[发明专利]曲轴、轴承组件以及大型多缸体二冲程柴油机

说明书

技术领域

本发明涉及一种曲轴、轴承组件以及十字头式大型多缸体二冲程发动机。本发明尤其涉及具有通过主轴颈而相互连接的曲拐的曲轴、具有用于曲轴的主轴颈的轴承壳体的轴承组件、以及包括所述曲轴与轴承组件的十字头式大型多缸体二冲程发动机。

背景技术

低速运行大型二冲程十字头式柴油机是庞大的并且高效的动力产生机器。这些发动机中最大的以94rpm产生约120.000kW，具有36米的总长以及接近3800吨的重量。

此种类型的发动机分成缸体部分，其通过相邻横梁映现在台板中、通过横向加强件映现在A-状曲轴箱框架中、以及通过缸体间距映现在缸体框架中。

这些发动机包括从通过各自都由主轴承支撑的主轴颈而相互连接的曲拐装配在一起的曲轴。每个曲拐都包括通过曲柄销相互连接的两个臂，臂通过收缩连接件与相关的主轴颈连接，所述收缩连接件包括装配入臂中孔内的主轴颈端部收缩件。每个曲拐都可是一体制造或者由两个臂与曲柄销装配而成。

最大发动机的曲拐重约25吨，整个曲轴重量高达约400吨。曲轴必须能够传送可以具有高达约12.000.000Nm的峰值并且活塞的作用在曲轴上的作用力同样巨大。根据多个构造方面确定曲轴的部件的尺寸，由此尤其是将要传送的作用力与由曲轴的振动特性产生的作用力影响相应零件的尺寸。此外，连接件与部件的尺寸中的安全因素通过相应的船分类协会的要求调节。

十字头式大型多缸体二冲程柴油机的主轴颈必须承受由活塞施加到曲轴的大的作用力以及由曲轴的振荡质量与振动特性产生的作用力。

大型二冲程柴油机的主轴承是滑动轴承，其中在将轴颈从轴承表面（bearing surface）提升的压力的作用下，轴颈的旋转运动的流体动力效应产生在轴承壳体的轴承表面与轴颈的轴承表面之间的油膜中累积的压力。需要保持最小油膜厚度以防轴承表面的磨损。在十字头式大型多缸体二冲程柴油机中的单个主曲轴轴承上的载荷未均匀地分布在相应轴承上，而是从轴承到轴承变化。这些变化来自当曲轴旋转时产生的动态质量力以及生成的曲轴的振动特征。由燃烧压力产生的曲拐的弯曲以及由待传送的波动转矩产生的非中心曲拐中的扭转导致在发动机运行过程中在相应主轴承之间的轴向偏移与未对准，此外还促进了在相应轴承上的变化载荷。在发动机运行过程中由燃烧压力产生的曲轴的弯曲与扭转以及由待传送的波动转矩产生的非中心曲拐中的扭转也导致在每个发动机周期期间的轴颈轴与轴承轴之间的倾斜。

此外，作用在曲轴上的作用力致使曲轴的弯曲，尤其在曲拐处导致主轴颈相对于主轴承的倾斜。在曲轴中主轴颈的倾斜从主轴颈到主轴颈不同，并且这可以导致高边缘压力以造成在轴承材料中的疲劳破坏。高边缘压力还与低油膜厚度相关。具有在这些类型的轴承中常见的油膜中的高压的另一个问题与未对准与倾斜无关，而是与沿着主轴承轴的方向的油膜压力的轮廓相关。

用于大型二冲程柴油机的已知主轴承设有所谓的混合边缘轴承（blended edge bearings）壳体，以便适应相应轴承的不同程度的未对准。

将这种所谓的“混合边缘”设计引入到薄壳体白金属主轴承上，以更好地处理曲轴倾斜，并且由此增加朝向边缘疲劳破坏的抗性。

混合边缘设计在靠近轴承壳体的边缘的周边区域中是平滑的半径，其在不具有触碰轴承壳体的边缘或者在轴承壳体的边缘处产生高油膜压力风险的情况下允许主轴承轴倾斜。

当倾斜小并且轴承力很高时，关于混合边缘轴承的权衡（trade-off）是减小承载能力。在此位置处需要普通轴承（plain bearings）。如果混合边缘轴承规定在相同发动机中的其它地方，那么发动机必须装配以普通与混合边缘壳体作为备用零件，由于在远洋船舶中的发动机必须在船上承载此必要的备用零件，因此这使得物流更复杂并且发动机更昂贵。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种克服或者至少减小与现有技术相关的缺点的曲轴。

此目的根据权利要求1通过为往复运动活塞发动机或压缩机提供曲轴来实现，曲轴具有通过主轴颈相互连接的多个曲拐，主轴颈具有主轴颈轴承表面，所述主轴颈轴承表面在其两个轴向端之间具有给定宽度，由此至少一个后退区域（receding area）设置在至少一个主轴颈的的主轴颈轴承表面中，至少一个后退区域与两个轴向端中的一个邻接，并且后退区域在远离与后退区域邻接的两个轴向端中的一个的轴向方向上具有减小的深度。