徑向氣體箔片軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及沿著旋轉(zhuǎn)軸線延伸的徑向氣體箔片軸承，該徑向氣體箔片軸承包括沿著承載元件的徑向內(nèi)側(cè)周向地延伸的至少一個箔片，其中，所述箔片附接到所述承載元件。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體箔片軸承可以用于各種機器類型以支承以高速旋轉(zhuǎn)的軸。根據(jù)本發(fā)明的氣體箔片軸承的優(yōu)選應(yīng)用為用于優(yōu)選地以10000RPM與50000RPM之間的速度旋轉(zhuǎn)的壓縮機的徑向軸承。
[0003]在該技術(shù)領(lǐng)域中已知有多種軸承類型，例如，油潤滑徑向球軸承、油潤滑軸頸軸承、主動磁軸承以及氣體箔片軸承。本發(fā)明涉及氣體箔片軸承。氣體箔片軸承通常包括薄的光滑的徑向內(nèi)表面層和波箔片徑向外表面層，該氣體箔片軸承允許特別是在高速運行期間的阻尼、熱膨脹、離心式增大以及對軸的未對準(zhǔn)進行補償。常規(guī)的氣體箔片軸承通常不能解決失衡以及未對準(zhǔn)的問題，從而導(dǎo)致過度的轉(zhuǎn)子振動。這對于特別是用于下述壓縮機的轉(zhuǎn)子的徑向氣體箔片軸承而言會是個大問題，該壓縮機包括以重的空氣動力載荷對氣體箔片軸承施加額外動力的葉輪。
[0004]從專利申請US 2005/0163407 AU US 4, 208, 076 AU US 4，274，683A1、US4，296，976 AU US 6, 158,893 Al中已知一種用于離心渦輪鼓風(fēng)機的開始提到的類型的氣體箔片軸承。除了首篇先前提到的專利申請之外，每篇文獻均提出將箔片焊接至承載元件。首篇文獻提出將一個箔片端部相應(yīng)地插入到位于承載元件的徑向內(nèi)表面上軸向地延伸的槽中。盡管這種將一個箔片端部焊接至承載元件的解決方案具有使焊接成為另外制造步驟并且以熱處理改變箔片的材料特性的缺點，但是如在提到的首篇專利申請中提出的用于將箔片固定到承載元件的已知的非焊接方法又具有安全缺點。常規(guī)的非焊接方法伴隨有將箔片插入到槽中不足以牢固到避免箔片松脫的風(fēng)險。為了避免箔片松脫，必須提供另外的復(fù)雜的關(guān)鍵解決方案，這些另外的復(fù)雜的關(guān)鍵解決方案在大多數(shù)情況下不能滿足徑向固定的要求或者制造方面是復(fù)雜且昂貴的。
[0005]US 4, 295689 Al示出了一種包括對非常小的單元有效的僅一個金屬片的箔片軸承。所提出的這種設(shè)計不允許進行更多箔片的固定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的一個目的為使得能夠容易地制造先前提到的類型的氣體箔片軸承，該氣體箔片軸承能夠安全地運行。
[0007]本發(fā)明的另一目的為避免在運輸、組裝或運行期間箔片從承載元件松脫。
[0008]本發(fā)明提供了具有權(quán)利要求1的特征部分的附加特征的開始提到的類型的徑向氣體箔片軸承。從屬權(quán)利要求包括本發(fā)明的有利的實施方式。
[0009]若無另外指出，如徑向軸向、周向之類的術(shù)語參照的是軸承的中心軸線。所述中心軸線與由根據(jù)本發(fā)明的軸承支承的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸線重合。
[0010]關(guān)于本發(fā)明，術(shù)語軸向、徑向和周向總是參照由徑向氣體箔片軸承支承的軸的旋轉(zhuǎn)軸線，該旋轉(zhuǎn)軸線相應(yīng)地為經(jīng)過開口的中央延伸的軸線。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的承載元件一一其也可以被稱為支承環(huán)一一為對波箔片層和類似于軸承軸頸的平坦表面層進行承載的支承部。承載元件設(shè)置有開口，轉(zhuǎn)子的軸延伸經(jīng)過該開口，其中，承載元件借助于軸承將轉(zhuǎn)子支承在該軸向位置處。該開口基本上呈圓柱形形狀，并且波箔片層和平坦表面層定位在該開口的徑向內(nèi)表面處。承載元件的開口的內(nèi)表面面向該開口的中央，該開口的中央位于要被支承的轉(zhuǎn)子的軸的旋轉(zhuǎn)軸線上或附近，該旋轉(zhuǎn)軸線在大多數(shù)情況下與所謂的機器軸線重合。承載元件可以是一件式的環(huán)形部件或具有軸向延伸分割平面。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，由于所述箔片層一一相應(yīng)地為至少一個波箔片和頂箔片一一可以定位在承載元件的開口中并且之后從所述承載元件的外側(cè)被固定，因而簡化了氣體箔片軸承的制造和組裝。
[0013]這種固定可以通過將鍵插入到所述通孔中以將所述箔片的所述固定區(qū)段周向地并且徑向地鎖定來完成。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)選實施方式提供了包括固定區(qū)段片的所述固定區(qū)段，該固定區(qū)段片可以彎曲到周向方向上，以將所述固定區(qū)段緊固在所述通孔中。
[0015]也可以朝除周向方向之外的任何其他方向進行彎曲，例如，朝軸向方向彎曲。然而，朝所述固定區(qū)段片的周向方向彎曲有利地利用了該平坦形狀的箔片的機械特征。
[0016]另一優(yōu)選實施方式提供了至少兩個固定區(qū)段以及相對應(yīng)的相同數(shù)目的通孔，其中，每個固定區(qū)段被插入到一個通孔中。在多個箔片沿徑向連續(xù)地分層的情況下，優(yōu)選地，每個箔片包括被插入到一個通孔中的至少一個固定區(qū)段。多個箔片的多個固定區(qū)段可以被插入到一個中間通孔中。優(yōu)選地設(shè)置有至少三個通孔，并且每個箔片包括三個固定區(qū)段，所述三個固定區(qū)段中的每個單個固定區(qū)段被插入到一個通孔中。
[0017]為了提供最容易的且最佳的固定，提供了多于一個的通孔并且為每個箔片提供了相同數(shù)目的固定區(qū)段，其中，在每個通孔中，每個箔片的一個固定區(qū)段被插入并且每個固定區(qū)段的平坦區(qū)段被彎曲以將所述固定區(qū)段徑向地鎖定在所述通孔中。優(yōu)選地，所述固定區(qū)段片朝不同的方向彎曲、優(yōu)選地朝周向方向彎曲以甚至在周向力和徑向力變化的情況下也提供固定。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的徑向氣體箔片軸承的優(yōu)選實施方式提供了位于承載元件的開口的徑向內(nèi)表面上的兩層系統(tǒng)，從而產(chǎn)生了以下的從外側(cè)至內(nèi)側(cè)的徑向順序:第一波箔片層、第一平坦表面層(也稱為頂箔片)。這些層沿周向方向延伸。
[0019]本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式提供了至少一個波箔片層，其包括設(shè)置成軸向上彼此相鄰的多個周向延伸的帶狀件。這種設(shè)計使得氣體箔片軸承對要被支承的軸的任何靜態(tài)或動態(tài)未對準(zhǔn)能夠更好地調(diào)整。通過波箔片層的這種分隔降低了剛度并且改善了阻尼。
[0020]另一優(yōu)選實施方式提供了不同層系統(tǒng)的相同的波箔片層。所述相同的波箔片層可以設(shè)計成使得通過將這些波箔片層與平坦表面層相結(jié)合獲得了期望的剛度特性和阻尼特性。
[0021]基本上，可以將箔片系統(tǒng)設(shè)置為布置在承載元件的徑向內(nèi)側(cè)上，其中，波箔片層與平坦表面層以交替的順序堆疊，其中，頂箔片層為平坦表面層。
[0022]進一步有利的是，將波箔片層與平坦表面層二者在僅一個周向端部處固定地連接至承載元件，而另一周向端部未固定地連接至承載元件。這種與承載元件的連接可以優(yōu)選地設(shè)置在就軸的旋轉(zhuǎn)方向而言沿周向方向的前端處。
[0023]徑向氣體箔片軸承的優(yōu)選設(shè)計在承載元件的內(nèi)表面上向開口的360°的圓周設(shè)置一個部段。承載元件的開口的360°圓周也可以被分成多個部段。這樣做時，優(yōu)選地設(shè)置三個部段，其中，每個部段被分配120°的角度。每個部段優(yōu)選地分別設(shè)置有從部段的一個周向端部向該部段的另一周向端部延伸的多于一個的層系統(tǒng)。
[0024]本發(fā)明的又一優(yōu)選實施方式提供了由INCONEL制成的波箔片層和/或平坦表面層。而INCONEL只是一個注冊商標(biāo)的名稱，其主要由鎳制成，以鉻為第二元素。主要由鎳、并以鉻作為第二元素制成的其他金屬適于要被制成的平坦表面層和/或波箔片層。
[0025]為了能夠獲得有效地支承轉(zhuǎn)子所需的高精度，所述承載元件由于沿著全周延伸的周向連續(xù)實心結(jié)構(gòu)而在周向上是剛性的。從這種剛性獲得的一個益處為至少兩個箔片沿著所述承載元件的所述開口的徑向內(nèi)側(cè)周向地延伸。在現(xiàn)有技術(shù)(US4，295，689 Al)中，僅啟用一個箔片，這極大地限制了可允許的軸承負(fù)載。為了進一步提高精度和剛性，承載環(huán)中的位于在每個特定周向位置處的所述徑向通孔包括為封閉圓筒形孔的至少一個徑向通孔。這意味著所述孔總體上由所述承載元件的固體材料限制和限定。
[0026]優(yōu)選地，所述(多個)通孔被制造為使得承載環(huán)的周向連接結(jié)構(gòu)一一相應(yīng)地為承載環(huán)的基材一一保持封閉，相應(yīng)地，輪廓按照情況地被封閉。
[0027]所述片以及通孔被制造為使得獲得了對空間中所有的三個移動自由度的固定。所述箔片的片被制造為使得其能夠穿過通孔被卡住以獲得對沿軸向方向和周向方向的運動的阻止。所述片的從通孔突出而能夠從所述承載元件的徑向外側(cè)觸及的一部分上的彎曲被彎曲成使得獲得了對所述箔片的徑向固定。
[0028]在至少一個或一組所述通孔是根據(jù)沿著通孔中心的徑向軸向平面以對稱的方式制成的情況下，獲得了根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向的高的調(diào)節(jié)性和靈活性。優(yōu)選地，所有所述通孔是以此方式對稱地制成的。
【附圖說明】
[0029]通過參照結(jié)合附圖對實施本發(fā)明的當(dāng)前最佳方式的以下描述