CN109312778B - 具有注射器和偏转器的流体动力轴承 - Google Patents

具有注射器和偏转器的流体动力轴承 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种流体动力轴承，该流体动力轴承包括本体(1)，本体(1)的内表面形成腔，腔布置成容置和环绕旋转轴，所述腔设置有安装在所述内表面上的多个衬垫(2)，用以支承旋转轴并且导引旋转轴沿从“上游”至“下游”的旋转方向w旋转，每个衬垫(2)具有顶部表面(11)，顶部表面(11)的称为“作用表面”的一个部分用作所述旋转轴的滑动表面，所述轴承包括：‑包括在所述轴承的主动角扇区(2A)中的至少一个衬垫(2)和包括在所述轴承的被动角扇区(2B)中的至少一个衬垫(2)，使得被动角扇区(2B)的每个衬垫(2)的作用表面低于主动角扇区(2A)的衬垫(2)中的每个衬垫的作用表面。

Description

具有注射器和偏转器的流体动力轴承
技术领域
本发明涉及设计成承载转子或旋转轴的流体动力轴承。
本发明具体地涉及能够承载转子或旋转轴且能够导引转子或旋转轴旋转的流体动力轴承，所述流体动力轴承比如为通常用于对用于天然气和石油能源市场的高速/高功率旋转轴进行承载的轴承。根据本发明的轴承特别适用于高径向载荷和高轴速度。
背景技术
例如在专利申请US 2002/0018604 A1中描述了这种轴承。这种轴承通常由具有内表面的本体形成，该内表面形成圆形腔，该圆形腔布置成接纳旋转轴、例如减速齿轮的小齿轮的旋转轴，以便承载所述轴并导引所述轴旋转。形成所述圆形腔的所述内表面可以例如用作所述旋转轴的滑动表面。在其他变型中，所述轴承的所述本体可以例如包括围绕所述本体的内表面分布的衬垫，所述衬垫具有大致拱形表面，该大致拱形表面朝向腔的中央定向并且用作所述旋转轴的滑动表面。通常，润滑剂供给装置在所述轴以一定转速旋转时实现了对将旋转轴的外表面与所述滑动表面分离的间隙进行润滑且实现了在所述轴的外表面与每个滑动表面之间形成润滑膜，其中，所述转速比由轴承和轴的尺寸、所述润滑剂(例如其粘度)、轴承/轴系统中涉及的几何形状和力所限定的极限速度大。流体动力轴承的基本原理是使所述润滑膜置于轴与滑动表面之间，所述膜使所述轴能够从所述极限速度起在不与所述滑动表面接触的情况下旋转。
不幸的是，本领域技术人员已知的且适用于高载荷和高速度的流体动力轴承比如上述轴承存在以下问题：
-由摩擦引起的功率损失，
-热润滑剂的再循环，
-润滑剂的过度消耗，从而要求用于所述润滑剂的冷却回路的尺寸过大，以防止所述轴承在使用时过热，
-特别是由于轴承-轴系统的阻尼和刚度矩阵的构成而在所述轴的一个或更多个转速下产生的不稳定性，
-润滑剂的在与所述旋转轴的纵向旋转轴线大致对准的方向上的轴向流动，所述流动进一步增加了由于从靠近所述轴承定位的齿轮的喷射而引起的损失。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种新型的流体动力轴承，其有助于减少由摩擦引起的功率损失、润滑剂消耗、不稳定性、以及所述润滑剂流动、特别是轴向润滑剂流动，并且有助于减少由于从齿轮喷射而引起的损失。
为此，通过本发明的特征描述了一种流体动力轴承。
本文还阐述了根据本发明的所述轴承的有利实施方式。
因此，本发明特别地涉及一种流体动力轴承，该流体动力轴承包括特别地沿着纵向轴线A轴向地延伸的本体，所述本体具有形成腔或开口的内表面，所述腔或开口例如呈圆筒形，并且所述腔或开口还特别地沿着所述轴线A轴向地延伸并且绕所述轴线径向地延伸，所述腔特别地在其轴向端部的每个轴向端部处开口，并且所述腔被设计成接纳和环绕旋转轴，该旋转轴通常呈圆柱形并且沿着所述轴线A轴向地延伸。特别地，所述轴线A是所述腔的旋转轴线。根据本发明，多个衬垫优选地以相对于所述本体的内表面摆动的方式安装并且安装在所述腔中例如安装在所述本体的所述内表面上，以便支承所述旋转轴并且导引所述旋转轴绕其纵向旋转轴线沿从“上游”至“下游”的旋转方向w旋转。根据本发明的轴承的衬垫可以是例如在内表面的圆周的一部分上方延伸的弯曲衬垫(即，呈中空筒形件的扇区的形式)，其中，弯曲衬垫的宽度沿着所述轴线A轴向地延伸。每个衬垫特别地具有上部面，该上部面朝向腔的中央定向，即朝向所述旋转轴定向，并且该上部面包括设计成用作所述旋转轴的滑动表面的作用表面。根据本发明的所述作用表面是衬垫的易于例如在旋转轴支承抵靠所述衬垫时与所述旋转轴相接触的表面。与上部面相反，衬垫具有下部面，该下部面朝向所述本体的内表面定向并且例如至少部分地搁靠在所述内表面上。优选地，每个衬垫，或者更确切地说，每个衬垫的上部面可以因此被定义为具有作用表面和非作用表面，与“非作用”表面相反，作用表面包括衬垫的上部面的所有位于与所述旋转轴的纵向旋转轴线相距最小径向距离M的表面，非作用表面包括衬垫的所有位于大于M的径向距离M’处并且因此在旋转轴例如在所述旋转轴不再旋转时承靠所述衬垫时不与所述旋转轴相接触的表面。优选地，所述本体是环形的，所述腔于是简单地是在环的中心、即，环状本体的中心处的圆筒形开口，所述环包括安装在其内周缘上的所述衬垫，安装在其内周缘上的所述衬垫形成所述内表面，腔的直径于是例如等于2M。
根据本发明的轴承特别地包括：
-例如至少部分地包含在所述轴承的主动角扇区内的至少一个衬垫和例如至少部分地包含在所述轴承的被动角扇区内的至少一个衬垫，与被动角扇区相反，所述主动角扇区被定义为对当轴承支承并环绕所述旋转轴且旋转轴在旋转时由旋转轴产生的最大载荷或力进行吸收的轴承部。实际上对本领域技术人员而言熟知的是，由旋转轴在旋转时施加在所述轴承上的力的分布是不均匀的，并且因此，由旋转轴在旋转时施加在所述轴承的腔的某些部分上的力大于由旋转轴在旋转时施加在所述轴承的腔的其他部分上的力。这使得能够在考虑由轴旋转时施加在腔的壁上或者间接施加在所述轴承的本体的内表面上的整个力时限定出轴承的至少两个区域或部分：分别是吸收最大载荷的区域，即，在该区域中，所施加的力的值是最大的并且该区域对应于主动角扇区、以及吸收最小载荷的区域，即，在该区域中，所施加的力的值是最小的并且该区域对应于被动角扇区。根据本发明，该被动角扇区和相应的该主动角扇区分别包括完全或部分地定位在所述被动角扇区内或所述主动角扇区内的至少一个衬垫。通常，主动角扇区定位成朝向轴承的顶部，如图4所示(主动扇区2A)，被动角扇区通常定位成朝向所述轴承(被动扇区2B)的“底部”。优选地，任何至少部分地位于主动角扇区内的衬垫被认为是所述主动角扇区的完全部分，
-布置在两个衬垫之间的至少一个注射器，所述衬垫例如在所述旋转方向w上是连续的，所述至少一个注射器优选地附接至所述本体并且设计成向所述上部面、特别地所述作用表面供给润滑剂，
-布置在两个衬垫之间的至少一个偏转器，所述衬垫例如在所述旋转方向w上是连续的，所述至少一个偏转器优选地附接至所述本体，并且所述至少一个偏转器首先设计成减少润滑剂在所述上部面上的再循环并且其次设计成导引所述润滑剂从上部面侧向地朝向至少一个侧向润滑剂排出凹槽而流动(“侧向地”是指大致平行于所述轴线A且朝向用于排出所述润滑剂的所述侧向凹槽的方向)，其特征在于，被动角扇区的至少一个衬垫、特别是每个衬垫的作用表面低于主动角扇区的衬垫中的每个衬垫的作用表面。
优选地，主动角扇区的所述衬垫中的每个衬垫的作用表面具有呈相对于所述衬垫的宽度的中央条带形式的平滑表面，所述平滑表面因此在旋转方向w上，即围绕所述腔的圆周，从所述衬垫的一端部不间断地延伸至另一端部，并且延伸横过所述衬垫的宽度，即沿着轴线A延伸，并且延伸越过所述衬垫的中央部分、优选地仅延伸越过所述衬垫的中央部分。因此，根据该实施方式的衬垫的上部面包括例如非作用表面，该非作用表面由从所述衬垫的一端部不间断地延伸至所述衬垫的另一端部的平滑表面的两个侧向条带形成，并且该非作用表面侧向地限定所述衬垫的所述中央作用表面条带的边缘。
优选地，被动角扇区的至少一个衬垫的作用表面具有雕刻表面，该雕刻表面设计成例如形成朝向所述侧向凹槽定向的辅助凹槽，以便在旋转轴旋转时将所述润滑剂导引朝向侧向凹槽。根据该实施方式，所述辅助凹槽由作用表面形成到一定厚度的所述衬垫中，所述辅助凹槽的“底部”于是属于所述衬垫的非作用表面，并且使所述润滑剂能够被收集并被导引朝向所述侧向凹槽。特别地，如上所述，所述被动角扇区的所述衬垫的所述作用表面具有呈中央条带形式的平滑表面、以及两个雕刻表面侧向条带，所述两个雕刻表面侧向条带沿着所述衬垫的所述宽度布置在平滑表面的两侧上，即，分别布置在条带形平滑表面的一个侧向侧上和所述条带形平滑表面的另一侧向侧上，所述雕刻表面侧向条带中的每个雕刻表面侧向条带具有所述辅助凹槽用于导引润滑剂的从中央条带形光滑表面朝向所述侧向润滑剂排出凹槽流动的所述辅助凹槽。优选地，至少一个或每个辅助凹槽与同所述轴线A垂直的平面形成斜角。特别地，所述辅助凹槽是人字形或“V”形的臂，所述臂的点位于衬垫的中央部分中或者属于所述中央条带形平滑表面。
根据优选实施方式，根据本发明的轴承特别地包括环状侧向环，该环状侧向环布置成侧向地抵靠所述轴承的本体并且设计成防止所述润滑剂轴向地流出所述腔，所述侧向环优选地附接至所述轴承本体以产生所述侧向凹槽。特别地，侧向凹槽或所述侧向环具有对润滑剂从所述轴承泄漏的速率进行控制的至少一个校准孔口，所述校准孔口特别地包括泄漏速率调节系统，例如使用螺钉系统。根据本发明的所述轴承特别地包括侧向地布置在所述轴承的两侧上的第一侧向凹槽和第二侧向凹槽，每个侧向凹槽优选地通过将侧向环附接至所述轴承的本体而形成。所述第一侧向凹槽和所述第二侧向凹槽特别地设计成防止润滑剂轴向流出轴承，每个侧向凹槽能够收集来自所述轴承的衬垫的所述作用表面的轴向流动并且导引该轴向流动使得所述流动特别地经由所述校准孔口而径向地排出至所述轴承的外部。侧向凹槽中的每个侧向凹槽特别地与偏转器相配合以侧向地排出润滑剂。
根据本发明，至少两个连续衬垫优选地通过弹性系统彼此联接，该弹性系统被设计成限制所述衬垫的任何角度浮动。例如，所述衬垫中的一个衬垫的端部通过所述弹性系统联接至其相邻衬垫中的至少一个衬垫的最近端部，所述弹性系统包括例如开口弹性环，开口弹性环的每个端部联接至相应的衬垫。优选地，每个衬垫通过所述弹性系统联接至其最近的相邻衬垫中的每个衬垫。
优选地，根据本发明的偏转器具有第一部分和第二部分，第一部分和第二部分各自例如沿着所述轴线A轴向地延伸越过所述轴承的一些宽度且优选地所有宽度，第一部分设计成布置在关于旋转方向w而言的第二部分的上游且布置在当所述偏转器配装至所述轴承时最近的一个衬垫或多个衬垫的作用表面的水平面下方，所述第一部分设计成侧向地回收和排出所述润滑剂，第二部分沿径向朝向腔的中央延伸特别地达到将第二部分与腔的中央分离的径向距离——将第二部分与腔的中央分离的径向距离等于将最近的一个作用表面或多个作用表面与腔的所述中央分离的径向距离——例如，最多延伸至所述径向距离M，以便至少部分地防止所述润滑剂从所述第二部分的上游的区域移动至所述第二部分的下游的区域，所述第二部分也优选地在第一部分上方向上游延伸(即，以便悬垂所述第一部分，或换句话说，以便在向心方向上形成径向于所述第一部分的垂线的突出部。特别地，第二部分包括内接或包含在平面中的平坦上表面，该平面的延伸部与最近的衬垫中的一个衬垫的至少一个作用表面相切，所述平坦上表面在上游方向上延伸以便悬垂所述第一部分的至少一部分。根据本发明，“在作用表面的水平面下方”意味着第一部分比作用表面更远离腔的中央。实际上，根据本发明，概念“上方”和“下方”是相对于腔的中央定义的，并且因此如果对象O1相对于对象O2的位置放置在更靠近腔的中央或相应的进一步远离腔的中央的径向位置中则对象O1位于对象O2的上方和相应的下方。此外，相对于腔的中央的距离优选地和通常为将点或对象与所述轴线A分离的径向距离，所述轴线A特别地在腔为圆筒形的情况下特别地为腔的回转轴线。
特别地，每个注射器和/或每个偏转器例如在两个连续衬垫之间的空间中以可拆卸的方式附接至所述轴承的所述本体，并且所述空间可以至少部分地形成在所述轴承的本体中或从所述轴承的本体挖出，并且所述空间特别地朝向所述腔开口。优选地，设计成接纳注射器和/或偏转器的每个空间呈长方形形状，所述空间的长度被轴向地定向，即沿着所述轴承的宽度定向，例如延伸越过所述轴承的整个宽度。每个空间特别地具有至少一个径向开口，所述至少一个径向开口例如从所述轴承的本体挖出，所述至少一个径向开口朝向所述轴承的外部定向，并且所述至少一个径向开口例如由一个或更多个通道形成，所述一个或更多个通道大致沿径向朝向所述轴承的外部定向，以使润滑剂能够特别地从所述轴承的外部沿径向被供给至所述注射器，或者使由偏转器回收的润滑剂能够被排出，所述润滑剂于是例如在所述空间的轴向端部处沿径向朝向所述轴承的外部排出。
优选地，偏转器具有设计成插入所述空间中的长方形本体，所述长方形本体由所述第一部分和所述第二部分形成，所述第一部分和所述第二部分也都是长方形的。所述第一部分的轴向部段，即，所述第一部分的沿着其长度并且在穿过所述轴线A且径向地延伸以在偏转器安装在所述空间中的一个空间中时沿着平面的长度与所述偏转器交叉的平面中的轴向部段特别地形成三角形形状或优选地呈三角形例如等腰三角形，三角形形状特别地具有将衬垫的宽度或者所述第一部分的长度分成两个相等部分的对称轴、以及指向所述轴线A的顶点。特别地，所述顶点是所述等腰三角形的相等长度的两个边共有的顶点，并且所述顶点在所述偏转器插入所述空间中并且位于所述衬垫的中间平面——即，将所述衬垫沿着其宽度分成相等宽度的两个部分的平面——中时指向所述轴线A。特别地，当所述偏转器安装在所述空间中以回收所述润滑剂并且以沿着在所述顶点处连结且形成三角形的边的斜面侧向地导引所述润滑剂时，属于所述第一部分的所述顶点因此位于最近的一个衬垫或多个衬垫的作用表面的水平面下方，所述润滑剂被沿着所述斜面导引以移动远离腔的中央或者移动远离旋转轴的中央直到侧向排出凹槽。所述斜面例如是所述等腰三角形的相等长度的边。优选地，形成所述三角形形状的所述部段沿着所述偏转器的第一部分的宽度是恒定的。
根据优选实施方式，形成三角形形状的所述部段沿着所述第一部分的整个宽度从上游至下游保持恒定，所述偏转器于是直接形成在形成恒定三角形部段的所述第一部分的下游，所述偏转器的所述第二部分例如具有矩形轴向部段，所述第二部分因此可能是平行六面体的，所述第二部分特别地形成朝向腔的中央定向的侧或面，并且针对该侧或面，将所述侧与所述腔的所述中央或者与轴线A分离的径向距离等于将最近的一个衬垫或多个衬垫的作用表面与腔的中央或轴线A分离的径向距离。可选地，所述侧包括延伸部，所述延伸部向上游定向，部分地覆盖以所述部段形成三角形形状为特征的所述偏转器的第一部分而不触摸所述偏转器的第一部分，即，以相对于偏转器的第一部分非接触的方式，以在形成所述第一部分的三角形形状的所述部段上方形成所述悬垂部。特别地，所述延伸部在所述偏转器的第一部分的整个长度上方向上游延伸。有利地，形成所述第一部分的三角形形状的该部段可选地与矩形部段的所述部分——可以形成至少部分地悬垂形成三角形形状的部段的所述延伸部——相配合实现了在旋转轴的旋转期间、特别是对称性地沿着所述偏转器的第一部分的三角形形状的边中的每个边的高效回收和侧向排出。
根据本发明的注射器是与所述偏转器分离的装置，即注射器和偏转器是两个不同的装置，或者根据本发明的注射器构建到所述偏转器的所述第二部分中，所述偏转器的第一部分和第二部分因此形成“注射/偏转”装置，即偏转器也由于其第二部分的特征而执行注射功能，如下面图7所示。在后一种情况下，所述偏转器的第二部分包括所述注射器并且还具有所述注射器的全部特征，如下所述。
所述注射器，例如在偏转器结合有注射功能的情况下所述偏转器的第二部分，优选地包括长方形本体，该长方形本体设计成安装在所述空间中的例如在两个连续衬垫之间的空间中。所述长方形本体优选地为大致平行六面体，并且所述长方形本体沿着所述轴线A纵向定向。所述长方形本体特别地包括轴向通道，轴向通道沿着长方形本体，即，沿着长方形本体的长度轴向地布置，轴向通道针对其轴向端部中的每个轴向端部，即，在当所述注射器安装在所述空间中时所述侧向排出凹槽的方向上，通过使用分隔器件被关闭或者能够关闭，所述轴向通道设计成向最近的下游衬垫的所述作用表面供给润滑剂，并且所述轴向通道形成润滑剂给送回路的一部分。优选地，所述分隔器件的位置可以在闭合位置与打开位置之间调节以使所述轴向通道的轴向端部的阻塞能够被改变，使得在处于闭合位置时防止了润滑剂流经由轴向通道的轴向端部离开所述轴向通道，并且当分隔器件处于打开位置与闭合位置之间的中间位置时，润滑剂流可以经由轴向通道的轴向端部沿所述侧向凹槽的方向离开所述轴向通道。分隔器件的调节有利地使得能够对经由所述轴向通道的轴向端部离开的润滑剂的流量进行调节。所述轴向通道特别地设置有实现了至润滑剂供给通道的连接的连接构件，所述连接尤其可以经由设计成接纳注射器或注射/偏转装置的所述空间的所述径向开口来进行。
所述注射器的所述轴向通道特别地具有一个或更多个输出孔口，所述一个或更多个输出孔口朝向所述轴承的腔定向，例如在轴线A的方向上定向，以向衬垫的所述作用表面供给润滑剂。特别地，每个输出孔口例如沿径向朝向所述注射器的润滑表面定向，润滑表面位于与腔的中央或者与轴线A相距径向距离处，该径向距离基本上等于将最近衬垫的作用表面与腔的中央或轴向A分离的径向距离，所述孔口通向所述润滑表面。所述润滑表面可以例如包括导管，该导管例如延伸越过所述注射器的整个长度，并且所述孔口中的每个孔口通向导管。所述导管特别地使得所述润滑剂能够在衬垫的作用表面的整个宽度上均匀分布。所述孔口也特别地在所述润滑表面上和轴向方向上，即，在所述注射器的本体的长度上，彼此间分离。优选地，所述孔口中的至少一些孔口的直径不同于所述孔口中的至少一个另一孔口的直径，以便针对所述注射器的所有孔口保持相同流量。实际上，根据本发明，所述孔口的所述直径是通过计算润滑剂给送回路中的每个孔口上游的压降来确定的，以便针对每个孔口保持相同的流量，而不管其沿着所述注射器的长度的轴向位置如何。因此，改变孔口的直径使得能够借助于所述润滑剂给送回路对在润滑剂分配期间经由所述孔口的润滑剂的压力变化进行补偿，使得每个孔口根据时间分配相同量的润滑剂。
根据本发明的优选实施方式，所述偏转器的第二部分包括所述注射器，以便形成所述注射/偏转装置。因此，注射/偏转装置由两个部分构成，所述两个部分分别是注射部分和偏转部分，所述注射部分是以上所描述的偏转器的结合有所述注射器的第二部分，并且偏转部分由如上所述的所述第一部分形成，每个注射/偏转装置设计成安装在所述空间中的一个空间中使得偏转部分定位在所述注射部分的上游，所述注射/偏转装置因此将注射器功能和偏转器功能结合在单个可移除装置中。实际上，根据该优选实施方式，所述偏转器和所述注射器形成被称为注射/偏转装置的单个可移除装置，该单个可移除装置可以安装在所述轴承中的例如在两个连续衬垫之间的空间中。
根据本发明，一个注射器与定位在正上游或正下游的另一注射器所分离的角距离优选地为π/n[rad]，其中，n是所述轴承中注射器的总数，相应的一个偏转器与定位在正上游或正下游的另一注射器所分离的角距离优选地为π/m[rad]，其中，m是所述轴承中的偏转器的总数。特别地，m和n等于或大于2。优选地，m＝n＝5。特别地，根据包括所述注射/偏转装置的优选实施方式，安装在所述轴承中的空间中的一个注射/偏转装置与安装在所述轴承的下一空间中的正上游或正下游的相邻的注射/偏转装置所分离的角距离为π/t[rad]，其中，t是安装在所述轴承的空间中的注射/偏转装置的总数。优选地，t等于或大于3，特别地t＝5。
有利地，所述偏转器通过将润滑剂朝向所述侧向凹槽导引而有助于使轴在其以高速的旋转期间稳定，从而减少或消除润滑剂轴向流出所述轴承，所述润滑剂被迫使遵循由将所述润滑剂朝向第一侧向凹槽或第二侧向凹槽导引的所述偏转器的几何形状限定的路径。因此，根据本发明，通过使用所述偏转器来捕获不再用于形成流体动力膜的润滑剂并且将润滑剂从偏转器导引至侧向凹槽中的一个侧向凹槽而防止了润滑剂轴向流出所述轴承的衬套。
特别地，根据本发明的所述侧向凹槽围绕所述腔的圆周延伸，以便限定所述轴承的衬垫的侧向侧中的每个侧向侧的边缘，以收集润滑剂的轴向流。根据第一实施方式，每个侧向凹槽可以是下述凹槽：该凹槽呈圆弧形式，从所述轴承的本体挖出或形成在所述轴承的本体中以便朝向所述腔开口，并且例如沿着所述轴承的所述本体的侧向边缘中的一个侧向边缘延伸。每个侧向凹槽可以例如沿着所述轴承的内圆周的至少一个部分延伸。每个侧向凹槽可以例如沿着所述轴承的内圆周的至少一个部分延伸，例如延伸越过180°或者延伸越过所有被动角扇区，或者优选地延伸越过所述轴承的整个内圆周，即，延伸越过腔的整个圆周。根据第二实施方式，所述侧向凹槽中的每个侧向凹槽通过将所述环状侧向环附接至所述轴承的侧向侧中的每个侧向侧而获得，所述环状侧向环的最小内直径基本上等于衬垫的作用表面与腔的中央(或轴线A)所分离的半径的两倍，环的朝向所述本体定向且设计成附接至所述本体的侧向面(即，沿着轴线A)的部分以结构几何体为特征，该结构几何体设计成在所述环侧向地附接至所述轴承的本体时形成所述侧向凹槽中的一个侧向凹槽。例如，环的朝向所述本体定向的所述部分以内直径为特征，该内直径大于所述最小内直径以在所述本体的所述侧向面与环的以所述最小内直径为特征的部分之间形成腔。在这种情况下，所述环可以被描述为由彼此刚性地连接的两个环形成，所述两个环分别为以所述较大内直径为特征的第一环和以所述最小内直径为特征的第二环，所述环设计成安装在所述轴承的侧向侧上(即，在所述轴承的所述轴向端部中的一个轴向端部上)，其中，所述环的由所述第一环形成的部分与所述侧向侧相接触。
优选地，所述侧向凹槽中的每个侧向凹槽具有至少一个径向开口，例如径向腔孔，所述至少一个径向开口设计成以面向所述偏转器的第一部分的纵向端部的方式布置，并且所述至少一个径向开口设计成将收集在侧向凹槽中的润滑剂沿径向例如朝向用于所述润滑剂的循环或再循环系统而排出至所述轴承的外部。
附图说明
使用以下附图提供了根据本发明的所述轴承的优点以及示例性实施方式和应用，其中，相同的附图标记表示相同或等同的元件：
图1是根据本发明的流体动力轴承的优选实施方式的3D视图。
图2是根据本发明的流体动力轴承的优选实施方式的侧视图。
图3是根据图2的轴承沿着平面A’-A’截取的横截面。
图4是根据本发明的轴承的即沿着图3中示出的轴承的平面B-B截取的中间横截面。
图5是图4中示出的轴承的一部分的细部G。
图6是图5中示出的细部G沿着平面A’-A’截取的横截面。
图7是根据本发明的注射/偏转装置的示例性实施方式。
图8是根据本发明的轴承的一部分的3D视图。
具体实施方式
图1是根据本发明的流体动力轴承的优选实施方式的三维(3D)示意图。流体动力轴承包括具有内表面的环状本体1，该内表面绕由轴线A表示的轴向方向形成腔，所述轴承的所述本体1优选地是中空筒形件。所述本体1布置成环绕具有纵向旋转轴线的旋转轴(未示出)，该旋转轴设计成在所述本体1的中央处沿所述轴向方向布置。具体地，所述纵向旋转轴线和所述轴线A大致沿同一方向延伸。所述轴承不可以旋转，并且所述轴承设计成便于所述旋转轴沿旋转方向w旋转，如图1中的对应箭头所指示的。旋转方向w是从上游至下游定向的。
所述本体1的腔，或者换句话说，所述轴承的中空部分，布置成接纳所述旋转轴，以导引所述旋转轴绕所述轴线A沿从“上游”至“下游”的旋转方向w旋转并支承所述旋转轴。特别地，用于所述旋转轴的多个径向保持衬垫2例如以摆动的方式安装在所述本体1的形成所述腔的内表面上，以便支承所述旋转轴并导引所述旋转轴旋转。为此，每个衬垫2包括具有作用表面的上部面11，该作用表面在旋转轴沿旋转方向w旋转时用作所述旋转轴的滑动表面。如图4所示且如本领域技术人员已知的那样，根据本发明的所述轴承具有至少两个区域，所述至少两个区域分别是设计成吸收所述轴承中的由旋转轴旋转施加的最大载荷或力的区域、以及其中所述载荷或力为最小的区域，根据本发明的这两个区域中的每个区域均具有完全或部分地定位在所述区域中的至少一个衬垫2，并且完全或部分地定位在最小力区域中的衬垫的特征在于位于定位在高载荷区域的全部或部分中的衬垫的下方的作用表面。
考虑到例如轴承分成n个区域zi(i是从1至n的值)，n个区域zi至少包括其中由旋转轴旋转施加在所述轴承上的力为最大的所述区域和其中由旋转轴旋转施加在所述轴承上的力为最小的所述区域，即，n≥2，旋转轴向区域zi上施加力Fi，主动角扇区被特别地定义为所述轴承的n个区域zi中的所有下述区域：针对所述区域，由旋转轴旋转施加的力Fi是由所述旋转轴旋转施加在所述区域中的每个区域上的力的平均值的X倍大，X特别地为在1至1.5之间的值，并且优选地X＝1.5。换句话说，如果
Figure GDA0002341508810000111
其中，X∈[1，1.5]，那么力Fi所施加于的区域zi属于主动角扇区。优选地，至少部分地位于主动角扇区内的衬垫被认为是所述主动角扇区的完全部分。
根据图4中示出的优选实施方式，至少一个衬垫2完全或部分地定位或包含在主动角扇区2A(即，所述轴承的吸收由所述高速旋转轴的旋转产生的最大载荷的所述角扇区)中，并且至少一个衬垫2完全或部分地定位或包含在被动角扇区2B(即，所述轴承的不吸收由所述高速旋转轴的旋转产生的最大载荷的角扇区，与主动角扇区截然相反)中。优选地，每个衬垫以振荡方式安装在所述本体1的内表面上并围绕所述腔的圆周安装，以便释放每个连续衬垫之间的空间12，所述空间设计成接纳注射器和/或偏转器，或者特别地接纳如图5至图7中详细示出的注射/偏转装置13，所述注射/偏转装置13具有至少两个部分：用作注射器的部分和用作偏转器的部分。
根据本发明，被动角扇区2B内的每个衬垫2的特征在于具有比位于主动角扇区2A内的衬垫2的作用表面低的作用表面。根据本发明，衬垫的作用表面包括所述衬垫的上部面11的所有下述点：所述点在所述旋转轴在所述上部面11上从上游至下游转动时与所述旋转轴相接触。这通常是定位在与轴线A相距径向距离M处的所有点，径向距离M为将所述衬垫的上部面11与轴线A分离的最短距离。如例如图8所示，被动角扇区2B的衬垫2具有呈延伸越过所述衬垫2的中央(延伸横过所述衬垫2的宽度)——即，从衬垫2的上游端部延伸至衬垫2的下游端部——的中央条带的形式的平滑表面21，所述平滑表面21被分别为第一侧向条带22和第二侧向条带23的两个侧向条带限定边缘，所述两个侧向条带中的每个侧向条带具有定位在与所述轴线A相距大于M的径向距离处的一组点。换句话说，侧向条带22、23中的每一者包括与平滑表面21相比沿径向进一步远离腔的中央的表面。例如，第一侧向条带22和第二侧向条带23是雕刻条带，即，第一侧向条带22和第二侧向条带23具有诸如孔或凹槽之类的几何结构，所述孔或凹槽被从衬垫的上部面11向该衬垫的本体内挖空以便通过形成中空表面而减少所述衬垫的作用表面，所述中空表面由当旋转轴在衬垫的上部面11上转动时不可以与所述旋转轴相接触的点集而形成，或者换句话说，由特别地定位在与轴线A相距大于M的径向距离处的点集而形成。例如，第一侧向条带22和第二侧向条带23具有位于与平滑表面21相同水平面处的标称表面，但是第一侧向条带22和第二侧向条带23设置有辅助凹槽24，辅助凹槽24朝向所述衬垫的下部面挖出衬垫的一定的厚度，并且辅助凹槽24设计成收集润滑剂且朝向侧向凹槽15导引润滑剂，这例如使得能够通过重力或经由径向开口14’泵送而排出润滑剂。优选地，被动角扇区2B的衬垫2的上部面11的辅助凹槽24关于与所述轴线A垂直的平面从上游向下游倾斜地移动。所述凹槽在一个辅助凹槽24或其延伸部穿过另一辅助凹槽或其延伸部的情况下形成例如人字形或V形结构。
如图4和图5所示，本发明特别提出了一种弹性联接装置，该弹性联接装置借助于弹性系统3例如开口金属环而将至少两个连续衬垫、或者优选地将每个衬垫2与最近的相邻衬垫弹性联接。所述弹性系统3设计成将衬垫的下游端部联接至位于正下游的衬垫——例如，在注射器和/或偏转器定位在衬垫的所述下游端部与定位在下游的连续衬垫的所述上游端部之间的情况下在所述注射器和/或偏转器下方经过的衬垫——的上游端部。如图5所示，衬垫优选地以相对于所述本体1的内表面摆动的方式安装，空间R5特别地在衬垫的上游端部和相应的下游端部与所述本体的内表面之间释放，使得所述衬垫2可以绕与所述轴线A平行的轴线或绕球形接头移动。根据本发明的弹性系统3有利地使得能够通过限制振动来使旋转轴在旋转时的运动稳定。
根据图1中示出的优选实施方式，每个空间12是长方形腔，特别是平行六面体腔，其宽度沿着轴线A定向，所述腔在所述轴线A的方向上开口，并且所述腔的壁例如由衬垫的上游端部、定位在正上游的相邻衬垫的下游端部、以及所述本体1的内表面形成。换句话说，所述空间12优选地是两个连续衬垫与所述本体1的内表面之间的空间。每个空间12特别地具有径向开口14，该径向开口14优选地沿着所述空间12的长度居中，或者特别地相对于所述本体1的宽度居中，并且该径向开口14沿径向朝向所述轴承的外部开口，以使润滑剂能够被供给至位于旋转轴与衬垫之间的空隙，所述供给借助于润滑剂给送回路而提供，该润滑剂给送回路终止于通向所述腔的通道134，如下所述。
根据本发明的侧向凹槽15可以以各种不同的方式制成。根据第一实施方式(未示出)，每个侧向凹槽可以例如沿着由所述轴承的内表面形成的腔的圆周的至少一部分从所述轴承的本体1挖出，每个侧向凹槽界定所述轴承的侧向侧中的一个侧向侧(即，沿着轴线A)并且侧向地限制所述内表面。如图1至图4所示，所述侧向凹槽15也可以通过将呈环或环部的形状的侧向环16抵靠所述轴承的每个侧向侧附接而制成(所述环和相应的环部呈圆形和相应的圆扇形)。
优选地，所述侧向环16的特征在于最小内半径R_m以及可选地最大内半径R_i，该最小内半径R_m同将衬垫的作用表面与所述轴线A或者与所述轴承的腔的所述中央分离的径向距离M大致相等，该最大内半径R_i大于所述最小内半径R_m。图3中示出了这种具有两个内半径R_m和R_i的侧向环16，并且这种侧向环16可以通过将半径为R_i的第一圆刚性地连接至半径为R_m的第二圆而形成。优选地，侧向环16的最大外直径2R_M小于所述轴承的外直径。由于两个内半径，即，相应的R_i和R_m的布置，因此所述侧向环16抵靠所述轴承的侧面或侧向侧的附接使空间E能够在以所述最小内半径R_m为特征的侧向环16的部分与所述轴承的本体之间创建，所述空间E设计成形成所述侧向凹槽15。侧向环16也可以设计成使得所述空间E沿径向朝向所述轴承的外部开口，以形成所述径向开口14’，从而使得能够径向地排出通过偏转器或辅助凹槽24回收在所述空间E中的润滑剂。优选地，附接器件17例如螺钉系统使每个侧向环16能够附接至所述轴承的侧向侧。可选地且根据所述附接器件的具体实施方式(未示出)，侧向环16仅具有一个最小内半径R_m，并且所述附接器件使所述空间E能够在侧向环16与轴承的侧面之间创建，并且所述空间E也可以沿径向向外开口以使得能够将润滑剂通过所述径向开口14’径向地排出。
根据本发明的轴承可以包括若干注射器和若干偏转器，所述若干注射器设计成为衬垫2的上部面11供给润滑剂，所述若干偏转器用以管理润滑剂在所述上部面11上方的流动。优选地，所述注射器和偏转器配对以形成所述注射/偏转装置13。根据该优选实施方式，根据本发明的轴承因此包括关于轴承的腔的圆周均匀分布(即，将两个注射/偏转装置彼此分离的圆周长度是恒定的)的一组注射/偏转装置13。图4示出了根据本发明的包括五个注射/偏转装置13的轴承的具体示例，五个注射/偏转装置13中的每个注射/偏转装置布置在空间12中的两个连续衬垫2之间。图5中示出了图4中的细部G。
如图5至图7所示并且如上所述，根据本发明并且还结合有注射功能的偏转器形成注射/偏转装置13，该注射/偏转装置13然后包括注射部分和偏转部分，该注射部分是所述偏转器的所述第二部分132并结合有注射器，该偏转部分设计成收集润滑剂并由所述偏转器的第一部分131形成。
注射/偏转装置的所述第一部分131设计成在注射/偏转装置安装在所述空间12中时相对于旋转轴的旋转方向w定位在第二部分132的上游。第一部分131特别地包括以具有顶点S的三角形部段ST为特征的部分，该顶点S设计成沿径向指向所述轴承的腔，如当所述注射/偏转装置13安装在所述轴承的空间12中时图6中示出的那样。三角形的设计成沿径向指向所述腔的顶点S定位在最近的一个衬垫或多个衬垫的所述作用表面的水平面下方，并且从所述顶点S引出的侧部各自从所述顶点朝向侧向凹槽15中的一个侧向凹槽延伸。优选地，所述第一部分131在下游被所述注射/偏转装置13的所述第二部分132限制，所述第二部分132以大致矩形部段SR为特征。所述第二部分132特别地具有称为润滑表面140的上表面，该润滑表面140位于下述平面中：在该平面中，所述平面的延伸部与最近的作用表面相切。优选地，所述第二部分132包括延伸部133，该延伸部133至少部分地悬于所述三角形部段ST之上。
优选地，所述第二部分132包括形成通道134的腔，该通道134沿着所述第二部分132的所述轴线A在整个长度上延伸，所述通道134例如大致在所述润滑表面140处经由径向开口14与润滑剂供给装置连通并且经由孔口135通向所述腔中，以将润滑剂供给至在衬垫的作用表面与旋转轴之间形成的空隙中。特别地，所述孔口135中的每个孔口通向从所述第二部分132的所述润滑表面140挖出的导管136。
优选地，所述润滑表面140是大致平坦的并且包括至少部分地悬于三角形部段ST的所述第一部分131之上的所述延伸部133。根据该实施方式，当所述注射/偏转装置安装在位于两个连续衬垫之间的空间12中时，所述导管136位于所述延伸部133的下游。特别地，所述延伸部133的上游端部与最近衬垫的作用表面处于同一水平面，并且所述润滑表面140的下游端部定位在最近衬垫的所述作用表面的略微下方，即，定位成与最近衬垫的作用表面相比进一步远离旋转轴。
综上所述，本发明提出了一种新型的流体动力轴承，其包括具有减小的作用表面的衬垫2，其中，所述衬垫配装至所述轴承的被动扇区。可选地，弹性系统联接所述衬垫以使所述轴承的旋转稳定，并且可以插入所述衬垫2之间的可移除注射/偏转装置13首先使润滑剂能够注入介于衬垫的作用表面与旋转轴之间的空隙中，其次使润滑剂流朝向侧向凹槽或狭槽15转移，使得在旋转轴的做功期间加热的润滑剂被导引朝向所述侧向凹槽15，以从所述轴承排出。

Claims (14)

1.一种流体动力轴承，所述流体动力轴承具有本体(1)，所述本体(1)具有形成腔的内表面，所述腔设计成接纳和环绕旋转轴，所述腔设置有安装在所述内表面上的多个衬垫(2)，用以支承所述旋转轴并且导引所述旋转轴沿旋转方向(w)旋转，所述旋转方向(w)定向为从上游向下游，每个衬垫(2)具有上表面(11)，所述上表面(11)的称为“作用表面”的部分用作所述旋转轴的滑动表面，所述轴承包括：
-包括在所述轴承的主动角扇区(2A)中的至少一个衬垫(2)和包括在所述轴承的被动角扇区(2B)中的至少一个衬垫(2)，
其特征在于，所述被动角扇区(2B)的至少一个衬垫(2)的作用表面低于所述主动角扇区(2A)的衬垫(2)中的每个衬垫的作用表面，
其中，在考虑由所述旋转轴旋转时间接施加在所述轴承的本体的内表面上的整个力时，所述主动角扇区(2A)对应于所述轴承的吸收最大载荷的区域，所述被动角扇区(2B)对应于所述轴承的吸收最小载荷的区域，
其中，所述被动角扇区(2B)的至少一个衬垫(2)的作用表面具有至少一个条带形平滑表面(21)，所述至少一个条带形平滑表面(21)从所述衬垫(2)的上游端部向下游端部不间断地延伸、延伸横过所述衬垫的宽度、并且延伸越过所述衬垫(2)的中央部分。
2.根据权利要求1所述的轴承(1)，包括设计成向所述上表面(11)供给润滑剂的至少一个注射器(13)和设计成减少润滑剂在所述上表面(11)上的再循环的至少一个偏转器(13)。
3.根据权利要求1或2所述的轴承(1)，其中，所述被动角扇区(2B)的至少一个衬垫(2)的作用表面包括雕刻表面(22，23)，以便形成朝向侧向凹槽(15)定向的辅助凹槽(24)，所述侧向凹槽(15)沿着所述轴承的圆周的至少一个部分延伸。
4.根据权利要求3所述的轴承(1)，其中，至少一个或每个辅助凹槽(24)与垂直于所述旋转轴的旋转轴线A的平面形成斜角。
5.根据权利要求1或2所述的轴承(1)，其中，至少两个连续衬垫(2)通过弹性系统(3)彼此联接，所述弹性系统(3)设计成限制所述衬垫的角度浮动。
6.根据权利要求5所述的轴承(1)，其中，每个衬垫(2)通过所述弹性系统(3)联接至最近的相邻衬垫中的每个衬垫。
7.根据权利要求1或2所述的轴承(1)，其特征在于，所述轴承(1)包括环状侧向环(16)，所述环状侧向环(16)布置成侧向地抵靠所述轴承的所述本体并且设计成防止润滑剂侧向地流出所述腔。
8.根据权利要求7所述的轴承(1)，其中，所述侧向环(16)具有至少一个校准孔口，用以控制润滑剂从所述轴承(1)泄漏的速率。
9.根据权利要求8所述的轴承(1)，其中，所述校准孔口包括泄漏速率调节系统。
10.根据权利要求2所述的轴承(1)，其特征在于，所述偏转器具有第一部分(131)和第二部分(132)，所述第一部分(131)位于所述第二部分(132)的上游、与最近的衬垫的所述作用表面相比进一步远离所述腔的中央的径向距离M处，所述第二部分(132)向上游延伸以在所述第一部分(131)上形成悬垂部。
11.根据权利要求10所述的轴承(1)，其中，所述第二部分(132)至少部分地：在一侧上沿径向朝向所述腔的所述中央延伸到达将所述第二部分(132)与所述腔的所述中央分离的径向距离，将所述第二部分(132)与所述腔的所述中央分离的径向距离等于将所述腔的所述中央与最近的衬垫(2)的作用表面分离的径向距离M；并且在另一侧上向上游延伸以形成所述悬垂部。
12.根据权利要求10或11所述的轴承(1)，其中，所述第二部分(132)具有内接于平面内的平坦润滑表面(140)，所述平面的延伸部与最近的衬垫(2)中的衬垫的至少一个作用表面相切，所述润滑表面(140)向上游延伸以形成所述悬垂部。
13.根据权利要求2、10和11中的任一项所述的轴承(1)，其中，所述注射器具有用于所述上表面(11)的润滑剂供给孔口(135)，所述孔口(135)的直径根据所述孔口(135)的轴向位置而变化，以针对每个孔口(135)保持相同的润滑剂流量。
14.根据权利要求10或11所述的轴承(1)，其中，所述偏转器的所述第二部分(132)结合有所述注射器。
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