，所以其不能相对于壳体移动，而是相对于壳体保持静止。

此外，为油环提供保持元件是非常简单、有效并且经济的措施，其成本非常低，并且即使对于更大的倾斜角度，也确保合适的润滑。

另外，根据本发明的轴承还可通过给现有轴承提供合适的保持元件来在现有轴承中实现。因而，本发明还适合翻新或升级现有的轴承。保持元件在轴承中的安装是无需花费太大努力的情况下就能实现的不复杂的措施。

根据第一优选的实施例，保持元件与轴向方向垂直地延伸。通过这种方式，保持元件基本上与由油环包围的平面平行地延伸。

对于第一实施例而言优选的措施是，保持元件包括彼此隔开并平行地延伸的两个侧杆，以在中间限定间隙，所述间隙容纳油环的一部分。因而，油环的移动受保持元件的两个侧杆约束。

优选地，侧杆中的每根侧杆是弯的，以便在轴的周向方向上围绕轴的一部分延伸。通过这种措施，甚至可改进油环的引导。

有利的是，两个侧杆通过两个端部件连接，其中，每个端部件定位在侧杆的端部处。这些端部件可用于将保持元件安装至轴承的壳体。

从结构的观点来看，优选的是每个端部件与侧杆垂直地延伸。

取决于相应的应用，当每个端部件基本上是L形时，可便于保持元件的安装。

端部件可被设计成使得保持元件被安装至壳体的侧壁。

替代性地，端部件可被设计成使得保持元件被安装至壳体的底部。对于该类型的安装，L形的端部件是优选的。

在另一优选实施例中，保持元件包括：基本上环形的基体，以便围绕轴；和至少一个安装件，其从基体延伸并适于容纳油环的一部分。

从结构的观点来看，有利的是安装件基本上为U形。这是相对于轴向方向约束油环移动的容易方式。

关于该实施例，优选的措施是，保持元件的基体被固定至轴承盖，例如螺栓连接至轴承盖。

根据本发明的轴承可被设计成滚动轴承，尤其是可被设计成滚珠轴承。对于该设计，轴承结构包括与轴一起旋转的内轴承环、相对于壳体静止的外轴承环以及布置在外轴承环与内轴承环之间的像滚珠或圆柱那样的滚动元件。

根据本发明的轴承还可被设计成轴颈轴承。这样的轴承通常是流体动力轴承，其中，轴承结构包括包围轴的静止的轴承表面。在操作期间，在旋转的轴与轴承的轴承表面之间形成润滑剂薄膜。

此外，根据本发明，提出了一种泵，包括至少一个根据本发明的轴承。这样的泵尤其适合海洋应用，例如适合安装在FPSO上，在那里，整个泵通过像容器上的横摇或俯仰运动那样的倾斜移动，经历与标准或通常的取向的偏离。另外，根据本发明的泵还适合这样的应用，即其中泵被安装成其取向以静止方式与通常的操作取向恒定地偏离，例如，当泵被安装在倾斜基础上时。

另外，本发明提出了一种用于翻新泵的轴承的方法，所述泵具有围绕轴向方向旋转的轴，轴承包括壳体、固定至壳体的轴承盖以及用于运输润滑剂并用于将润滑剂供应至轴承结构的油环，包括步骤：提供保持元件，其被设计成限制油环的移动；将保持元件布置成使得其至少在轴向方向上限制油环的移动；和相对于轴承的壳体或轴承盖固定保持元件。

由于保持元件是能容易地适应并设计用于任何特定的泵的简单元件，所以可升级或改进现有的轴承，以便如以上所说明地使轴承更能抵抗更大的倾斜运动，如俯仰和横摇运动。

本发明的另外的有利措施和实施例将从从属权利要求变得明显。

附图说明

在下文中将参考图来更详细地说明本发明。在示意图示中示出的是：

图1是根据本发明的泵的实施例的示意图；

图2是根据本发明的轴承的第一实施例的示意性剖切图；

图3是第一实施例的保持元件的透视图；

图4是在壳体和轴承盖被部分拆开的情况下的第一实施例的透视图；

图5是保持元件的替代的透视图(顶部)和底视图(底部)；

图6是在轴承盖被拆除的情况下的根据本发明的轴承的第二实施例的透视图；

图7是图6中的实施例的保持元件的透视图；

图8像图4一样，但是是关于根据本发明的轴承的第三实施例；

图9是图8中的实施例的保持元件的透视图；

图10是第三实施例的轴承盖和保持元件的透视图；以及

图11是图示了根据本发明的轴承的第四实施例的透视图(被部分拆开)。

具体实施方式

在不同实施例的图中，相同的零部件或者具有相同功能或类似相同的功能的零部件都用相同的附图标记标识。

本发明涉及一种用于具有旋转的轴的泵的轴承，以及涉及具有这样的轴承的泵。图1示出了这样的泵的实施例的示意图，其整体上用附图标记100标识。在该实施例中，泵100是水平离心式轴承间泵，其例如用作石油天然气工业中的过程泵。泵100包括带有离心转子103的叶轮单元102，用于将流体从入口输送至出口。转子103被安装在轴10上并由轴10驱动，轴10围绕轴向方向A旋转。在叶轮单元102的每侧上设置有用于支撑轴10的轴承1。在下文中将更详细地描述轴承1的细节。由于叶轮单元102被布置在两个轴承1之间，所以泵100被称为轴承间泵。另外，具有例如电动马达之类的驱动器101，用于使泵100的轴10旋转。

不言而喻，本发明不局限于轴承间泵或用于这样的轴承间泵的轴承1，而是可适用于将油环用于润滑的所有类型的泵，尤其是离心泵。在以下对优选实施例的说明中，对一种重要的实际应用进行参考，即轴承1和泵100分别在海洋环境中操作，例如在FPSO上。

然而，本发明不局限于该应用。在FPSO或任何其他容器上，泵100可经历与通常的水平操作取向的偏离。这些偏离可由容器的俯仰和横摇运动引起。图1中的直箭头B指示了俯仰运动，其导致整个泵100围绕与轴向方向A垂直并且与图1中的图的平面垂直的轴线的倾斜。通过该运动，限定轴向方向A的轴10的轴线在由线A1和A2指示的方向之间倾斜。倾斜角度α是线A1或A2分别与线A之间的角度。弯箭头C指示了横摇运动，其引起整个泵100围绕轴向方向A的倾斜，并且也能由倾斜角度来描述。

本领域已知的泵能够应付多达五度的倾斜角度，对于更大的倾斜角度，不再确保泵的安全可靠的操作。通过根据本发明的轴承，对于大得多的倾斜角度，例如对于多达至少20度的倾斜角度，可以确保安全的操作。

图2显示了根据本发明的轴承1的第一实施例的示意性剖切图。轴承1包括壳体2和轴承盖3，轴承盖3例如通过螺钉或螺栓被固定至壳体2。另外，具有用于以本身为本领域已知的方式容纳并支撑泵100的轴10的轴承结构4。轴承结构4包括两个滚珠轴承元件41，所述两个滚珠轴承元件41中的每个滚珠轴承元件包括内轴承环411、外轴承环412和作为设置在外轴承环412与内轴承环411之间的滚动元件的多个滚珠413。内轴承环411以抗扭矩的方式与轴10连接，并且外轴承环412相对于壳体2静止。为了轴承结构4的润滑，设置有油环5。油环5布置在像固定于轴10上并与轴10一起旋转的抛油器6那样的套管的沟槽中。在轴承1的壳体2的底部21处，设置有用于例如油的润滑剂的储存器22。在泵100的操作期间，储存器22用润滑剂填充到由图2中的线L指示的水平。油环5松弛地悬挂在轴10上，并且部分地浸在储存器22中的润滑剂中。当轴10旋转时，油环5也旋转，从而将润滑剂从储存器22运输至抛油器6，并将润滑剂输送至轴承结构4。

根据本发明，设置有保持元件7，其相对于壳体2固定，并且被设计和布置成使得其至少在轴向方向上限制油环5的移动。

图3示出了保持元件7的透视图。保持元件7包括彼此平行延伸并隔开以在中间限定间隙72的两根侧杆71。侧杆71可以设计成细线的形状。如能在图2中和在图4中看到地，保持元件7被安装成使得在侧杆71之间的间隙72容纳油环5的一部分。

侧杆71中的每根侧杆是弯的，以便在轴的周向方向上围绕轴的一部分延伸。两根侧杆71由两个端部件73连接，其中，每个端部件73定位在侧杆71的端部处。端部件73和侧杆71界定了基本上四边形的区域，油环5通过其进入间隙72。这些端部件中的每个端部件基本上与侧杆71垂直地延伸。此外，这些端部件73中的每个端部件设置有孔74，用于借助于螺钉将保持元件7安装在壳体2的侧壁23上。

图4示出了轴承1的第一实施例的透视图，其中，壳体2和轴承盖3为了更好的理解而被部分拆开。图4中贯穿壳体2和轴承盖3的切口与轴向方向A垂直，因而油环5和保持元件7变得可见。图4尤其示出了在间隙72容纳油环5的一部分的情况下油环5与保持元件7的相对位置。保持元件7在壳体2的两个侧壁23之间与轴向方向A垂直地延伸，并借助于延伸穿过保持元件的孔74的螺钉(未示出)固定至壳体2。

在泵100的操作期间，保持元件7限制油环5相对于轴10的运动。该限制可既相对于轴向方向A，也相对于油环5的与轴向方向A垂直的运动，例如径向方向的运动。在泵100和与之一起的轴承1经受强的俯仰或横摇运动的情况下，油环5除其围绕轴10的旋转移动外，仅能在保持元件7的侧杆71之间的间隙72内移动。油环5在轴向方向A上一移动至油环5与侧杆71中的一根侧杆接触的这种程度，油环5就被防止相对于轴向方向A进一步移动。通过这确保的是，油环5不会失去与储存器22中的润滑剂的接触，而是保留部分地浸在润滑剂中。此外，保持元件7防止油环5与壁、例如壳体的侧壁23中的一个侧壁或壳体2内的任何其他部分接触。这样的接触可能是有害的，这是因为其可能停止或至少明显阻碍油环5围绕轴10的旋转移动。因而，即使对于泵100的大的俯仰和横摇移动而言，也总能保证润滑剂从储存器22到轴承结构的合适有效的运输和润滑剂到轴承结构的供应。

优选地，保持元件7和在该实施例中尤其是间隙72被设计并尺寸化为使得油环5与其通常或标准的操作位置的最大偏离限于与五度的最大倾斜角度对应的这样的偏离。因而，即使对于泵100或轴承1的更大的倾斜角度，例如多达20度的倾斜角度，油环5的移动也被局限在相对于油环的标准或通常的操作位置为+/-5°的范围。

因此，即使对于其中轴承1或泵100的倾斜角度α(横摇或俯仰移动)超过5度的极限的这种情形，根据本发明的轴承1借助于油环5确保了轴承结构4的合适有效的润滑。

图5在上部示出了保持元件7的替代的透视图，并且在下部示出了保持元件7的替代的底视图。与根据图3的保持元件的主要差异是保持元件7相对于壳体2的安装。在图5中图示的保持元件7设置有突出的翼片75，用于相对于壳体2固定保持元件7。翼片75可设置有孔(未示出)，用于接纳螺钉，翼片75通过其被固定至壳体2的任何平坦表面或部位。另外，相应的端部件73没有设置孔，而是成形为用于贴合地配合到壳体2的任何缝隙中或贴合地配合到安装至壳体的任何其他部分中。当然，端部件73的特定设计取决于轴承1或其壳体2的特定设计。然而，本领域的技术人员能够为端部件73找到合适的位置和合适的设计，以使在端部件73与轴承1的壳体2内的缝隙或凹进之间的这种配合成为可能。仅举一个示例，端部件73可设计成用于壳体2的壁与轴承1的冷却盘管之间的密封配件。

图6示出了轴承1的第二实施例的透视图，其中，轴承盖3为了更好的图示和理解的目的而被拆除。另外，图7示出了第二实施例的保持元件7的透视图。轴承1是滚动轴承，并且更具体地是带有轴承结构4的滚珠轴承，所述轴承结构4包括带有作为滚动体的多个滚珠的至少一个轴承元件41。油环5将润滑剂从储存器22运输至轴承结构4，并把润滑剂供应给轴承结构4。

如图7中最清楚地看到地，保持元件7具有连接两个侧杆71的两个端部件73。根据该实施例，每个端部件73基本上是L形的，其中，L的相应较长的臂731连接两个侧杆71并基本上与侧杆71垂直地延伸，而L的相应较短的臂732设置有孔74，用于接纳螺钉(未示出)或另外的固定装置，用于将保持元件7安装至壳体2。该实施例尤其适合将保持元件7安装至壳体的底部21(参见图6)。

图8以与图4中的图示相似的图示示出了轴承1的第三实施例，即，壳体2和轴承盖3为了更好的理解的目的而被部分拆开。图8中贯穿壳体2和轴承盖3的切口与轴向方向A垂直，因而油环5和保持元件7变得可见。第三实施例与第一实施例的不同之处主要在于保持元件7的设计和安装。在图9的透视图中示出了第三实施例的保持元件7。保持元件7包括：基本上环形的基体76，以便围绕轴10；和至少一个安装件77，其从基体76延伸并适于容纳如图8所图示的油环5的一部分。在该实施例中，保持元件具有两个安装件77，所述两个安装件77中的每个安装件基本上是U形的或者形成为钩。安装件77具有相对于彼此平行或稍微倾斜延伸的两个臂771以及连接臂771的中间部分772。由两个臂771和中间部分772界定的空间基本上实现了与第一实施例中的间隙72相同的功能，也就是说，所述空间约束油环5相对于轴10的移动。在基体76的周向方向上测量的两个安装件77的距离小于基体76的圆周的一半。通过这样，在保持元件7的安装之后，安装件77都能够定位在轴10的轴线下方，因而在两个不同的位置约束油环5的移动。当然，还可能具有超过两个的安装件77，或者还可能以另一种方式设计安装件77。

在该第三实施例中，保持元件7被设计成固定至轴承盖3。图10示出了轴承盖3和保持元件7的透视图。基体76沿着其外周设置有多个凹进部761。如能在图10中最清楚地看到地，这些凹进部761定位并设计成使得它们容纳设置在轴承盖3处的对应凸起31。通过凸起31与基体76的凹进部761的接合，保持元件7被紧固成抵抗围绕轴向方向A的旋转。可选择地，保持元件7的基体76可设置有基本上与基体76垂直并在与安装件77相反的方向上延伸的至少一个安装翼片762。一个或多个安装翼片762定位并设计成使得在安装至轴承盖3时，每个安装翼片762与轴承盖3中的凹进部或凹口接合或合作。

不言而喻，凹进部761和安装翼片762的特定布置和设计取决于保持元件7安装至的特定轴承盖3的设计和几何形状。然而，技术人员在根据特定应用调整保持元件7的设计上没有任何问题。

作为附加的固定措施，保持元件7可例如通过螺钉被螺栓连接至轴承盖3，或者被粘接至轴承盖3。在将保持元件7安装至轴承盖3之后，可将轴承盖3固定至轴承1的壳体2。

图11以透视图图示了根据本发明的轴承的第四实施例。为了更好的理解的目的，轴承1的壳体2和轴10的图示已省略，并且仅示出轴承结构4的一半。

第四实施例被设计成轴颈轴承或摩擦轴承。轴承结构4包括包围轴10(未示出)并安装至托架43的轴承套管42，所述托架43继而固定至轴承1的壳体2(未示出)。在轴颈轴承中，轴承结构4不包括与轴10一起旋转的任何部分，而是轴10的轴承基于旋转的轴10和静止的轴承套管42之间的摩擦。尤其地，为了轴承套管42与旋转轴10之间的润滑，油环5将润滑剂从储存器22运输至轴承结构4。在轴10旋转时，在轴10与轴承套管42之间产生润滑薄膜。轴颈轴承1是流体动力轴承。

第四实施例的保持元件7与第二实施例的保持元件(参见图7)对应，因此不需要进一步的说明。

当然，保持元件7的所有其他的实施例同样以相似的方式适合轴颈类型的轴承。

参考本发明的特定实施例说明的特定特征或措施中的每一个也可以等同或相似的方式适用于相应的其他实施例。

由于参考不同的实施例讨论的保持元件7是分离的独立部分，所以其可容易地用于翻新或升级现有的轴承或已设计的轴承或具有固定设计的标准轴承。

保持元件7的特定合适的设计和几何形状取决于轴承的特定设计。然而，使保持元件7的几何形状和设计适应特定的应用并不会给技术人员施加任何过分的负担。

保持元件7可由金属、塑料、复合材料或任何其他合适的材料制成。例如，保持元件7可由聚碳酸酯塑料制成。优选地，保持元件7相对于油环5由具有低摩擦的材料制成，然而，在操作期间，油环5上的润滑剂将帮助降低油环与保持元件7之间的摩擦。油环5与保持元件7之间具有低摩擦具有的优点是，保持元件7不会明显阻碍油环5的旋转移动。