軸頸軸承組件及組裝其的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本公開內(nèi)容的領域大體上涉及軸承組件，并且更具體地涉及具有柔軟安裝的氣體擴散軸承墊的軸頸軸承組件。
【背景技術(shù)】
[0002]至少一些已知的渦輪機包括轉(zhuǎn)子組件，其包括軸、壓縮機葉輪、渦輪、聯(lián)接件、密封組，以及給定操作條件下的最佳操作所需的其它元件。這些轉(zhuǎn)子組件具有由于重力生成恒定靜力的質(zhì)量，且還由于操作期間轉(zhuǎn)子組件中的失衡而生成動力。其它靜力可由齒輪傳動式渦輪機生成。此類渦輪機包括軸承，以維持和支承這些力，同時允許轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)。
[0003]至少一些已知的渦輪機使用油潤滑的軸承來支承轉(zhuǎn)子組件，同時允許轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)。此油潤滑的軸承特別用于高性能的渦輪機，即，能夠產(chǎn)生大于500千瓦(KW)的能量的渦輪機，其中除軸承的顯著靜負載承受能力外，轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量和不平衡負載需要顯著的振動阻尼。
[0004]然而，在某些渦輪機應用中，期望使用非油潤滑的軸承，諸如水下壓縮系統(tǒng)、高腐蝕性工作流體環(huán)境、低溫環(huán)境和高溫應用。在此應用中，至少一些已知的渦輪機使用磁性軸承系統(tǒng)來替代油潤滑的軸承。然而，此磁性軸承系統(tǒng)相對昂貴，需要用于操作的補充的電子系統(tǒng)，且操作和設置極為復雜。
[0005]結(jié)果，在期望非油潤滑軸承的情況下，至少一些已知的旋轉(zhuǎn)機器使用氣體軸承替代磁性軸承。然而，此類旋轉(zhuǎn)機器的尺寸受到氣體軸承支承此旋轉(zhuǎn)機器中的轉(zhuǎn)子組件的重量和維持旋轉(zhuǎn)機器的動態(tài)負載的能力限制。依靠氣體軸承操作的已知最大市售旋轉(zhuǎn)機器是具有200KW的功率能力的微型渦輪發(fā)電機。此微型渦輪發(fā)電機包括箔軸承，其通過旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)在軸承與轉(zhuǎn)子組件的軸之間生成薄的氣膜。然而，此類箔軸承使用限于小規(guī)模的旋轉(zhuǎn)機器，因為使用薄的氣膜的流體動力效果通常不會生成足夠的壓力來支承較重的負載。此外，此箔軸承沒有足夠的阻尼能力來適應具有用于較高功率輸出的機器中的較大質(zhì)量的轉(zhuǎn)子組件。
[0006]此外，由于維持在此類全尺寸渦輪機操作期間經(jīng)歷的動態(tài)負載所需的阻尼能力，故氣體軸承不容易適用于全尺寸的無油渦輪機應用。相反，為了滿足全尺寸渦輪機的動態(tài)負載要求，至少一些已知的旋轉(zhuǎn)機器包括擠壓膜阻尼器。至少一些已知的擠壓膜阻尼器包括由潤滑劑(通常是油)的小間隙分開的靜止軸頸和圓柱形殼體，潤滑劑響應于轉(zhuǎn)子振動生成動態(tài)壓力和膜力。此擠壓膜阻尼器通常需要潤滑劑流動回路，其包括供應端口和退出倉室，或在一些情況中，包括密封組件，以防止?jié)櫥瑒┬孤┏鲚S承組件。然而，盡管使用了潤滑劑流動回路和密封組件，此擠壓膜阻尼器也易于泄漏。此外，此潤滑劑流動回路通常需要復雜的軸承潤滑系統(tǒng)來用于控制潤滑劑輸送和清除。結(jié)果，具有開放流動潤滑回路的擠壓膜阻尼器實際上不可與氣體潤滑的軸承系統(tǒng)整體結(jié)合或組合使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面，提供了一種軸頸軸承組件。軸承組件包括軸承殼體、多個軸承墊，以及多個軸承墊支承組件。軸承殼體包括徑向外壁。多個軸承墊安裝在軸承殼體內(nèi)，且包括氣體可透過的多孔介質(zhì)和氣體輸送孔陣列中的至少一者。多個軸承墊支承組件沿徑向介于軸承墊與徑向外壁之間。軸承墊支承組件中的每一個包括彈簧組件和阻尼器組件。
[0008]在另一方面，提供了一種渦輪機。渦輪機包括殼、轉(zhuǎn)子組件和軸頸軸承組件。殼限定處理室。轉(zhuǎn)子組件包括定位在室內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的軸。軸頸軸承組件支承軸，且包括軸承殼體、安裝在軸承殼體內(nèi)的多個軸承墊，以及沿徑向介于軸承墊與軸承殼體之間的多個軸承墊支承組件。多個軸承墊包括氣體可透過的多孔介質(zhì)和氣體輸送孔陣列中的至少一者。軸承墊支承組件中的至少一個包括氣密性地密封的流體填充的阻尼器組件。軸承組件構(gòu)造成接收來自處理室的過程氣體，且將過程氣體輸送至軸承墊來提供軸與軸承墊之間的潤滑。
[0009]在又一方面，提供了一種組裝軸頸軸承組件的方法。該方法包括提供包括徑向內(nèi)壁和徑向外壁的軸承殼體、提供包括氣體可透過的介質(zhì)和氣體輸送孔陣列中的至少一者的多個軸承墊、沿軸承殼體的徑向內(nèi)壁聯(lián)接多個軸承墊、提供多個軸承墊支承組件，軸承墊支承組件中的每一個均包括彈簧組件和阻尼器組件，以及將阻尼器組件聯(lián)接在軸承殼體內(nèi)。
【附圖說明】
[0010]在參照附圖閱讀以下詳細描述時，本公開內(nèi)容的這些及其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，附圖中相似的標號表示附圖各處相似的部分，在附圖中:
圖1為旋轉(zhuǎn)機器的簡圖；
圖2為圖1中所示的渦輪機的示例性軸頸軸承組件的局部分解視圖；
圖3為圖2中所示的軸頸軸承組件的示例性軸承殼體的透視圖；
圖4為圖3中所示的軸承殼體的軸向視圖；
圖5為沿圖4中所示的線"5-5"截取的圖3中所示的軸承殼體的局部截面視圖；
圖6為圖2中所示的軸承組件的示例性軸承墊組件的透視圖；
圖7為適用于結(jié)合圖2中所示的軸承組件使用的備選軸承墊組件的透視圖；
圖8為處于組裝構(gòu)造的圖2中所示的軸承組件的軸向視圖；
圖9為圖8中所示的軸承組件的示意圖；
圖10為圖8中所示的軸承組件的截面視圖，其中為了清楚起見省略了阻尼器組件；
圖11為圖2和8中所示的軸承組件的示例性阻尼器組件的分解視圖；
圖12為示為處于組裝構(gòu)造的圖11中所示的阻尼器組件的截面視圖；
圖13為沿圖12中所示的線"13-13〃截取的圖12中所示的阻尼器組件的截面視圖；
圖14為備選阻尼器組件的透視圖；
圖15為圖14中所示的阻尼器組件的截面視圖；
圖16為組裝軸承組件的示例性方法的流程圖；
圖17為圖16的繼續(xù)；
圖18為組裝氣密性地密封的阻尼器組件的示例性方法的流程圖；以及圖19為圖18的繼續(xù)。
[0011]除非另外指出，否則本文提供的附圖意在示出本公開內(nèi)容的實施例的特征。這些特征認作是適用于多種系統(tǒng)，包括本公開內(nèi)容的一個或更多個實施例。因此，附圖不意在包括本文公開的實施例的實施所需的本領域的普通技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。
【具體實施方式】
[0012]在以下說明書和權(quán)利要求中，將參照一定數(shù)目的用語，它們應當限定為具有以下意義。
[0013]單數(shù)形式〃一個〃、〃一種〃和〃該〃包括復數(shù)對象，除非上下文清楚地另外指出。
[0014]如本文在說明書和權(quán)利要求各處使用的近似語言可用于修飾可允許在不導致其涉及的基本功能的變化的情況下改變的任何數(shù)量表達。因此，由用語或多個用語(諸如"大約〃和〃基本〃)修飾的值不限于指定的準確值。在至少一些情況中，近似語言可對應于用于測量值的器具的精度。這里和說明書和權(quán)利要求各處，范圍限制可組合和/或互換，此范圍被識別且包括包含在其中的所有子范圍，除非上下文或語言另外指出。
[0015]此外，提到的本文所述的主題的一個〃實施方式〃或一個〃實施例〃不旨在理解為排除也結(jié)合所述特征的附加實施方式的存在。
[0016]本文所述的系統(tǒng)和方法提供了適用于全尺寸非油潤滑的渦輪機的軸頸軸承組件。本文所述的實施例便于減小用于支承非油潤滑的渦輪機中的轉(zhuǎn)子組件的軸頸軸承組件的旋轉(zhuǎn)阻力、提高此類軸頸軸承組件的耐磨性、提高此類軸頸軸承組件的阻尼能力，以及提高此類軸頸軸承組件的靜負載能力。更具體而言，本文所述的系統(tǒng)和方法使用多孔軸承墊和具有限定在其中的氣體輸送孔陣列的軸承墊來與沿軸向?qū)实淖枘崞鹘M件和彈簧組件組合。因此，本文所述軸頸軸承組件使用硬氣體膜來支承渦輪機的轉(zhuǎn)子組件，且使用柔軟安裝的軸承墊來維持渦輪機的操作期間由軸承組件經(jīng)歷的動態(tài)負載。此外，本文所述的系統(tǒng)和方法提供適用于非油潤滑的軸承組件和渦輪機，以及其它無油操作環(huán)境的阻尼器組件。本文所述的實施例便于將基于流體的阻尼組件結(jié)合到無油環(huán)境中，且將此阻尼組件的阻尼能力提高到接近基于油的擠壓膜阻尼器的阻尼能力。更具體而言，本文所述的系統(tǒng)和方法使用了具有整體結(jié)合形成的彈簧的閉合流動回路的氣密性地密封的流體填充的阻尼器殼體。因此，本文所述的阻尼器組件具有適用于全尺寸渦輪機的阻尼能力，但不需要復雜的流動回路或密封組件。
[0017]圖1為旋轉(zhuǎn)機器的簡圖，S卩，渦輪機100，且更具體而言，非油潤滑的渦輪發(fā)動機。在示例性實施例中，渦輪發(fā)動機為燃氣渦輪發(fā)動機。作為備選，渦輪機100為任何其它渦輪發(fā)動機和/或渦輪機，包括而不限于蒸汽渦輪發(fā)動機、離心壓縮機和渦輪增壓器。在示例性實施例中，渦輪機100包括進氣區(qū)段102和壓縮機區(qū)段104，壓縮機區(qū)段104聯(lián)接在進氣區(qū)段102下游且與進氣區(qū)段102流體連通。壓縮機區(qū)段104包圍在限定壓縮機室108的壓縮機殼106內(nèi)。燃燒器區(qū)段110聯(lián)接在壓縮機區(qū)段104下游且與壓縮機區(qū)段104流動連通，且渦輪區(qū)段112聯(lián)接到燃燒器區(qū)段110下游且與燃燒器區(qū)段110流動連通。渦輪區(qū)段112包圍在限定渦輪室116的渦輪殼114內(nèi)。排氣區(qū)段118設在渦輪區(qū)段112下游。此外，在示例性實施例中，渦輪區(qū)段112經(jīng)由包括傳動軸122的轉(zhuǎn)子組件120聯(lián)接到壓縮機區(qū)段104上。傳動軸122由位于壓縮機殼106和渦輪殼114內(nèi)的軸頸軸承組件200旋轉(zhuǎn)地支承。
[0018]在示例性實施例中，燃燒器區(qū)段110包括多個燃燒器組件，S卩，各自與壓縮機區(qū)段104流動連通聯(lián)接的燃燒器124。此外，在示例性實施例中，渦輪區(qū)段112和壓縮機區(qū)段104經(jīng)由傳動軸122旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到負載126上。例如，負載126可包括而不限于發(fā)電機和/或機械驅(qū)動應用，例如，栗。作為備選，渦輪機100可為飛行器發(fā)動機。
[0019]另外，在示例性實施例中，壓縮機區(qū)段104包括至少一個壓縮機葉片組件128和至少一個相鄰的靜止導葉組件130。壓縮機葉片組件128和相鄰的靜止導葉組件130的各個組合限定壓縮機級132。另外，各個壓縮機葉片組件128均包括多個壓縮機葉片(圖1中未示出)，且各個靜止導葉組件130包括多個壓縮機導葉(圖1中未示出)。此外，各個壓縮機葉片組件128可除去地聯(lián)接到傳動軸122上，且各個靜止導葉組件130均可除去地聯(lián)接到壓縮機殼106上且由壓