CN110382888A - 具有径向气体轴承的旋转系统 - Google Patents

具有径向气体轴承的旋转系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110382888A
CN110382888A CN201780083765.8A CN201780083765A CN110382888A CN 110382888 A CN110382888 A CN 110382888A CN 201780083765 A CN201780083765 A CN 201780083765A CN 110382888 A CN110382888 A CN 110382888A
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
bearing
rotary system
region
bearing assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780083765.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110382888B (zh
Inventor
W·施蒂格尔
R·博勒
S·海格
R·斯图特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fischer Engineering Solutions AG
Original Assignee
Fischer Engineering Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fischer Engineering Solutions AG filed Critical Fischer Engineering Solutions AG
Publication of CN110382888A publication Critical patent/CN110382888A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110382888B publication Critical patent/CN110382888B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0607—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being retained in a gap, e.g. squeeze film bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/024—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. radial foil bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/03—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02—Sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0662—Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load
    • F16C32/0677—Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load of elastic or yielding bearings or bearing supports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)

Abstract

一种具有至少一个径向气体轴承的旋转系统(10)，包括壳体(11)、能相对于壳体(11)旋转的轴(12)和至少一个轴承组件(51)，该轴承组件具有支撑所述轴(12)的第一区域(52)且通过径向气体轴承相对于所述壳体(11)支撑所述轴(12)，其中气体间隙特别是空气间隙形成在所述轴承组件(51)和所述轴(12)之间。所述第一区域(52)包括管状径向轴承套筒(55)或由其形成。所述径向轴承套筒(55)的内侧具有轴承表面(66)，所述轴(12)在径向上安装在所述轴承套筒内。所述轴承组件(51)还包括由所述壳体(11)保持或集成在壳体之上或之中的第三区域(54)以及将第一区域(52)和第三区域(54)相连的第二区域(53)，并且所述第二区域(53)至少由于其构型和/或由于所述第一区域(52)的构型而设计成比所述第一区域(52)更具弹性。

Description

具有径向气体轴承的旋转系统
技术领域
本发明涉及具有至少一个径向气体轴承的旋转系统。
背景技术
具有径向气体轴承的旋转系统包括壳体、能相对于壳体旋转的轴和至少一个轴承组件，该轴承组件通过径向气体轴承相对于该壳体支撑该轴。轴承组件包括轴在其内被支撑的至少一个轴承表面。在轴和轴承表面之间形成气体间隙特别是空气间隙，该气体间隙实现为气体轴承。
CH658499A5公开一种用于高速转子(例如涡轮机械)的轴承的弹性轴承装置。轴承装置由多边形弹性件和垫圈组成，以限制轴承点处的轴偏转。弹性件包括弹性杆和弹性接头，并压配合到滚珠轴承外圈或衬套上，该衬套容纳滚珠轴承。这允许转子吸收横向于转子轴轴线作用在轴承上的力。然而，高温、高温差或其它特别可变的操作影响会导致轴承装置的各个部件的明显变形。例如，在高温下，壳体可能变形，导致轴承表面失去其圆度和圆柱度，或损害同轴度。
DE8407526U1涉及一种用于车辆的发动机单元。它包括带滚动轴承的轴承和可弹性变形的弹性中间套筒，它连接壳体和外滚动轴承套圈。然而，在这种类型的轴承装置中，高温、高温差或其它特别可变的操作影响也会导致轴承装置的各个部件的明显变形，由此，轴承表面可能失去其圆度和圆柱度，或者可能损害同轴度。
对于气体轴承，气体间隙的尺寸尽可能保持恒定至关重要。过宽的气体间隙会局部降低气体压力，从而使轴承不稳定。如果气体间隙过窄，则轴承表面可能与轴接触。这可能导致整个旋转系统特别是在高旋转速度下被破坏。然而，许多旋转系统经常暴露于高温和/或高温差和/或其它特别可变的操作影响，例如可变气体压力或离心力。这可能导致旋转系统的各个部件的明显变形。例如，壳体可在高温下变形，这会转移到轴承组件的轴承表面。例如，轴承组件的轴承表面可能丢失其圆度和圆柱度，或者轴承表面和轴丢失其同轴度。总的来说，不再能保证旋转系统的安全运行。
在许多旋转系统中，轴的外径和轴承表面的内径以及因此气体间隙的宽度也被规定，这排除了使用许多现有技术的解决方案。
US2015/0104124A1涉及气体轴承，其尤其用于涡轮机械。涡轮机包括壳体和轴，该轴由四个轴承区段围绕，所述轴承区段由壳体通过相应的弹性装置支撑。
然而，由于轴承区段可相对彼此移动，可在极端操作条件下发生气体间隙的变形。此外，四个轴承区段中的每个轴承区段下方的气体间隙可以不同地调节，这在动态操作中会导致轴承装置的不对称和不稳定的行为。还可能发生的是，各个轴承区段在高速下以其固有频率被激励，这也妨碍了稳定的操作。如果气体间隙的宽度下降到零并且轴在旋转期间接触轴承表面，则不稳定的行为很容易导致轴承失效。此外，当壳体被更强烈地激励时(例如当其从外部振动时)，轴承区段可以移位，这可能导致轴承刚度的不期望的动态变化。
WO2013/079896A1涉及用于主轴的气体轴承装置。该组件包括壳体区域和相对于壳体区域弹性设置的内径向轴承区域。
在WO2014/120302A2中，公开了对气体轴承的补偿。为此，气体轴承包括大量可以引导气体的柔性轴承件。示例包括轴承套圈、毂和具有多个轴承板的轴承件，所述轴承板通过弹性臂连接到轴承件的靠内区域。
EP0343620A2公开了流体动力轴承，包括气体轴承。公开了一种实施例，其包括壳体，在壳体上形成有支撑轴的多个轴承板。这也导致轴承板相对于彼此倾斜。
US4,099,799中公开的轴承单元包括壳体，四个轴承区段弹性地安装到该壳体上，这可能导致上面结合US2015/0104124A1描述的缺点。
US5,066,144也公开了流体动力轴承，包括气体轴承。然而，在旋转期间，所示出的轴承件有意地变形，这损害了轴承间隙的恒定性。
发明内容
本发明的任务是提供一种改进的旋转系统，该旋转系统即使在高转速和/或高温和/或高温差和/或进一步在特别可变的操作影响(例如可变的气体压力或离心力)下也尽可能地满足上述要求。因此，即使在这些条件下，尽可能独立于这些条件地，在轴承组件和轴之间形成的气体间隙尤其是空气间隙也应尽可能保持恒定。特别是，轴承组件的轴承表面应尽可能保持圆形和圆柱形，并且轴承表面和轴应保持尽可能同轴。
通过根据本发明的旋转系统解决了这些和其它任务。该旋转系统包括壳体、能相对于壳体旋转的轴和至少一个轴承组件，该轴承组件具有支撑轴的第一区域并且通过径向气体轴承相对于壳体支撑轴。因此在轴承组件，特别是下面描述的轴承表面和轴之间形成气体间隙尤其是空气间隙。径向气体轴承装置可以是空气动力气体轴承装置、空气静压气体轴承装置或可倾瓦气体轴承装置或箔片轴承装置。
轴承组件的第一区域包括径向轴承套筒或由径向轴承套筒形成，该径向轴承套筒在径向上支撑轴。径向轴承套筒的内侧具有轴承表面，轴安装在该轴承表面内。在此以及在下文中，如果径向轴承套筒的轴承表面在周向上连续地围绕轴并且径向轴承套筒在径向上具有基本恒定的厚度，则径向轴承套筒优选地理解为“管状”。术语“基本恒定的厚度”不排除径向轴承套筒的内侧和/或外侧可能具有例如下面更详细描述的腹板和/或径向轴承套筒内侧的冷却通道，其可以用作气体管道。特别地，径向轴承套筒可以具有圆柱形壳体。替代地，径向轴承套筒也可以是管状的，例如具有六边形横截面形状。
由于轴承套筒的管状形状，特别有效的是确保径向轴承套筒的内侧即使在极端操作条件下也相对较小的变形，使得气体间隙保持极其恒定。特别是，如上述几种现有技术文献中可能出现的那样，多个轴承区段不会倾斜，也没有上述其它缺点。
根据本发明，轴承组件具有支撑轴的第一区域和由壳体保持或集成在壳体上或壳体内的第三区域，轴承组件具有将第一区域连接到第三区域的第二区域，该第二区域至少由于其构型和/或由于第一区域的构型而比第一区域更具弹性。靠内区域可以包括前面提到的轴承表面，轴安装在该轴承表面内。
第二区域的构型可以例如通过几何状地弱化第二区域的材料来实现。这种几何状的材料弱化部可以通过沿轴向形成的至少一个凹槽或穿过轴承组件的至少一个开口形成。凹部可以例如通过激光烧结结构、孔、轴向凹槽、激光结构、铸筋和/或铣削肾形孔形成。例如，凹槽或开口可以形成在下面详细描述的间隔法兰中，例如形成在这种间隔法兰的靠外部段中。还可以有多个开口，然后优选地在周向上围绕旋转轴线均匀地分布。该构型也可以通过下面更详细描述的弹性件来实现。
替代地，可以通过不同材料的组合和/或具有不同性质的相同材料的组合来实现材料弱化。不同的金属可以连接在一起形成双金属。通过混合两种或更多种材料，特别是两种或更多种金属，也可以实现材料弱化。例如，通过不同的生产和/或加工方法，例如软退火、发泡和/或激光烧结，可以获得本身相似且具有不同性质的材料。
替代地或另外地，轴承组件的第一区域由于其构型而可以比第二区域的弹性小。例如，这可以通过至少增强第一区域来实现。这种增强件可以直接模制在第一区域中。例如，可以在第一区域中形成至少一个肋。第一区域特别可以是铸件。替代地或另外地，至少一个增强件可以附接到第一区域，例如胶合、焊接、熔接或拧紧。
由于本发明的设计，即使在高转速和/或高温和/或高温差和/或其它特别可变的操作影响(例如可变气体压力或离心力)下，在轴承组件和轴之间形成的气隙也可以保持非常恒定。因此，旋转系统也可以在这些条件下操作，而没有气体间隙过度变形的风险。这是因为支撑轴的轴承组件的部件整体上可以是相当刚性的，因此，例如，即使壳体变形，轴承组件的轴承表面也保持相对圆形和圆柱形。由于其相对更有弹性的设计，第二区域允许第一区域相对于变形壳体具有一定的游隙。
如果径向轴承套筒设计为一件式是特别有利的。这可以更有效地防止径向轴承套筒内侧的变形，从而保持气体间隙恒定。
轴承组件的第二区域在径向上比第一区域更具弹性是合适的，至少由于其构型和/或由于第一区域的构型。这可以增加轴和轴承组件的第一区域的圆度和圆柱度。至少由于其构型和/或其第一区域的构型，如果轴承组件的第二区域在轴向上比第一区域更具弹性则也是有利的。这可以降低支撑轴的轴承组件的第一区域相对于旋转源倾斜的风险。
为了进一步支持轴承组件的第二区域比其第一区域更具弹性的本发明特性，轴承组件的第二区域可以由比第一区域更具弹性的材料构成。
在一些实施例中，第一区域形成轴承组件的径向靠内区域，第二区域形成轴承组件的径向中间区域，第三区域形成轴承组件的径向靠外区域。因此，第二区域位于第一区域的径向外侧，第三区域位于第二区域的径向外侧。
在根据本发明的其它实施例中，轴承组件的第二区域可以从轴承组件的第三区域沿轴向延伸。该实施例的特征在于较小的安装空间，特别是在轴向上。
轴承组件的第二区域也可以比其第三区域更具弹性，至少由于其构型和/或其第三区域的构型。以这种方式，轴承组件可以更牢固地附接到壳体。
在一种可能的变型中，由于固定到壳体，轴承组件的第二区域可以比第三区域更具弹性。在该变型中，假如该附接使该弹性减小到第二区域比第三区域更具弹性的程度，则第三区域本身可以比第二区域更具弹性。
径向轴承套筒在其外侧可以具有至少一个冷却结构，借助于该冷却结构可以冷却径向轴承套筒。替代地或另外地，径向轴承套筒可在其外侧上具有至少一个凹槽(例如凹口或铣削凹槽)，和/或至少一个突起(例如腹板)，其可以例如沿周向延伸。这会影响径向轴承套筒外侧的气流。
轴承组件的第二区域可以由间隔法兰的靠内部段形成，轴承组件的第一区域特别是上述径向轴承套筒连接到该间隔法兰。特别地，间隔法兰的靠内部段可以附接到轴承组件的第一区域，特别是附接到径向轴承套筒。替代地，间隔法兰的靠内部段一体地连接到轴承组件的第一区域，特别是径向轴承套筒也在本发明的范围内。这种一件式连接可以通过例如激光烧结来实现。
在优选的配置中，间隔法兰的靠内部段具有至少一个弹性件，该弹性件的构型使得轴承组件的第二区域比轴承组件的第一区域更具弹性。弹性件可以包括间隔法兰的靠内部段的至少一个弹性部段，该弹性部段横向于(即不平行于)径向延伸。弹性部段可相对于旋转轴线旋转对称，例如圆柱形或锥形。弹性件优选地包括两个横向于径向延伸的弹性部段，这两个弹性部段沿轴向反向延伸。这样，增加了轴向的安装空间；然而，可以在径向上实现更大的间距，并因此在径向上具有特别高的弹性。
弹性部段可以轴向超出由壳体保持的间隔法兰的径向靠外部段。替代地，弹性部段可以轴向上与由壳体保持的间隔法兰的径向靠外部段错开。以相对简单的方式，两种变型都提供第二区域的弹性，根据本发明，第二区域的弹性高于第一区域的弹性。
间隔法兰的靠内部段优选地包括套筒形部段，该套筒形部段在至少一个轴向端部区域中连接到弹性部段的轴向端部区域。这也以有利的方式支撑轴承组件的第二区域的弹性。
间隔法兰的套筒形部段优选地设计成与在径向上支撑轴的径向轴承套筒作为单件或与其连接，特别是如上所述的径向轴承套筒。这种连接可以通过例如收缩连接、熔接连接、焊接连接、粘接连接、塑料注制连接、折边连接、激光烧结连接、液压压接、夹持连接、结晶复合、多边形连接、压紧连接、螺纹连接或其组合。
优选地，轴承组件的第三区域由通过壳体保持的间隔法兰的径向靠外部段形成。因此，一件式间隔法兰可形成轴承组件的第二区域和第三区域。
第二区域、特别是间隔法兰的靠内部段可以成形为使得轴承组件的第一区域(特别是位于径向轴承套筒的内侧)在规定的操作条件下表现出50微米、优选10微米、特别是1微米的最大径向变形。在任何预期的操作条件下优选不超过该最大径向变形。例如，规定的操作条件可以覆盖50摄氏度至250摄氏度的温度范围和1转/分钟至500,000转/分钟的速度范围，优选为160℃至600℃的温度范围、1转/分钟至1,000,000转/分钟的速度范围，特别优选为273.15摄氏度至3,100摄氏度的温度范围、1转/分钟至2,500,000转/分钟的速度范围。
轴承组件可具有至少一个冷却通道。例如，在间隔法兰中可以存在冷却通道，其可以在径向上延伸或者是螺旋形的。替代地或另外地，冷却通道可以形成在弹性部段和径向轴承套筒之间，特别是在弹性部段和套筒形部段之间。该冷却通道例如可在周向上延伸或呈螺旋形。借助于这种冷却通道，可以调节旋转系统内的温度分布。这可进一步有助于保持气体轴承的气体间隙尽可能恒定。在间隔法兰中沿径向形成的冷却通道是特别优选的，因为它流入在弹性部段和径向轴承套筒之间沿周向延伸的冷却通道。至少一个冷却通道也可以设置在径向轴承套筒中和/或壳体中。
作为间隔法兰的替代或补充，轴承组件的第二区域可以呈套筒状。在该套筒的第一轴向端部处，可以在径向向内方向上形成有保持径向轴承套筒的第一延伸部。在套筒的与第一轴向端部相对的第二轴向端部处，可以在径向向外方向上形成有第二延伸部，该第二延伸部形成轴承组件的第三区域并且由壳体保持或者集成在壳体上或壳体中。该设计的特征在于较小的安装空间，尤其是在轴向上。
轴承组件的部件可包括或由各种材料构成，例如陶瓷、硬金属(任选地涂有铬钢，尤其是氮化的)、石墨、钛、铬钢、铝、钢材、镍基合金(例如)或塑料，例如聚酰亚胺(例如)，特别是纤维增强塑料，例如用碳纤维增强的聚醚醚酮。可以想到，相同的轴承组件的不同部件包括或由不同的材料构成。径向轴承套筒优选地由陶瓷和/或碳化钨制成。
根据本发明的旋转系统可以是特别是电动涡轮机，例如压缩机，特别是涡轮压缩机、马达或动力源、透平机、特别是涡轮发电机或涡轮增压器，耦合系统(特别是磁耦合)或飞轮、特别是动力蓄能器或特别是气动透平机或其组合。
附图说明
在下文中，将通过若干实施例和附图更详细地解释本发明及其优点。
在图中：
图1示出根据本发明的第一旋转系统的截面的横剖视图；
图2示出根据本发明的第一旋转系统的立体图，但没有轴；
图3示出根据本发明的不带轴的第一旋转系统的轴向平面图；
图4示出沿图3中的剖面线A-A的根据本发明的不带轴的第一旋转系统的横剖视图；
图5示出根据本发明第二旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图6示出根据本发明第三旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图7示出根据本发明第四旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图8示出根据本发明第五旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图9示出根据本发明第六旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图10示出根据本发明第七旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图11示出根据本发明第八旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图12示出根据本发明第九旋转系统的轴承组件的横剖示意图；
图13示出根据本发明的第十旋转系统的横剖视图。
具体实施方式
图1至图4所示的根据本发明的第一旋转系统是涡轮压缩机。该压缩机包括壳体11、能够相对于壳体旋转的轴12和轴承组件51，该轴承组件51通过径向气体轴承相对于壳体11支撑轴12。压缩机叶轮78附接到轴12的一端。气体轴承由气体间隙特别是空气间隙来实现，该气体间隙形成在轴12和下面详细描述的径向轴承套筒55之间。
轴承组件51包括由径向轴承套筒55形成并支撑轴12的第一径向靠内轴承区域52。轴承组件51还包括由壳体11保持的第三径向靠外区域54，以及将第一区域52连接到第三区域54的第二径向中间区域53。
轴承组件51包括具有靠内部段57和靠外部段58的间隔法兰56。靠内部段57形成轴承组件51的第二区域53。该靠内部段57具有弹性件59，弹性件59的构型使得轴承组件51的第二区域53与第一区域52(即径向轴承套筒55)相比更具弹性。详细地，弹性件59包括两个沿轴向反向延伸的圆柱周侧形弹性部段60。在轴向上，每个弹性部段60突出超过间隔法兰56的径向靠外部段58。间隔法兰56的靠内部段57还包括套筒形部段63，其在两个相对的轴向端部区域64处连接到每个弹性部段60的轴向锥形端部区域65。该结构(以及下面图2和3中说明的开口)是轴承组件51的第二区域53(即间隔法兰56的靠内部段57)与第一区域52(即径向轴承套筒55)相比更具弹性的原因之一。
在套筒形部段63的内侧上，形成有沿周向延伸的两个腹板67，它们在轴向上间隔开并且对称地布置。在这些腹板67处，套筒形部段63与径向轴承套筒55连接。这例如可以通过压紧连接实现。替代地，当然也可以想到的是，腹板形成在径向轴承套筒的外侧，径向轴承套筒55附接到套筒形部段63。腹板67允许直接地周向夹紧径向轴承套筒55。腹板67所在的接触表面可以是周向的或甚至是扇形隔断的。接触表面延伸中间弹性区域并促进热管理。腹板可以安装在内侧或外侧。从技术角度来看，解决方案是极度相同的，但从生产的角度来看，根据设计，一个或另一个变型例可以获得优点。
径向轴承套筒55具有圆柱形壳，因此是管状的。径向轴承套筒55的内侧具有轴承表面66。在该轴承表面66和轴12之间形成所述气体间隙，该气体间隙在轴承表面66内实现轴12的气体轴承。
在该实施例中，轴承组件51的第二区域53，即间隔法兰56的靠内部段57，以这样的方式成形，使得径向轴承套筒55的内侧在规定的操作条件下具有50微米、优选10微米、特别优选1微米的最大径向变形。在任何预期的操作条件下优选不超过该最大径向变形。例如，规定的操作条件可以覆盖50摄氏度至250摄氏度的温度范围和1转/分钟至500000转/分钟的速度范围，优选为160摄氏度至600摄氏度的温度范围和1转/分钟至1000000转/分钟的速度范围，特别优选甚至为273.15摄氏度至3100摄氏度温度范围和1转/分钟至2500000转/分钟的速度范围。
间隔法兰56优选地由铝、钢、铬钢构成，并且径向轴承套55优选地由硬金属、陶瓷、涂层钢、涂层钛或铝构成。这种特定的材料组合(除了开口和弹性件59之外)还有助于使第二区域53比第一区域52更具弹性。由于其构型，该设计示例中的第二区域53也比第三靠外区域54更具弹性。
间隔法兰56具有沿径向延伸的六个冷却通道61，在图1中仅可看到其中一个。轴承组件51还包括在弹性部段60和套筒形部段33之间的周向延伸的冷却通道62，六个径向冷却通道61通向该冷却通道。当然，也可以使用不同数量的冷却通道61。
从图2中的立体图可以看出，间隔法兰56的靠外部段58在周向上具有六个均匀分布的开口68，开口68沿轴向穿过。结果，间隔法兰56的靠外部段58具有几何构型的材料弱化部。该特定构型确保(除弹性件59之外)轴承组件51的第二区域53与第一区域52相比更具弹性。
图3示出了涡轮压缩机10沿轴向的平面图。和在图2中一样，此处未显示出轴。在此不可见的径向冷却通道61中的一个在两个相邻的开口68之间延伸。
图4是沿图3中的线A-A的横剖视图，但是在此具有轴12。涡轮压缩机10包括以隔开轴向距离地布置的两个轴承组件51，它们彼此对称。
图1至图4中所示的实施例具有相对高的弹性度的优点。
图5至图12示出了根据本发明的八个另外的旋转系统的轴承组件的横剖示意图。
在图5所示的第二实施例中，与第一实施例不同，在套筒形部段63的内侧没有形成腹板，而是在径向轴承套筒55的外侧形成腹板。此外，弹性件59包括在套筒形部段63的端部区域64和弹性部段60的轴向端部区域65之间沿径向延伸的两个部段69。此外，在此弹性部段内60不是设计成圆柱周侧形，而是设计成锥形。
在图6中，径向轴承套筒55包括沿周向延伸的冷却通道79，其可用于冷却径向轴承套筒55和轴12的附近区域。
在图7所示的实施例中，两个冷却法兰75安装在间隔法兰56上，其与每个间隔法兰56的一个轴向端面一起包围出沿周向延伸的冷却通道76。这允许间隔法兰56被冷却。
在图8所示的实施例中，壳体11包括在间隔法兰56附近沿周向延伸的两个冷却通道77，由此可以冷却壳体11。
当然，图5至图8所示的冷却结构的任意组合也是可能的。例如图9示出了第六实施例，其具有带有冷却通道79的径向轴承套筒15、在间隔法兰56中沿径向延伸的冷却通道61、安装在间隔法兰56上的两个冷却法兰75和在壳体11中延伸的两个冷却通道77。
在图10中，径向轴承套筒55仅包括单个腹板67，其在轴向上居中布置。四个锥形部段70在圆柱周侧形弹性部段60和套筒形部段63之间延伸。这些锥形部段70中的两个轴向靠外的部段连接到弹性部段60，并且这些锥形部段70中的两个轴向靠内的部段连接到套筒形部段63。在弹性部段60和套筒形部段63之间的轴向中间区域中，这些锥形部段70中的两个部段在连接区域74处彼此连接。与套筒形部段63和弹性部段60的轴向端部区域64、65相比，这些连接区域74在轴向上内凹。在弹性部段60、套筒形部段63和锥形部段70之间形成沿周向延伸的冷却通道62。这种设计在轴向上需要较少的安装空间，并且如果在径向上有更多的间隙，则可以使用该设计。
在图11中，代替图10的锥形部段70，存在两个弯曲部段80，其在圆柱形弹性部段60和套筒形部段63之间延伸。这也产生了沿周向延伸的冷却通道62。这种设计在轴向上也需要较少的安装空间，并且如果在径向上有更多的间隙，则可以使用该设计。
图12示出了另一个例子。在此，腹板67形成在径向轴承套筒55的外侧上，腹板67分别位于两个轴向端部处。在此，与间隔法兰56的径向靠外部段58相比，弹性部段60在轴向上内凹。这种设计为冷却通道显著地提供了更多的空间，这有利于减少压力损失。
图13示出了根据本发明的第十旋转系统10的部段的侧视图。与上面的描述不同，该实施例不包括间隔法兰。作为替代，轴承组件51的第二区域53在此呈套筒状。在该套筒53的第一轴向端部处，在径向向内方向上形成第一延伸部73，该第一延伸部73保持径向轴承套筒55。在套筒53的与第一轴向端71相对的第二轴向端72处，沿径向向外方向形成第二延伸部81，其形成轴承组件51的第三区域54并且由壳体11保持。该设计的特征在于较小的安装空间，尤其是在轴向上。

Claims (19)

1.一种具有至少一个径向气体轴承的旋转系统(10)，包括：
-壳体(11)，
-能相对于所述壳体(11)旋转的轴(12)，和
-至少一个轴承组件(51)，其具有支撑所述轴(12)的第一区域(52)并通过径向气体轴承相对于所述壳体(11)支撑所述轴(12)，其中气体间隙且特别是空气间隙形成在所述轴承组件(51)和所述轴(12)之间，
所述第一区域(52)包括管状径向轴承套筒(55)或由管状径向轴承套筒形成，其内侧具有轴承表面(66)，所述轴(12)在径向上在其内被支撑，其特征在于，所述轴承组件(51)还包括由所述壳体(11)保持或集成在该壳体(11)之上或之中的第三区域(54)以及将所述第一区域(52)连接到所述第三区域(54)的第二区域(53)，所述第二区域至少由于其构型和/或由于所述第一区域(52)的构型而设计成比所述第一区域(52)更具弹性。
2.根据权利要求1所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述径向轴承套筒(55)被设计成一件式。
3.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述轴承组件(51)的所述第二区域(53)由本身与第一区域(52)相比更具弹性的材料构成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述第一区域(52)形成所述轴承组件(51)的径向靠内区域(52)，所述第二区域(53)形成所述轴承组件(51)的径向中间区域(53)，并且所述第三区域(54)形成所述轴承组件(51)的径向靠外区域(54)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述第二区域(53)至少由于其构型和/或由于第三区域(54)的构型而设计成比所述第三区域(54)更具弹性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述轴承组件(51)的第二区域(53)由间隔法兰(56)的靠内部段(57)形成，所述轴承组件(51)的第一区域(52)特别是径向轴承套筒(55)连接至该间隔法兰的靠内部段，其中特别是所述第一区域(52)被固定在所述靠内部段(57)上。
7.根据权利要求6所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述间隔法兰(56)的所述靠内部段(57)具有至少一个弹性件(59)，该弹性件的造型使所述轴承组件(51)的第二区域(53)比所述轴承组件(51)的第一区域(52)更具弹性。
8.根据权利要求7所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述弹性件(59)包括所述间隔法兰(56)的靠内部段(57)的横向于径向延伸的至少一个弹性部段(60)。
9.根据权利要求8所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述弹性部段(60)在轴向上突出超过由所述壳体(11)保持的所述间隔法兰(56)的径向靠外部段(58)。
10.根据权利要求8所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述弹性部段(60)在轴向上相对于由所述壳体(11)保持的所述间隔法兰(56)的径向靠外部段(58)内缩。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述间隔法兰(56)的靠内部段(57)包括套筒形部段(63)，该套筒形部段在至少一个轴向端部区域(64)连接到所述弹性部段(60)的轴向端部区域(65)。
12.根据权利要求11所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述套筒形部段(63)被设计成与在径向上支撑所述轴(12)的径向轴承套筒(55)成一体或与之连接，特别是通过收缩连接、熔接、焊接、粘接、塑料注制连接、折边连接、激光烧结连接、液压压紧、夹持连接、结晶复合、多边形连接、压紧连接、螺纹连接或其组合。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述轴承组件(51)的第三区域(54)由借助所述壳体(11)保持的所述间隔法兰(56)的径向靠外部段(58)形成。
14.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述第二区域(53)、特别是所述间隔法兰(56)的所述靠内部段(57)以这样的方式形成，在规定的操作条件下，所述第一区域(52)、特别是所述径向轴承套筒(55)的内侧具有50微米、优选10微米、特别优选1微米的最大径向变形。
15.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述轴承组件(51)、特别是所述间隔法兰(56)具有至少一个尤其在径向上延伸的冷却通道(61)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述轴承组件(51)具有至少一个冷却通道(62，76，79)，该冷却通道尤其在周向上延伸且尤其形成在所述径向轴承套筒(55)中或形成在所述弹性部段(60)和所述径向轴承套筒(55)之间，特别是形成在所述弹性部段(60)和所述套筒形部段(63)之间。
17.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述旋转系统(10)特别是电动涡轮机(10)，例如像压缩机、特别是涡轮压缩机、马达或动力源(Generator)、透平机、特别是涡轮发电机或涡轮增压器、耦合系统(特别是磁耦合)或飞轮、特别是动力蓄能器或特别是气动透平机或其组合。
18.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述第二区域(53)的构型由所述第二区域(53)的几何形状的材料弱化部形成，尤其经由在轴向上形成的至少一个凹槽或穿过所述轴承组件的、特别是在间隔法兰(56)中的、尤其在间隔法兰(56)的靠外部段(58)中的至少一个开口(68)。
19.根据前述权利要求中任一项所述的旋转系统(10)，其特征在于，所述轴承组件(51)的第二区域(53)呈套筒状，保持所述套筒(53)的第一延伸部(73)沿径向向内方向一体地形成在所述套筒(53)的第一轴向端部上，并且形成所述第三区域(54)的且由所述壳体(11)保持或集成在壳体(11)之上或之中的第二延伸部(81)沿径向向外方向一体地形成在所述套筒(53)的第二轴向端部上，该第二轴向端部与第一轴向端部是相对的。
CN201780083765.8A 2016-11-22 2017-11-20 具有径向气体轴承的旋转系统 Active CN110382888B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16200022.8 2016-11-22
EP16200022.8A EP3324062A1 (de) 2016-11-22 2016-11-22 Rotationssystem mit radialer gaslagerung
PCT/EP2017/079721 WO2018095841A1 (de) 2016-11-22 2017-11-20 Rotationssystem mit radialer gaslagerung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110382888A true CN110382888A (zh) 2019-10-25
CN110382888B CN110382888B (zh) 2021-05-28

Family

ID=57394386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780083765.8A Active CN110382888B (zh) 2016-11-22 2017-11-20 具有径向气体轴承的旋转系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10767693B2 (zh)
EP (2) EP3324062A1 (zh)
CN (1) CN110382888B (zh)
WO (1) WO2018095841A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111720443A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 西安工业大学 一种非均匀弹性承载结构的复合可变节流静压气体轴承
CN114294330A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 哈尔滨工业大学 一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019217696A1 (de) * 2019-11-18 2021-05-20 Robert Bosch Gmbh Kippsegmentlager
US11879683B2 (en) * 2020-04-07 2024-01-23 Kla Corporation Self-aligning vacuum feed-through for liquid nitrogen
DE102022117674A1 (de) 2022-07-14 2024-01-25 3W Turbo Gmbh Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine
DE202022103980U1 (de) 2022-07-14 2023-10-23 3W Turbo Gmbh Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3395949A (en) * 1964-07-16 1968-08-06 Union Carbide Corp Gas-bearing assembly
US4099799A (en) * 1977-04-28 1978-07-11 Nasa Cantilever mounted resilient pad gas bearing
CN1038145A (zh) * 1987-05-29 1989-12-20 罗素·D·艾迪 有在梁臂上的瓦块的轴承及其制造方法
EP0558850A2 (en) * 1992-03-05 1993-09-08 Russell D. Ide Self positioning beam mounted bearing and bearing and shaft assembly including the same
CN1026816C (zh) * 1990-04-30 1994-11-30 罗素·D·艾迪 具有安装支承表面的连续梁的流体动力轴承
JPH0842570A (ja) * 1994-07-29 1996-02-13 Nippon Seiko Kk 静圧気体軸受
CN1382897A (zh) * 2001-04-24 2002-12-04 通用汽车公司 带球轴承的高推力涡轮增压器转子
CN101737336A (zh) * 2008-11-14 2010-06-16 阿特拉斯·科普柯能源有限公司 多级的径向涡轮压缩机
WO2014120302A2 (en) * 2012-10-26 2014-08-07 Lawrence Livermore National Security, Llc Gas bearing compensating for radiation-induced and thermal expansion
CN105593542A (zh) * 2013-10-11 2016-05-18 通用电气公司 气密性密封式减振器组件和其组装方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1192354A (en) * 1966-06-14 1970-05-20 Nat Res Dev Gas-lubricated Shaft and Bearing Assembly
GB1509709A (en) * 1974-10-08 1978-05-04 Agfa Gevaert Fluid bearing assembly
GB1520876A (en) * 1974-08-20 1978-08-09 Rolls Royce Surface coating for machine elements having rubbing surfaces
US5137373A (en) * 1987-05-29 1992-08-11 Ide Russell D Bearings having beam mounted bearing pads and methods of making same
CH658499A5 (en) 1982-05-26 1986-11-14 Bbc Brown Boveri & Cie Resilient supporting device for shaft bearings of high-speed rotors, in particular those of turbo machines
IT8353070V0 (it) 1983-03-17 1983-03-17 Riv Officine Di Villar Perosa Gruppo trasmissione per un veicolo con motore trasversale e semiassi di uguale lunghezza con albero intermedio provvisto di supporto elastico
GB201120593D0 (en) * 2011-11-29 2012-01-11 Gsi Group Ltd Gas bearing spindles and gas bearing assemblies for gas bearing spindles
US9926975B2 (en) * 2016-03-22 2018-03-27 United Technologies Corporation Centering spring and damper assembly
US9746029B1 (en) * 2016-04-18 2017-08-29 General Electric Company Bearing
EP3249786A1 (en) 2016-05-25 2017-11-29 Celeroton AG Electrical machine and rotor for an electrical machine

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3395949A (en) * 1964-07-16 1968-08-06 Union Carbide Corp Gas-bearing assembly
US4099799A (en) * 1977-04-28 1978-07-11 Nasa Cantilever mounted resilient pad gas bearing
CN1038145A (zh) * 1987-05-29 1989-12-20 罗素·D·艾迪 有在梁臂上的瓦块的轴承及其制造方法
CN1026816C (zh) * 1990-04-30 1994-11-30 罗素·D·艾迪 具有安装支承表面的连续梁的流体动力轴承
EP0558850A2 (en) * 1992-03-05 1993-09-08 Russell D. Ide Self positioning beam mounted bearing and bearing and shaft assembly including the same
JPH0842570A (ja) * 1994-07-29 1996-02-13 Nippon Seiko Kk 静圧気体軸受
CN1382897A (zh) * 2001-04-24 2002-12-04 通用汽车公司 带球轴承的高推力涡轮增压器转子
CN101737336A (zh) * 2008-11-14 2010-06-16 阿特拉斯·科普柯能源有限公司 多级的径向涡轮压缩机
WO2014120302A2 (en) * 2012-10-26 2014-08-07 Lawrence Livermore National Security, Llc Gas bearing compensating for radiation-induced and thermal expansion
CN105593542A (zh) * 2013-10-11 2016-05-18 通用电气公司 气密性密封式减振器组件和其组装方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111720443A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 西安工业大学 一种非均匀弹性承载结构的复合可变节流静压气体轴承
CN114294330A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 哈尔滨工业大学 一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置
CN114294330B (zh) * 2021-12-30 2022-09-23 哈尔滨工业大学 一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018095841A1 (de) 2018-05-31
EP3545205B1 (de) 2022-03-30
CN110382888B (zh) 2021-05-28
US10767693B2 (en) 2020-09-08
EP3545205A1 (de) 2019-10-02
US20200063795A1 (en) 2020-02-27
EP3324062A1 (de) 2018-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110382888A (zh) 具有径向气体轴承的旋转系统
US20080056633A1 (en) Resilient mount of uniform stiffness
US6155720A (en) Journal bearing
KR101970400B1 (ko) 공기 베어링 및 회전체 시스템
JP5187593B2 (ja) 真空ポンプ
US4046430A (en) Damped intershaft bearing and stabilizer
EP2706245A1 (en) Radial gas foil bearing
JP4874491B2 (ja) 軸受
US7658545B2 (en) Compliant foil-fluid bearing support arrangement
KR20150074036A (ko) 유연성 댐퍼를 구비한 유체막 유체 동압적 플랙셔 피벗 틸팅 패드 반부동식 링 저널 베어링
US20060013693A1 (en) Outer diameter nut piloting for improved rotor balance
JP2008504484A (ja) 多厚フィルム層軸受カートリッジ及びハウジング
WO2006098806A1 (en) Compact resilient anisotropic support for bearing
JPH0434004B2 (zh)
US4838711A (en) Bearing for an exhaust-gas turbocharger
WO2015157053A1 (en) Multi-piece journal bearing
AU2022235620B2 (en) Damper bearing and damper
JP2007170534A (ja) 気体軸受スピンドル
JP2002213450A (ja) 浮動ブッシュ軸受、およびそれを具備したターボチャージャ
US7589447B2 (en) High speed aerospace generator resilient mount
USRE30210E (en) Damped intershaft bearing and stabilizer
EP2455629A1 (en) Radial gas foil bearing
JP2008523304A (ja) 回転流通装置用ホイール
CN216554936U (zh) 一体式悬臂箔片、动压气浮径向轴承
CN114087278A (zh) 一体式悬臂箔片、动压气浮径向轴承

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant