CN105041870A - 用于空气轴承的轴承套筒 - Google Patents

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CN105041870A CN201510174345.3A CN201510174345A CN105041870A CN 105041870 A CN105041870 A CN 105041870A CN 201510174345 A CN201510174345 A CN 201510174345A CN 105041870 A CN105041870 A CN 105041870A
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M.马基
J.森塔
J.梅森
R.约翰森
M.圭德里
P.贝列塞维奇
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Abstract

提供了一种空气轴承组件，其包括轴承套筒，所述轴承套筒具有两个并排的槽，所述槽具有矩形轮廓，用于使用于支撑双级压缩机的机轴的第一和第二轴承箔片的端部接合。可以使用拉削工艺制成的所述第一矩形轮廓的槽被设计为容纳第一轴承箔片和第二轴承箔片的第一端。还可以使用拉削工艺制成的所述第二矩形轮廓的槽被设计为容纳第二轴承箔片的第二端。这种双槽设计代替了传统的轴承套筒的复杂“L”形单槽设计，允许高容量、低成本地制造轴承套筒。双槽设计还提供轴承箔片与轴承套筒的坚固接合，同时允许容易地组装和安装空气轴承组件。

Description

用于空气轴承的轴承套筒
技术领域
本发明涉及轴承套筒，其用在供涡轮机机轴使用的箔片空气轴承组件内，例如供涡轮增压器或燃料电池涡轮压缩机使用。
背景技术
空气压缩机与内燃发动机系统和燃料电池相结合地使用，用于各种目的。例如，废气驱动式涡轮增压器与内燃发动机相结合地使用，用于通过压缩装填（charge）空气而增大输出功率，所述装填空气输送至发动机的空气进气口，以与燃料混合，并且在发动机内燃烧。通过将压缩的空气提供给发动机的进气歧管，发动机能够产生更多的功率并且更有效地运作。在传统的涡轮增压器中，废气进入涡轮增压器的涡轮机侧中，并且用于旋转涡轮机，该涡轮机安装到机轴的一端。压缩机叶轮安装到机轴的另一端。涡轮机的旋转使压缩机叶轮旋转，并且压缩空气，用于输送至发动机进气口。
同样，通过将压缩空气提供给燃料电池的阴极侧，压缩机（例如，双级或串联压缩机）能够用于增大燃料电池的效率。在双级压缩机中，在机轴的一端提供低压压缩机叶轮，并且在机轴的另一端提供高压压缩机叶轮。压缩进入双级压缩机的低压侧的空气，并且将压缩空气传递给高压侧，用于进一步增大压力。
在任一种情况下，机轴连接两个旋转元件（涡轮机和压缩机叶轮或低压压缩机叶轮和高压压缩机叶轮）。这个旋转机轴通常由一个或多个轴承支撑。
发明内容
本发明的实施例涉及空气轴承组件，并且尤其涉及轴承套筒，在用于涡轮机机轴的空气轴承组件中使用，例如，在涡轮增压器中或者在用于燃料电池的双级压缩机中使用，其中，轴承套筒更简单并且更具有成本效益，用于产生和提供一种更容易制造的设计，用于不同尺寸和配置的双级压缩机。
在一个实施例中，例如，提供了一种用于涡轮机机轴的空气轴承组件，包括：轴承套筒、第一轴承箔片、以及第二轴承箔片。轴承套筒可以配置为支持涡轮机机轴并且可以限定内表面。第一轴承箔片可以设置为紧邻轴承套筒的内表面，并且第二轴承箔片可以设置在第一轴承箔片与由轴承套筒支撑的机轴之间。所述轴承套筒的内表面可以限定第一保持槽，其配置为接合第一轴承箔片的第一端与第二轴承箔片的第一端。所述轴承套筒的内表面可以限定第二保持槽，其与第一保持槽隔开并且配置为接合第二轴承箔片的第二端，以便通过使各自端部与第一和第二保持槽中对应的一个接合，第一和第二轴承箔片保持为与轴承套筒接合。
在某些情况下，第一或第二保持槽中的至少一个的横截面可以由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。例如，第一和第二保持槽中的每个的横截面可以由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。第一轴承箔片可以包括多个第一轴承箔片，其配置为串联地设置在轴承套筒的内表面的圆周周围，并且轴承套筒的内表面可以限定多个第一保持槽，其配置为接合所述多个第一轴承箔片的对应的第一端。所述轴承套筒的内表面可以限定单个第二保持槽，其设置为紧邻所述多个第一保持槽中的仅仅一个。
此外或者交替地，第一轴承箔片的第一端可以包括柄脚，其限定L弯部，其中，所述柄脚配置为与第一保持槽接合，以便L弯部的第一腿部设置为紧邻第一保持槽的侧壁，并且L弯部的第二腿部设置为紧邻第一保持槽的端壁。第二轴承箔片的第一端可以包括笔直的柄脚，并且第二轴承箔片的第二端可以包括笔直的柄脚。在某些情况下，第一保持槽可以配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度，并且第二保持槽可以配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度。
在其他实施例中，提供了一种用于空气轴承组件的轴承套筒，其配置为支撑涡轮机机轴，其中，所述轴承套筒的内表面限定第一保持槽和第二保持槽。第一保持槽可以配置为接合第一轴承箔片的第一端和第二轴承箔片的第一端。第二保持槽可以配置为与第二轴承箔片的第二端接合，其中，通过使各自端部与第一和第二保持槽中对应的一个接合，第一和第二轴承箔片保持为与轴承套筒接合，以便第一轴承箔片设置为紧邻轴承套筒的内表面，并且第二轴承箔片设置在第一轴承箔片与由轴承套筒支撑的机轴之间。
在某些情况下，第一或第二保持槽中的至少一个的横截面可以由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。例如，第一和第二保持槽中的每个的横截面可以由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。所述轴承套筒的内表面可以限定多个第一保持槽，其配置为接合所述多个第一轴承箔片的对应的第一端，并且所述多个第一轴承箔片可以配置为串联地设置在轴承套筒的内表面的圆周周围。所述轴承套筒的内表面可以限定单个第二保持槽，其设置为紧邻所述多个第一保持槽中的仅仅一个。此外或者交替地，第一保持槽可以配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度，并且第二保持槽可以配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度。
在更进一步的实施例中，提供了一种制造用于空气轴承组件的轴承套筒的方法，空气轴承组件配置为支撑涡轮机机轴。该方法可以包括在轴承套筒的内表面内形成第一保持槽，其中，第一保持槽配置为接合第一轴承箔片的第一端和第二轴承箔片的第一端。该方法可以进一步包括在轴承套筒的内表面内形成第二保持槽，其中，第二保持槽配置为与第二轴承箔片的第二端接合。通过使各自端部与第一和第二保持槽中对应的一个接合，第一和第二轴承箔片可以保持为与轴承套筒接合，以便第一轴承箔片设置为紧邻轴承套筒的内表面，并且第二轴承箔片设置在第一轴承箔片与由轴承套筒支撑的机轴之间。第一和第二保持槽中的每个的横截面可以由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。
在某些情况下，形成第一保持槽可以包括形成隔开的多个第一保持槽，其中，第一保持槽设置在轴承套筒的内表面的圆周周围。在某些情况下，形成第二保持槽可以包括形成单个第二保持槽，其紧邻所述多个第一保持槽中的仅仅一个。此外或者交替地，第一保持槽可以延伸与轴承套筒的长度相等的长度，并且第二保持槽可以延伸与轴承套筒的长度相等的长度。而且，形成第一保持槽和形成第二保持槽可以包括使用拉削工艺。
附图说明
在这样概括地描述了本公开的同时，现在，参照不必按照比例绘出的附图，并且其中：
图1为根据本发明的一个实施例的双级压缩机的简化横截面视图；
图2为传统的空气轴承组件的横截面视图；
图2A为示出图2的传统的空气轴承组件的槽的轮廓的详细横截面视图；
图3A为供图2的传统的空气轴承组件使用的传统的第一轴承箔片的立体视图；
图3B为供图2的传统的空气轴承组件使用的传统的第二轴承箔片的立体视图；
图4为根据本发明的一个实施例的空气轴承组件的横截面视图；
图4A为示出根据本发明的一个实施例的图4的空气轴承组件的槽的轮廓的详细横截面视图；
图5A为根据本发明的一个实施例的供图2的空气轴承组件使用的第一轴承箔片的立体视图；
图5B为根据本发明的一个实施例的供图2的空气轴承组件使用的第二轴承箔片的立体视图；
图6为根据本发明的一个实施例的轴承套筒的内表面的立体视图；
图6A为根据本发明的一个实施例的图6的轴承套筒的第一保持槽和第二保持槽的细节视图；
图7为根据本发明的一个实施例的具有第一和第二轴承箔片的轴承套筒的立体视图；以及
图8为根据本发明的一个实施例的轴承套筒的第一和第二箔片保持槽的示意性横截面视图。
具体实施方式
现在，参照在后文中的附图，更完整地描述本发明，其中，显示了本发明的一些但并非所有实施例。实际上，这些发明可以体现为具有多种不同的形式并且不应该被理解为限于在本文中提出的实施例；确切地说，提供这些实施例，以便本公开满足适用的法律要求。相似的数字在全文中表示相似的元件。
图1示出了供燃料电池（例如，质子交换膜（PEM）燃料电池）适用的双级压缩机10的简化横截面视图。双级压缩机10可以在压缩机的各自端部包括低压侧15和高压侧20。低压侧15可以包括压缩机叶轮25，其在大约大气压力和温度下吸入环境空气。在压缩机叶轮25旋转时，压缩机叶轮的叶片将环境空气压缩为第一压力，例如，大约为大气压力的2倍的压力。将这个“低压”空气路由给双级压缩机10的高压侧20，其中，另一个压缩机叶轮30进一步将空气压缩为第二压力，例如，大约为大气压力的4倍的压力。然后，将这个“高压”空气馈送给燃料电池（未显示）的阴极侧，其中，为燃料电池反应提供氧气，以产生电力。
如图1中所示，压缩机叶轮25、30连接至旋转机轴或转子35的相反端。在电机驱动的双级压缩机的情况下，转子35可以包括具有在转子内或者缠绕在转子周围的磁体40的部分，该部分与电动机定子45一起驱动转子。在这方面，电动机定子45可以相对于转子相对地设置（例如，与转子隔开并且包围转子），以便电流（例如，源自燃料电池）能够旋转转子35，以如上所述压缩空气。转子35可以由轴承组件支撑在外壳50内。在本文中描述的实施例中，轴承组件是空气轴承组件100。
在图2和2A中，显示了传统的空气轴承组件100的横截面视图。通常，空气轴承可以包括：轴承套筒110；第一轴承箔片120，其设置在轴承套筒的内表面112附近；以及第二轴承箔片130，其设置在第一轴承箔片与转子35之间。第一（或外部）轴承箔片120可以包括波动122或“凸块”，其配置为用作结构弹簧，在压缩机在运行中时，所述弹簧允许第二轴承箔片130响应于由静态和动态负荷、转子离心机以及热生长等造成的动水压力变化移动。尤其地，在转子35静止（不旋转）时，第二轴承箔片130的内表面132可以与转子的外表面36接触。然而，在转子35旋转足够快时，通过粘度效应将空气拉入轴承组件100内。这个高压空气推动第二轴承箔片130远离转子35，以便在第二轴承箔片130的内表面132与转子35之间不再接触。实际上，转子35由空气气垫支撑，结果，经受非常小的摩擦或磨损。第一轴承箔片120可以对着第二轴承箔片130抵抗空气的向外力，因此，可以帮助相对于由轴承套筒110支撑的这部分转子35，将第一轴承箔片保持在处于周围关系中的位置中。
在某些情况下，轴承套筒110的内表面112进一步配置为将第一和第二箔片120、130保持在转子35周围的位置中。例如，在一些传统的空气轴承中，轴承套筒110可以包括形成在套筒的内表面112内的槽114，用于保持第一和第二箔片120、130的成柄脚的端部（例如，包括柄脚或凸缘的端部）。如图2A和3A-3B中所示，第一（外部）轴承箔片120可以（例如）具有至少一个成柄脚的端部124，其配置为（例如，其尺寸和形状适合于）适合槽114。同样，第二（内部）轴承箔片130可以具有成柄脚的端部134、136，其还配置为适合槽114。在某些情况下，不止一个槽114（例如，三个槽，如图2中所示）可以形成在轴承套筒110的内表面112内，并且可以提供相应数量的第一轴承箔片120，具有成柄脚的端部124，其配置为适合相应的槽114。在这种情况下，如图2中所示，可以提供单个第二轴承箔片130，其中，第二轴承箔片的成柄脚的端部134、136均配置为与仅仅一个第一轴承箔片120的相应成柄脚的端部124一起与一个槽114接合，如图2A中所示。
为了保持第一和第二轴承箔片120、130与轴承套筒110接合，并且考虑转子35的高旋转速度以及在第一和第二轴承箔片120、130上的空气的合力，在传统的空气轴承组件100中的槽114具有复杂的圆角“L”形，如图2A中所示。如图所示，槽114可以具有从轴承套筒110（在图2中所示）的中心轴A开始径向延伸的径向部分116以及从径向部分开始实质上垂直地延伸的圆周部分117。而且，限定远离圆周部分117的径向部分116的轴承套筒110的一部分内表面可以如图所示限定锥形物118，以促进第一和第二轴承箔片120、130的端部124、134、136与槽114接合。
相应的第一和第二箔片120、130的成柄脚的端部124、134、136可以具有相应的形状，以尽可能最大成柄脚的端部彼此的以及与槽114的接合。例如，如图2A和3A中所示，第一轴承箔片120的成柄脚的端部124可以包括第一腿部126，其相对于第一轴承箔片的主要部分125通过在大约60°与120°（例如，大约垂直地）之间的角度α1延伸。成柄脚的端部124还可以包括第二腿部127，其相对于第一腿部126通过在大约75°与105°（例如，大约垂直地）之间的角度β1延伸。虽然为了解释的目的，上面提供了某些范围的角度α1、β1，但是要理解的是，成柄脚的端部124、134、136可以配置为使角度α1、β1可以是任何角度，例如，大于或小于上述角度。
转向图3B，第二轴承箔片130的成柄脚的端部134同样可以包括第一和第二腿部137、138，其从第二轴承箔片的主要部分135成角度地延伸。第一腿部137可以（例如）相对于第二轴承箔片130的主要部分135通过在大约60°与120°（例如，大约垂直地）之间的角度α2延伸，并且第二腿部138可以相对于第一腿部137通过在大约75°与105°（例如，大约垂直地）之间的角度β2延伸。由于第一轴承箔片120的成柄脚的端部124和第二轴承箔片130的成柄脚的端部134具有相应的形状，所以在插入槽114内时，这些成柄脚的端部124、134能够彼此嵌套，如图2A中所示。虽然为了解释的目的，上面提供了某些范围的角度α2、β2，但是要理解的是，成柄脚的端部124、134、136可以配置为使角度α2、β2可以是任何角度，例如，大于或小于上述角度。
而且，第一腿部126、137从相应的主要部分125、135中延伸的角度α1、α2；成柄脚的端部124、134的第二腿部127、138从相应的第一腿部126、137中延伸的角度β1、β2以及第二腿部的延伸方向（例如，在图2和图2A中所示的接合位置中，朝着相应的箔片120、130的相反端）允许成柄脚的端部124、134通过与圆周部分117的接合来与槽114牢固地接合。例如，如图2A中所示，第二腿部127、138相对于第一腿部126、137的延伸方向可以与圆周部分117相对于槽114的径向部分116的延伸方向相反，以便在相应的第一和第二腿部之间的弯管129、139推入圆周部分117内，并且用于保持第一和第二轴承箔片120、130的相应的成柄脚的端部124、134与轴承套筒110牢固地接合。
与第二轴承箔片130的成柄脚的端部134相比，另一个成柄脚的端部136可以是笔直的，并且可以具有仅仅一个腿部133，其相对于第二轴承箔片的主要部分135实质上垂直地（例如，通过大约80°到100°的角度）地延伸。由于第二轴承箔片130的配置（例如，从一个成柄脚的端部134到另一个成柄脚的端部136的第二轴承箔片的长度和/或在用于制造轴承箔片的材料中的弹性），所以在压缩机在运行中时，成柄脚的端部136的腿部133可以偏向与槽114的径向部分116的相应壁部119的接合，如图2A中所示。成柄脚的端部136与壁部119的接合可以进一步鼓励成柄脚的端部124、134与槽114的圆周部分117的接合（例如，通过远离壁部119偏置第二轴承箔片130的相反的成柄脚的端部134），进一步增强相应的轴承箔片120、130与轴承套筒110的接合。
由于在图2A中所示的槽114具有复杂的几何形状，所以传统的空气轴承套筒110通常依赖于用于形成槽的线路电火花加工（EDM）工艺。在线路EDM中，由在介电液体内进行一系列快速循环电流放电的单股薄金属线（例如，黄铜丝）从轴承套筒110的内表面132中去除材料。通常使用计算机数控（CNC）技术控制金属线，这允许完成精致并且复杂的形状的精密加工。
虽然EDM工艺的结果精确并且可再生，但是EDM可以昂贵，并且不利于高容量制造场景。因此，本发明的实施例提供了矩形轮廓、双槽设计，其代替传统的轴承套筒的复杂“L”形单槽。如下面更详细地所述，能够使用拉削（broach）工艺，产生双槽设计，这允许高容量、低成本地制造轴承套筒。同时，双槽设计提供轴承箔片与轴承套筒的坚固接合，同时允许容易地组装和安装空气轴承组件，并且满足用于在内安装空气轴承组件的压缩机的性能规格。
现在，转向图4，根据本发明的实施例，提供了一种空气轴承组件200。空气轴承组件200可以包括轴承套筒210，其配置为支撑安装空气轴承组件的压缩机的转子220。轴承套筒210可以限定内表面212，并且第一轴承箔片230可以设置为紧邻内表面。在所描述的实施例中，提供了三个第一轴承箔片230，其设置为在轴承套筒210的内表面212的圆周周围串联。空气轴承组件200可以进一步包括第二轴承箔片240，其设置在第一轴承箔片230与转子220之间。第一和第二轴承箔片230、240可以由用于抵抗在压缩机在运行中时生成的力量和温度的任何合适的材料构成，例如，金属和金属合金，包括基于镍的超级合金（例如，Inconel®合金）。如上面相对于图2的第一轴承箔片120所述，在一些实施例中，第一轴承箔230（例如，如在图中所述）可以包括波动，其允许第一轴承箔片用作结构弹簧，在压缩机在运行中时，所述弹簧允许第二轴承箔片130响应于在空气轴承内的动水压力变化移动。
轴承套筒210的内表面212可以限定第一保持槽250以及与第一保持槽隔开的第二保持槽260。第一保持槽250可以配置为接合第一轴承箔片230的第一端232和第二轴承箔片240的第一端242，然而，第二保持槽260可以配置为与第二轴承箔片240的第二端244接合。通过这种方式，通过使各自端部232、242、244与第一和第二保持槽250、260中对应的一个接合，第一和第二轴承箔片230、240可以保持为与轴承套筒210接合。
在图4的实施例中，轴承套筒210的内表面212限定三个第一保持槽250，其配置为与三个第一轴承箔片230的相应的第一端232接合。然而，在图4中描述的轴承套筒210的内表面212限定单个第二保持槽260，其设置为紧邻所述多个第一保持槽250中的仅仅一个。槽250、260可以配置为使第一保持槽250延伸与轴承套筒210的长度相等的长度，并且第二保持槽260延伸与轴承套筒210的长度相等的长度，如下面更详细地所示和所述。
参照图4A，第一和第二保持槽250、260的至少一个的横截面可以由两个相对的线性侧壁252、254、262、264以及在其间线性延伸的端壁256、266构成。在所描述的实施例中，例如，第一和第二保持槽250、260中的每个由两个相对的线性侧壁252、254、262、264以及在其间线性延伸的端壁256、266构成。在某些情况下，第一和第二保持槽250、260中的一个或两个可以具有矩形轮廓，其中，这两个相对的线性侧壁252、254、262、264可以实质上彼此平行并且实质上与相应的端壁256、266垂直。
在一些实施例中，第一轴承箔片230的第一端232可以包括柄脚，其限定L弯部。柄脚可以配置为与第一保持槽250接合，以便L弯部的第一腿部236设置为紧邻第一保持槽的侧壁252，并且L弯部的第二腿部238设置为紧邻第一保持槽的端壁256。在图5A中单独描述第一轴承箔片230（例如，在未安装的配置中）。
相反，第二轴承箔片240的第一和第二端242、244可以配置为使每个端部限定笔直的柄脚。因此，如图所示，第一和第二端242、244可以由相对于主要部分245弯曲的第二轴承箔片240的单个部分限定，以便每个端部242、244与从中延伸的主要部分实质上垂直（例如，通过大约80°到100°的角度延伸）。因此，在轴承箔片230、240在位于槽250、260内的位置中时，形成第二轴承箔片240的第一端242的笔直柄脚可以放在图4A中的线性侧壁252与由第一轴承箔片230的第一端232限定的柄脚第一腿部236之间。
通过这种方式，在压缩机在运行中时，一个第一轴承箔片230的第一端232可以与第二轴承箔片240的第一端242接合，例如，通过与第二轴承箔片的第一端的紧邻表面接触。例如，由于相对于槽250的配置（例如，长度、深度以及宽度）的第一轴承箔片230的第一端232的配置（例如，尺寸、形状以及材料）以及在压缩机在运行中时第二轴承箔片240第一端242的朝着相应的第一轴承箔片230的第一端232移动的趋势，所以可以发生这种情况。
沿着这些线路，第二轴承箔片240的第二端244还可以具有在第二保持槽260内远离在第一保持槽250内的第一端242朝着第二保持槽的线性侧壁262移动的趋势。第一和第二轴承箔片230、240的第一端232、242分别在第一保持槽250内的配合和相互作用与第二轴承箔片240的第二端244和第二保持槽260的接合耦合，这样可以在压缩机的操作期间使第一和第二轴承箔片保持为与轴承套筒210接合。
因此，在一些实施例中，第一保持槽250和第二保持槽260可以配置为延伸与轴承套筒210的长度L实质上相等的长度l，如图6和图6A中所示。而且，在一些实施例中，如图所示，可以提供端部环保持器凹槽211，紧邻轴承套筒210的开口端。每个端部环保持器凹槽211可以配置为在凹槽内保持端部环保持器或卡环（未显示）。端部环保持器反过来可以配置为将第一和第二轴承箔片230、240（例如，在图4和体4A中所示）保持在轴承套筒210内的位置中，以便阻止第一和第二轴承箔片沿着相应的保持槽250、260朝着任一个开口端移动。
如上所述并且如在图4-7中所述，在一些实施例中，第一轴承箔片230包括多个第一轴承箔片，其配置为串联地设置在轴承套筒的内表面的圆周周围210。例如，参照图7，轴承套筒210的内表面212可以限定多个第一保持槽250，其中，每个保持槽250配置为接合第一轴承箔片230中的一个的相应第一端232。在这方面，每个第一轴承箔片230的第二端234可以是不包括柄脚（tang）的自由端。因此，如图所示，可以沿着轴承套筒210的内表面212设置第二端234，与各自第一轴承箔片230的主要部分235一致。在图4和7的描述的实施例中，第一轴承箔片230包括三个第一轴承箔片；然而，在其他实施例中，可以使用2、4、5、6、7、8、9、10或更多个第一轴承箔片230。
如上所述，在使用所述多个第一轴承箔片230的情况下，轴承套筒210的内表面212可以限定单个第二保持槽260，其设置为紧邻所述多个第一保持槽中的仅仅一个。因此，第一轴承箔片230的相应的第一端232可以容纳在相应的第一保持槽250内并且与其接合；第二轴承箔片240的第一端242可以容纳在一个第一保持槽250（如图所示，设置为紧邻第二保持槽260的第一保持槽）内并且与其接合；第二轴承箔片240的第二端244可以容纳在第二保持槽260内并且与其接合。
在一些实施例中，第一保持槽250可以设置为在轴承套筒210的圆周周围彼此等距，以便与在相邻的第一保持槽250的旋转位置中的差值对应的角度θ1大约为120°，如图8中所示，其中，提供三个第一保持槽。在图8的所描述的实例中，第二保持槽260可以从最接近的第一保持槽250中设置在与在大约8°与大约12°之间的角度θ2对应的旋转位置中。虽然为了解释的目的，上面提供了某些范围的角度θ1、θ2，但是要理解的是，可以通过多种方式提供和设置任何数量的槽，角度θ1、θ2可以是任何角度，例如，大于或小于上述角度。
在一些情况下，例如，在具有大约1英寸到大约1.5英寸（例如，大约1.320英寸）的直径d的轴承套筒210中，第一保持槽250可以具有大约0.077英寸到大约0.083英寸的宽度w1。第二保持槽260可以具有大约0.047英寸到大约0.053英寸的宽度w2。同样，第一保持槽250可以比第二保持槽260更深，例如，与大约0.072英寸到大约0.0078英寸的深度t2相比，具有大约0.097英寸到大约0.103英寸的深度t1。而且，第一和第二保持槽250、260的阵列可以位于轴承外壳的中心线上，在一些实施例中，该中心线的直径大约为6英寸并且长度为8英寸，在图1中所示的转子35的两端限定槽。在一些实施例中，轴承套筒210可以由铝制成。虽然为了解释的目的，上面提供了某些尺寸和尺寸的范围，但是要理解的是，这些尺寸、材料等可以基于轴承套筒的特定尺寸和配置而变化。
在一些实施例中，第二保持槽260的位置可以相对于一个或多个第一保持槽250可调。第二保持槽260可以（例如）成角度地位于轴承套筒210内，以适合或促进容易组装轴承箔片230、240，以在压缩机运行时，优化轴承负荷，和/或测量或旁路通过轴承组件进入转子腔内的冷却气流以及端部环保持器凹槽配置。在这方面，第一和/或第二保持槽250、260可以提供可调谐的轴承气流路径以及在图6和图6A中所示的端部环保持器凹槽211。
如上所述，这样描述用于空气轴承组件200的轴承套筒210的实施例，其中，空气轴承组件被设计为支撑压缩机的转子。轴承套筒的内表面可以限定第一保持槽，其配置为接合第一轴承箔片的第一端和第二轴承箔片的第一端。轴承套筒的内表面可以进一步限定第二保持槽，其配置为与第二轴承箔片的第二端接合。通过使各自端部与第一和第二保持槽中对应的一个接合，第一和第二轴承箔片可以保持为与轴承套筒接合，以便第一轴承箔片设置为紧邻轴承套筒的内表面，并且第二轴承箔片设置在第一轴承箔片与由轴承套筒支撑的转子之间。
在一些实施例中，如上所述，第一或第二保持槽中的至少一个的横截面可以由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。在某些情况下，使用拉削工艺，第一和/或第二保持槽可以形成在轴承套筒的内表面内。
如上所述，在某些情况下，轴承套筒的内表面可以限定多个第一保持槽，其配置为与所述多个第一轴承箔片的对应的第一端接合，其中，多个第一轴承箔片配置为串联地设置在轴承套筒的内表面的圆周周围。在这种情况下，轴承套筒的内表面可以限定单个第二保持槽，其设置为紧邻所述多个第一保持槽中的仅仅一个。槽可以配置为使第一和第二保持槽延伸与轴承套筒的长度相等的长度。然而，交替地，可以提供单个第一轴承箔片230（例如，整块），其配置为实质上延伸轴承套筒的圆周。
而且，上面描述了制造用于空气轴承组件的轴承套筒的方法的实施例，其中，空气轴承组件配置为支撑涡轮增压器或压缩机的转子，例如，配置为供燃料电池使用的电机驱动的双级压缩机。该方法可以包括在轴承套筒的内表面内形成第一保持槽，其中，第一保持槽配置为接合第一轴承箔片的第一端和第二轴承箔片的第一端。该方法可以进一步包括在轴承套筒的内表面内形成第二保持槽，其中，第二保持槽可以配置为与第二轴承箔片的第二端接合，其中，通过使各自端部与第一和第二保持槽中对应的一个接合，第一和第二轴承箔片保持为与轴承套筒接合，以便第一轴承箔片设置为紧邻轴承套筒的内表面，并且第二轴承箔片设置在第一轴承箔片与由轴承套筒支撑的转子之间。
如上所述，该方法可以包括形成隔开的多个第一保持槽，并且第一保持槽可以设置在轴承套筒的内表面的圆周周围。因此，第二保持槽可以是单个第二保持槽，其形成为紧邻所述多个第一保持槽的仅仅一个。
无论保持槽的数量是多少，在一些实施例中，都可以形成第一和第二保持槽，以便每个保持槽延伸与轴承套筒的长度实质上相等的长度。而且，在一些实施例中，由于第一和/或第二保持槽的横截面由两个相对的线性（例如，笔直的）侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成，所以使用拉削工艺，可以形成第一保持槽和/或第二保持槽。通过这种方式，尤其与形成需要EDM等工艺的更复杂的横截面的传统的轴承套筒相比，可以通过比较低的成本精确地并且有效地产生高容量的轴承套筒。而且，拉削方法可以允许在槽的尺寸制定和分组上具有更多的灵活性。
在本文中提出的本发明的多个改型和其他实施例会为这些发明所属的领域的技术人员所想到，具有在前述描述以及附图中显示的教导内容的优点。因此，要理解的是，本发明并不限于所公开的具体实施例，并且其他实施例的改型旨在包含在所附权利要求的范围内。虽然在本文中使用了特殊术语，但是这些术语仅仅用于一般的以及描述性的意义，而非用于限制的目的。

Claims (14)

1.一种用于涡轮机机轴的空气轴承组件，包括：
轴承套筒，其配置为支持涡轮机机轴，其中，所述轴承套筒限定内表面；
第一轴承箔片，其设置为紧邻轴承套筒的内表面；以及
第二轴承箔片，其设置在第一轴承箔片与由轴承套筒支撑的机轴之间，
其中，所述轴承套筒的内表面限定第一保持槽，其配置为接合第一轴承箔片的第一端和第二轴承箔片的第一端，并且
其中，所述轴承套筒的内表面限定第二保持槽，所述第二保持槽与第一保持槽隔开并且配置为接合第二轴承箔片的第二端，以便第一和第二轴承箔片通过使各自端部与第一和第二保持槽中对应的一个接合而保持与轴承套筒接合。
2.根据权利要求1所述的空气轴承组件，其中，第一或第二保持槽中的至少一个的横截面由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。
3.根据权利要求1所述的空气轴承组件，其中，第一和第二保持槽中的每个的横截面由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。
4.根据权利要求1所述的空气轴承组件，其中，第一轴承箔片包括多个第一轴承箔片，其配置为串联地设置在轴承套筒的内表面的圆周周围，并且其中，所述轴承套筒的内表面限定多个第一保持槽，其配置为接合所述多个第一轴承箔片的相应第一端。
5.根据权利要求4所述的空气轴承组件，其中，所述轴承套筒的内表面限定单个第二保持槽，所述单个第二保持槽设置为紧邻所述多个第一保持槽中的仅仅一个。
6.根据权利要求1所述的空气轴承组件，其中，第一轴承箔片的第一端包括柄脚，其限定L弯部，其中，所述柄脚配置为接合第一保持槽，以便L弯部的第一腿部设置为紧邻第一保持槽的侧壁，并且L弯部的第二腿部设置为紧邻第一保持槽的端壁。
7.根据权利要求1所述的空气轴承组件，其中，第二轴承箔片的第一端包括笔直的柄脚，并且第二轴承箔片的第二端包括笔直的柄脚。
8.根据权利要求1所述的空气轴承组件，其中，第一保持槽配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度，并且其中，第二保持槽配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度。
9.一种用于空气轴承组件的轴承套筒，其配置为支撑涡轮机机轴，其中，所述轴承套筒的内表面限定：
第一保持槽，其配置为接合第一轴承箔片的第一端和第二轴承箔片的第一端；以及
第二保持槽，其配置为接合第二轴承箔片的第二端，其中，第一和第二轴承箔片通过使各自端部与第一和第二保持槽中对应的一个接合而保持为与轴承套筒接合，以便第一轴承箔片设置为紧邻轴承套筒的内表面，并且第二轴承箔片设置在第一轴承箔片与由轴承套筒支撑的机轴之间。
10.根据权利要求9所述的轴承套筒，其中，第一或第二保持槽中的至少一个的横截面由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。
11.根据权利要求9所述的轴承套筒，其中，第一和第二保持槽中的每个的横截面由两个相对的线性侧壁以及在其间线性延伸的端壁构成。
12.根据权利要求9所述的轴承套筒，其中，所述轴承套筒的内表面限定多个第一保持槽，所述多个第一保持槽配置为接合所述多个第一轴承箔片的对应的第一端，其中，所述多个第一轴承箔片配置为串联地设置在轴承套筒的内表面的圆周周围。
13.根据权利要求12所述的轴承套筒，其中，所述轴承套筒的内表面限定单个第二保持槽，其设置为紧邻所述多个第一保持槽中的仅仅一个。
14.根据权利要求9所述的轴承套筒，其中，第一保持槽配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度，并且其中，第二保持槽配置为延伸与轴承套筒的长度相等的长度。
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