[发明专利]用于引导旋转机器的竖向轴的系统和包括此类系统的功率转换装备

说明书

技术领域

本发明涉及用于引导轴围绕竖向轴线旋转的可调节的系统。

可特别地利用水力机器实现本发明，该水力机器可包括在装置中用于将水力能转换成电能(或者反之亦然)的涡轮、泵，或者泵涡轮。

背景技术

在该类型的装置中，将若干个承座分配在围绕竖向轴线旋转的轴的周边上面是已知的。这些承座共同形成轴承，该轴承支承来自旋转轴的力，因为在轴和承座的承载表面之间产生了油膜。必须精确地调节这些承座的径向位置，以便轴承保持最小油膜厚度，而在旋转轴和承座之间没有抓紧或冲击的风险。此外，当旋转时，旋转轴具有变形，如果承座未在径向方向上保持足够的刚性，则该变形更明显。

当轴承在它们的外部径向表面上配备有转动系统时尤其如此，该转动系统设有外周表面，该外周表面的形状为球区段，该外周表面设计成与力承受块接合，该力承受块具有腔体，该腔体的底部的形状也为球区段。一方面在球上设置具有相应的半径的、形状为球区段的表面，另一方面在力承受块的腔体的底部处的表面的相应的半径较大，对于具有直径介于80cm和2m之间的支承轴的涡轮，大体为大约几米。产生形状为球区段的、半径较大的表面实现起来是复杂的，这增加结合此类机构的装置的最终成本。

此外，在已知系统中，若干个部件彼此相关联，以便限定承座的径向位置，尤其是对于各个承座、球、力承受块、倾斜的楔形件和固定的支承部件。部件的该堆叠使柔性增加，使得该组承座的刚性未最大化。这是因为当水力机器运行时，可观察到由轴和轴承形成的组件的相对明显的变形，这使得必须设计迷宫轮密封件，以较大的公差，在水力机器内的主要水流的流区域附近设置该迷宫轮密封件。这使该主要流没有不重要的泄漏，并且因此失去水力机器的性能和有效生产。

类似的问题以一般的方式在竖向轴线旋转机器中出现。这对于具有承座轴承的交流发电机尤其如此。

一般在轴承的领域中，从US-A-1 880 353了解到使用承座来支承轴，该轴围绕未规定定向的轴线旋转。这些承座均能够围绕由螺纹杆限定的轴线旋转，并且经由台肩承靠着壳的倾斜部分。以较小的精度引导承座，并且存在壳在由承座施加的径向力的作用下变形的风险。

发明内容

本发明更特别地意于通过提出可调节的系统来矫正这些缺陷，该可调节的系统用于引导机器的轴，借助于此，获得关于支承该系统的承座的改进的刚性，并且因而限制轴在使用中变形是可行的。减小在结合了该引导系统的水力装置中使用的迷宫轮密封件的横向尺寸也是本发明的目的。降低成本和简化对承座轴承的游隙的调节，因而简化组装和维护时间(这减少机器停机时间)也是本发明的目的。

为此，本发明涉及一种用于引导轴围绕竖向轴线旋转的可调节的系统，该系统包括承座，各个承座设有表面，该表面设计成与轴形成轴承，并且对于各个承座，楔形件设有凸轮表面，该凸轮表面的轮廓在相对于竖向旋转轴线为径向的平面中相对于该轴线倾斜。根据本发明，各个承座经由其外部径向面的一部分直接承靠着楔形件的凸轮表面，而各个凸轮设有长圆形开口，该长圆形开口的最大维数平行于竖向旋转轴线，并且在该长圆形开口中容纳外加螺母，该开口的纵向边缘引导该外加螺母平移，并且借助于与外加螺母的内部攻丝接合的螺纹杆来控制该外加螺母在开口中的位置。

在本描述中，相对于引导系统所意于的轴的竖向旋转轴线来限定用语“轴向”和“径向”。如果方向平行于该轴线，则方向被说成轴向的，如果表面垂直于该轴线，则表面被说成轴向的。如果方向垂直于该轴线并且与其正割，则方向被说成径向的。如果表面定心在该轴线上，则表面被说成径向的。如果平面包含径向方向和旋转轴线，则平面被说成径向的。

由于本发明，故各个承座在径向方向上的位置由该承座和楔形件的凸轮表面之间的直接接合限定，而不必像现有技术中的装备那样使用具有球和力承受块的关节。因而本发明与包括球(该球具有外部表面，该外部表面的形状为球区段)的系统中使用的技术相反，因为在这些已知系统中，球和力承受块之间的滑动接触被促进。相反，在本发明中在承座的外部径向面的一部分和楔形件的凸轮表面之间产生的直接承载引起承靠着彼此的表面的可能敲击，这关于配备有本发明的可调节的引导系统的水力机器的寿命被容忍。此外，在用于调节承座的位置的元件遭受可接受的机械负载时，借助于长圆形开口中的外加螺母来引导承座是精确的。

根据有利但非强制性的方面，此类引导系统可结合以下呈任何技术上容许的组合的特征中的一个或更多个：

各个楔形件的凸轮表面使得可以借助于凸轮的竖向平移来调节承座承靠着该表面的径向位置。