CN104603480A - 径向气体箔片轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沿着旋转轴线(X)延伸的径向气体箔片轴承(B)，其包括承载元件(CE)，该承载元件(CE)设置有沿着所述轴线(X)延伸的开口(OP)，还包括沿着所述承载元件(CE)的所述开口的径向内侧周向地延伸的至少一个箔片(F)，其中，所述箔片(F)附接到所述承载元件(CE)。为了使制造容易以及运行安全，提出了在承载环(CE)中设置至少一个径向的通孔(TH)，其中箔片(F)的至少一个固定区段(FS)形成为被插入到所述通孔(TH)中，其中所述固定区段(FS)和所述通孔(TH)制造成使得通过将固定区段(FS)插入到所述通孔(TH)中而使固定区段(FS)变得能够从所述承载元件(CE)的径向外侧触及以被固定到所述承载元件(CE)。

Description

径向气体箔片轴承
技术领域
本发明涉及沿着旋转轴线延伸的径向气体箔片轴承，该径向气体箔片轴承包括沿着承载元件的径向内侧周向地延伸的至少一个箔片，其中，所述箔片附接到所述承载元件。
背景技术
气体箔片轴承可以用于各种机器类型以支承以高速旋转的轴。根据本发明的气体箔片轴承的优选应用为用于优选地以10000RPM与50000RPM之间的速度旋转的压缩机的径向轴承。
在该技术领域中已知有多种轴承类型，例如，油润滑径向球轴承、油润滑轴颈轴承、主动磁轴承以及气体箔片轴承。本发明涉及气体箔片轴承。气体箔片轴承通常包括薄的光滑的径向内表面层和波箔片径向外表面层，该气体箔片轴承允许特别是在高速运行期间的阻尼、热膨胀、离心式增大以及对轴的未对准进行补偿。常规的气体箔片轴承通常不能解决失衡以及未对准的问题，从而导致过度的转子振动。这对于特别是用于下述压缩机的转子的径向气体箔片轴承而言会是个大问题，该压缩机包括以重的空气动力载荷对气体箔片轴承施加额外动力的叶轮。
从专利申请US 2005/0163407 A1、US 4,208,076 A1、US 4,274,683A1、US 4,296,976 A1、US 6,158,893 A1中已知一种用于离心涡轮鼓风机的开始提到的类型的气体箔片轴承。除了首篇先前提到的专利申请之外，每篇文献均提出将箔片焊接至承载元件。首篇文献提出将一个箔片端部相应地插入到位于承载元件的径向内表面上轴向地延伸的槽中。尽管这种将一个箔片端部焊接至承载元件的解决方案具有使焊接成为另外制造步骤并且以热处理改变箔片的材料特性的缺点，但是如在提到的首篇专利申请中提出的用于将箔片固定到承载元件的已知的非焊接方法又具有安全缺点。常规的非焊接方法伴随有将箔片插入到槽中不足以牢固到避免箔片松脱的风险。为了避免箔片松脱，必须提供另外的复杂的关键解决方案，这些另外的复杂的关键解决方案在大多数情况下不能满足径向固定的要求或者制造方面是复杂且昂贵的。
US 4,295689 A1示出了一种包括对非常小的单元有效的仅一个金属片的箔片轴承。所提出的这种设计不允许进行更多箔片的固定。
发明内容
因此，本发明的一个目的为使得能够容易地制造先前提到的类型的气体箔片轴承，该气体箔片轴承能够安全地运行。
本发明的另一目的为避免在运输、组装或运行期间箔片从承载元件松脱。
本发明提供了具有权利要求1的特征部分的附加特征的开始提到的类型的径向气体箔片轴承。从属权利要求包括本发明的有利的实施方式。
若无另外指出，如径向轴向、周向之类的术语参照的是轴承的中心轴线。所述中心轴线与由根据本发明的轴承支承的转子的转子轴线重合。
关于本发明，术语轴向、径向和周向总是参照由径向气体箔片轴承支承的轴的旋转轴线，该旋转轴线相应地为经过开口的中央延伸的轴线。
根据本发明的承载元件——其也可以被称为支承环——为对波箔片层和类似于轴承轴颈的平坦表面层进行承载的支承部。承载元件设置有开口，转子的轴延伸经过该开口，其中，承载元件借助于轴承将转子支承在该轴向位置处。该开口基本上呈圆柱形形状，并且波箔片层和平坦表面层定位在该开口的径向内表面处。承载元件的开口的内表面面向该开口的中央，该开口的中央位于要被支承的转子的轴的旋转轴线上或附近，该旋转轴线在大多数情况下与所谓的机器轴线重合。承载元件可以是一件式的环形部件或具有轴向延伸分割平面。
根据本发明，由于所述箔片层——相应地为至少一个波箔片和顶箔片——可以定位在承载元件的开口中并且之后从所述承载元件的外侧被固定，因而简化了气体箔片轴承的制造和组装。
这种固定可以通过将键插入到所述通孔中以将所述箔片的所述固定区段周向地并且径向地锁定来完成。
本发明的优选实施方式提供了包括固定区段片的所述固定区段，该固定区段片可以弯曲到周向方向上，以将所述固定区段紧固在所述通孔中。
也可以朝除周向方向之外的任何其他方向进行弯曲，例如，朝轴向方向弯曲。然而，朝所述固定区段片的周向方向弯曲有利地利用了该平坦形状的箔片的机械特征。
另一优选实施方式提供了至少两个固定区段以及相对应的相同数目的通孔，其中，每个固定区段被插入到一个通孔中。在多个箔片沿径向连续地分层的情况下，优选地，每个箔片包括被插入到一个通孔中的至少一个固定区段。多个箔片的多个固定区段可以被插入到一个中间通孔中。优选地设置有至少三个通孔，并且每个箔片包括三个固定区段，所述三个固定区段中的每个单个固定区段被插入到一个通孔中。
为了提供最容易的且最佳的固定，提供了多于一个的通孔并且为每个箔片提供了相同数目的固定区段，其中，在每个通孔中，每个箔片的一个固定区段被插入并且每个固定区段的平坦区段被弯曲以将所述固定区段径向地锁定在所述通孔中。优选地，所述固定区段片朝不同的方向弯曲、优选地朝周向方向弯曲以甚至在周向力和径向力变化的情况下也提供固定。
根据本发明的径向气体箔片轴承的优选实施方式提供了位于承载元件的开口的径向内表面上的两层系统，从而产生了以下的从外侧至内侧的径向顺序：第一波箔片层、第一平坦表面层(也称为顶箔片)。这些层沿周向方向延伸。
本发明的另一优选实施方式提供了至少一个波箔片层，其包括设置成轴向上彼此相邻的多个周向延伸的带状件。这种设计使得气体箔片轴承对要被支承的轴的任何静态或动态未对准能够更好地调整。通过波箔片层的这种分隔降低了刚度并且改善了阻尼。
另一优选实施方式提供了不同层系统的相同的波箔片层。所述相同的波箔片层可以设计成使得通过将这些波箔片层与平坦表面层相结合获得了期望的刚度特性和阻尼特性。
基本上，可以将箔片系统设置为布置在承载元件的径向内侧上，其中，波箔片层与平坦表面层以交替的顺序堆叠，其中，顶箔片层为平坦表面层。
进一步有利的是，将波箔片层与平坦表面层二者在仅一个周向端部处固定地连接至承载元件，而另一周向端部未固定地连接至承载元件。这种与承载元件的连接可以优选地设置在就轴的旋转方向而言沿周向方向的前端处。
径向气体箔片轴承的优选设计在承载元件的内表面上向开口的360°的圆周设置一个部段。承载元件的开口的360°圆周也可以被分成多个部段。这样做时，优选地设置三个部段，其中，每个部段被分配120°的角度。每个部段优选地分别设置有从部段的一个周向端部向该部段的另一周向端部延伸的多于一个的层系统。
本发明的又一优选实施方式提供了由INCONEL制成的波箔片层和/或平坦表面层。而INCONEL只是一个注册商标的名称，其主要由镍制成，以铬为第二元素。主要由镍、并以铬作为第二元素制成的其他金属适于要被制成的平坦表面层和/或波箔片层。
为了能够获得有效地支承转子所需的高精度，所述承载元件由于沿着全周延伸的周向连续实心结构而在周向上是刚性的。从这种刚性获得的一个益处为至少两个箔片沿着所述承载元件的所述开口的径向内侧周向地延伸。在现有技术(US4,295,689 A1)中，仅启用一个箔片，这极大地限制了可允许的轴承负载。为了进一步提高精度和刚性，承载环中的位于在每个特定周向位置处的所述径向通孔包括为封闭圆筒形孔的至少一个径向通孔。这意味着所述孔总体上由所述承载元件的固体材料限制和限定。
优选地，所述(多个)通孔被制造为使得承载环的周向连接结构——相应地为承载环的基材——保持封闭，相应地，轮廓按照情况地被封闭。
所述片以及通孔被制造为使得获得了对空间中所有的三个移动自由度的固定。所述箔片的片被制造为使得其能够穿过通孔被卡住以获得对沿轴向方向和周向方向的运动的阻止。所述片的从通孔突出而能够从所述承载元件的径向外侧触及的一部分上的弯曲被弯曲成使得获得了对所述箔片的径向固定。
在至少一个或一组所述通孔是根据沿着通孔中心的径向轴向平面以对称的方式制成的情况下，获得了根据旋转方向的高的调节性和灵活性。优选地，所有所述通孔是以此方式对称地制成的。
附图说明
通过参照结合附图对实施本发明的当前最佳方式的以下描述，本发明的以上提到的特性、其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更明显并且本发明自身将被更好地理解，其中：
图1示出了根据本发明的轴承的三维示意性描绘，
图2示出了如参照图1中由II描绘为截面的细节，
图3和图4均示意性地以三维的方式描绘了要被插入到根据本发明的轴承的承载元件中的箔片，其中，图3示出了顶箔片层，图4示出了波箔片层。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的轴承B，其中，所述轴承B包括承载元件CE，该承载元件CE设置有沿着中心轴线X延伸的圆柱形开口OP。所述中心轴线X与由所述轴承B支承的转子的旋转轴线重合。除非另外指出，否则所有方向基准均参照所述中心轴线X。
图2示出了图1的由II指示的细节并且描绘为截面图，并且图3和图4各自示出了轴承B的箔片F层，其中，图3示出了顶箔片层，图4示出了波箔片层。
轴承B分段成3个周向部段S1、S2、S3，其中，每个部段S1、S2、S3均沿着圆周的大约120°延伸。在每个箔片层系统的一个周向端部处，所述箔片F通过所述箔片F的相应的固定区段FS插入到径向地且轴向地延伸的槽RAG中。所述箔片F的所述固定区段FS包括槽引导区段GGS和固定区段片FSF。所述径向轴向槽RAG接合到至少一个通孔TH中——这里为每个径向轴向槽RAG设置三个通孔TH。当所述固定区段FS相应地插入到所述径向轴向槽RAG中——相应地插入到所述通孔TH中——时所述固定区段片FSF穿过所述通孔TH突出从而能够从所述承载元件CE的径向外表面触及。由于所述固定区段片FSF的突出，因而能够通过将所述固定区段片FSF从所述承载元件的径向外侧弯曲到一个周向弯曲方向BD上而使所述箔片F径向地紧固到所述承载元件CE。在所描绘的示例中，每个箔片F均包括三个固定区段片FSF，其中，所述固定区段片FSF中的每个固定区段片FSF被分配至一个通孔TH。每个箔片的固定区段片FSF可以被分成两组，即，弯曲到一个周向方向——相应地为第一弯曲方向BD1——上的固定区段片FSF1以及弯曲到与第一弯曲方向BD1相反的第二弯曲方向BD2上的固定区段片FSF2。
在所述径向轴向槽RAG借助于所述槽引导区段GGS将所述箔片F紧固在周向方向上的同时，所述箔片F借助于所述固定区段片FSF紧固在径向方向上。
由于所述固定区段从径向外侧的可触及性，安装程序可以独立于所述轴承和转子的尺寸容易地执行。除了使组装工作量减少外，本发明因所述箔片层到所述承载元件CE的安全锁定而提供了优化的操作安全性。

Claims (13)

1.一种沿着旋转轴线(X)延伸的径向气体箔片轴承(B)，
所述径向气体箔片轴承(B)包括承载元件(CE)，所述承载元件(CE)设置有沿着所述旋转轴线(X)延伸的开口(OP)，
所述径向气体箔片轴承(B)还包括至少一个箔片(F)，所述至少一个箔片(F)沿着所述承载元件(CE)的所述开口的径向内侧周向地延伸，
其中，所述箔片(F)附接到所述承载元件(CE)，
其特征在于，
在所述承载环(CE)中设置有至少一个径向的通孔(TH)，
其中，所述箔片(F)的至少一个固定区段(FS)形成为被插入到所述通孔(TH)中，
其中，所述固定区段(FS)和所述通孔(TH)被制造成使得通过将所述固定区段(FS)插入到所述通孔(TH)中而使所述固定区段(FS)变得能够从所述承载元件(CE)的径向外侧触及，以被固定到所述承载元件(CE)。
2.根据权利要求1所述的径向气体箔片轴承(B)，其中，所述固定区段(FS)包括至少一个固定区段片(FSF)，
其中，在所述固定区段片(FSF)被插入到所述通孔(TH)中之后，所述固定区段片(FSF)突出到所述承载元件(CE)的所述通孔(TH)的径向外侧，其中，所述固定区段片(FSF)被弯曲到弯曲方向(BD)上从而将所述固定区段(FS)锁定在所述通孔(TH)中。
3.根据权利要求2所述的径向气体箔片轴承(B)，
其中，所述弯曲方向(BD)为一个周向方向。
4.根据权利要求3所述的径向气体箔片轴承(B)，
其中，所述箔片(F)包括至少两个固定区段(FS)：第一固定区段(FS1)和第二固定区段(FS2)，
其中，所述第一固定区段(FS1)的第一固定区段片(FSF1)被弯曲到第一周向弯曲方向(BD1)上，
其中，所述第二固定区段(FS2)包括被弯曲到相反的周向弯曲方向(BD2)上的第二固定第二片(FSF2)。
5.根据前述权利要求中的至少一项所述的径向气体箔片轴承(B)，其中，所述固定区段片(FSF)设计成使得所述固定区段片(FSF)能够通过所述固定区段插入到所述通孔中，但在所述固定区段片(FSF)被弯曲之后将所述固定区段径向地锁定在所述通孔(TH)中。
6.根据前述权利要求2至5中的至少一项所述的径向气体箔片轴承(B)，其中，所述承载元件(CE)包括位于所述开口(OP)的所述径向内侧的至少一个轴向延伸的径向槽(RAG)，其中，所述径向槽(RAG)径向地接合到所述至少一个通孔(TH)中的至少一者中，其中，所述固定区段(FS)包括接合到所述至少一个固定区段片(FSF)中的槽引导区段(GGS)，其中，所述槽引导区段(GGS)配合到所述径向槽(RAG)中，使得所述箔片(F)被紧固到所述承载元件(CE)而抵抗沿周向方向的运动。
7.根据前述权利要求1至6中的至少一项所述的径向气体箔片轴承(B)，其中，所述承载元件(CE)由于沿着全周延伸的周向连续实心结构而在周向上是刚性的。
8.根据前述权利要求1至6中的至少一项所述的径向气体箔片轴承(B)，其中，至少两个箔片(F)沿着所述承载元件(CE)的所述开口的径向内侧周向地延伸。
9.根据前述权利要求1至6中的至少一项所述的径向气体箔片轴承(B)，其中，所述承载环(CE)中的位于每个特定周向位置处的所述径向通孔(TH)包括为封闭圆筒形孔的至少一个径向通孔(TH)。
10.根据前述权利要求1至6中的至少一项所述的径向气体箔片轴承(B)，其中，所述通孔中的至少一个通孔是根据沿着所述通孔的中心的径向轴向平面以对称的方式制成的。
11.一种组装特别是根据前述权利要求1至10所述的径向气体箔片轴承(B)的方法，
其中，所述径向气体箔片轴承(B)包括沿着承载元件(CE)的径向内侧周向地延伸的至少一个箔片(F)，
其中，所述箔片附接到所述承载元件(CE)，
其特征在于，
为所述承载元件设置至少一个径向的通孔(TH)，
为所述箔片(F)设置适于插入到所述通孔(TH)中的至少一个固定区段(FS)，
将所述固定元件(FS)插入到所述通孔(TH)中，以使所述固定元件(FS)能够从所述承载元件的径向外侧触及以被固定，
从径向外侧将所述固定区段(FS)紧固在所述通孔(TH)处。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，通过使固定区段片(FSF)弯曲而将所述固定区段(FS)紧固到所述承载元件(CE)的所述通孔(TH)。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中，使所述固定区段片(FSF)弯曲到周向方向上。
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