CN111771067B - 用于倾斜轴瓦推力轴承组件的轴瓦以及推力轴承组件 - Google Patents

Abstract

提出一种用于支撑旋转机器（100）的轴（110）的倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦，所述轴瓦包括顶部表面（2）、沿径向方向（X）延伸的前缘（5）和后缘（6），其中所述轴瓦（1）包括布置在所述顶部表面（2）处的流体通道（20），所述流体通道（20）终止在所述顶部表面（2）中，所述流体通道（20）在所述轴瓦（1）的所述前缘（5）与所述轴瓦（1）的所述顶部表面（2）之间形成流体连通。此外，提出一种倾斜轴瓦推力轴承组件。

Description

用于倾斜轴瓦推力轴承组件的轴瓦以及推力轴承组件

技术领域

本发明涉及一种用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦。本发明进一步涉及一种包括此轴瓦的倾斜轴瓦推力轴承布置，并且涉及一种包括此推力轴承的离心泵。离心泵可以例如被构造为径向泵或构造为轴向泵或构造为螺旋轴向泵。

背景技术

倾斜轴瓦推力轴承布置通常用于旋转机械中，例如具有沿竖直、水平或其它方向取向的轴的马达、泵、压缩机、涡轮机、发动机、齿轮箱、驱动轴、传动轴等等。推力轴承被设计成支撑作用在旋转轴上的轴向力，并且相对于机器的固定部分使旋转部件维持在正确的轴向位置中。轴向方向由轴的轴线限定。

特别地，本发明涉及一种用于海底应用的轴瓦和倾斜轴瓦推力轴承，例如海底泵的推力轴承、特别是螺旋轴向泵。鉴于对油气田的有效开发，现今对可以直接安装在海底上、特别是在水面之下下至100 m、下至500 m或者甚至下至多于1,000 m的深度的泵的需求日益增加。不用说，此类泵及其部件的设计具有挑战性，特别是因为这些泵应该以尽可能少的维护和保养工作在困难的海底环境中操作一段长的时间。这需要特定测量以最小化所涉及设备的数量，并且优化泵及其部件的可靠性。特别地，海底泵必须被构造成经受海水的环境静水压力。例如，在水面下500 m，海水的静水压力已经约为50bar，这意味着泵壳体内部的最小压力必须至少稍微大于50bar。因此，泵的轴承和其它部件也必须被构造成用于在此类压力下操作。

典型的倾斜轴瓦推力轴承（TPTB）布置通常包括通常为平坦、圆形或环形面的轴环或滑道，其垂直于轴的轴线延伸并且按抗扭方式固定到轴的轴线以便与轴一起旋转。通常存在推力轴承的处理任一方向的负载和移动的两侧。

倾斜轴瓦推力轴承组件包括多个单独的轴瓦，所述轴瓦布置在轴环周围，使得每一轴瓦可以承载总推力负载的一部分（或全部）。通常针对两个轴向方向提供若干组轴瓦。一般设计原理规定，呈环形分组形式的多个轴承轴瓦围绕轴布置在通常金属支撑的主体上以便与轴环配合。推力轴承组件或其轴承壳体通常充满循环流体作为润滑剂。轴瓦自身根据用途由金属、塑料等等组成，并且具有梯形平行六面体的一般形状，其上支撑轴承轴瓦的倾斜或枢转元件位于其面向支撑主体的侧面上。

当轴环开始旋转时，流体的剪切发生在轴环与轴瓦之间，并且轴环在轴瓦上滑动。作为推力轴承布置的操作中的必要部件的楔形或阶梯式流体动力润滑膜的形成导致每一轴瓦的倾斜，因为轴瓦支撑在倾斜元件上。开始阶段和停止阶段是倾斜轴瓦推力轴承例如在泵中的特别关键的操作范围，因为在这方面，非常高的轴向力部分地起作用。在这些阶段中，流体动力润滑膜尚未完全形成，使得轴环和轴承轴瓦可以直接彼此接触，而基本上不发生流体动力润滑和磨损。

轴瓦通常相对于支撑主体松散且离散地安装以避免未对准，并且使轴承轴瓦的倾斜（其受到流体动力润滑膜的形成的影响）与旋转轴相匹配。在这方面，松散安装在原则上受到限制，因为当轴并不旋转时，轴瓦必须保持在所述布置内，即例如因为轴承轴瓦通过柔性网彼此连接或者借助于紧固装置在支撑主体处紧固在沟槽中。

如已经描述的，推力轴承通常由多个轴瓦组成，所述轴瓦按圆形方式布置在轴周围。所有轴瓦的操作类似，因此仅详细考虑一个轴瓦。

图1示出轴瓦1'的平面视图（上部部分）以及轴瓦1'的横截面视图（下部部分）。图1示出如本领域中已知的轴瓦1'。轴瓦1'包括顶部表面2'，顶部表面2'面向轴环9'（图2）并且在操作期间通过流体膜与轴环9'分开。图1示出顶部表面2'上的平面视图。顶部表面2'也称为活动表面。在图1中，中心线C'表示沿径向方向延伸的顶部表面2'的中线。轴瓦1'的“背面”（也称为底部面3'）具有枢转元件4'（例如枢转杆或枢转点或其它布置），使得其围绕线或点自由倾斜，并且将负载转移到支撑壳体中。轴瓦1'布置在静止支撑主体10'上，使得枢转元件4'由支撑主体10'支撑。枢转元件4'的位置由图1中的支撑线S'指示。轴瓦1'的顶部表面2'标称上平坦，或者具有被设计成适合轴承的操作参数的轻微凸曲率（凸形），所述操作参数包括速度、负载、润滑剂粘度、温度等等。

轴瓦1'包括前缘5'、后缘6'、外缘7'和内缘8'。前缘5'和后缘6'由图1中的箭头R'指示的轴环的旋转限定。轴环从轴瓦的前缘5'旋转到后缘6'。外缘7'是轴瓦1'的径向外缘，并且内缘8'是轴瓦1'的径向内缘。图1涉及逆时针方向旋转R'。当然，旋转R'还可以沿相反方向，即，顺时针方向。在此情况下，轴瓦几何形状将是围绕中心线C'的图1的镜像。

TPTB的操作机制被很好地建立，并且最初由A.G.M. Michell在1905年基于Osbourne Reynolds（1886）的流体动力润滑理论提出。从那以后，所述原理已经应用于无数机器轴承。

轴瓦1'与轴环之间的流体膜非常薄，根据准确操作条件，量级为仅数十至数百微米。为了在没有破坏极薄流体膜的风险的情况下产生最高的轴承压力，需要几乎平坦的表面。

倾斜轴瓦推力轴承在负载下操作，并且被自激活以使轴瓦向前倾斜成会聚膜轮廓，会聚膜轮廓产生流体动力压力，因此形成力以分开移动表面（即，顶部表面2'）与轴环的表面。“向前倾斜”意味着（图2）使后缘6'更靠近于轴环9'的表面并且远离轴环9'的表面移动前缘5'的倾斜。这示意性地示出在图2中。图2示出在操作期间处于向前倾斜位置的轴瓦1'。流体（例如润滑剂）被夹带到前缘5'与轴环9'之间的会聚间隙中，如由图2中的箭头F'所指示。

推力轴承通常成对操作，从而处理轴上沿每一方向的负载。整个轴承组件在轴环9'与轴瓦1'之间设置有轴向空隙空间以允许扩张，同时确保在任何时候仅加载一半轴承。因此，通常将存在其轴瓦在极小外部施加的负载或没有外部施加的负载的情况下操作的一组轴承；如果单独的轴瓦即使在其在轴承组件的“加载”侧中时也具有比其它轴瓦更短的轴瓦高度H'（图1），则所述单独的轴瓦还可以未加载。

虽然使用倾斜轴瓦推力轴承组件已经有一百多年，但是直到今天仍然存在尚未解决的问题。特别地，当在高压下（例如以50bar或者甚至更多的轴承壳体中润滑剂的压力）使用倾斜轴瓦推力轴承时，已经观察到过度磨损、特别是在轴瓦的前缘处。原因尚未完全理解。特别是考虑到海底应用需要尽可能少的维护和保养工作，此过度磨损是有害的。

从该现有技术出发，本发明的目的是提出一种避免此过度磨损的用于倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦和倾斜轴瓦推力轴承组件。轴瓦和轴承组件应该特别适于海底应用。此外，本发明的目的是提出一种包括此倾斜轴瓦推力轴承组件的离心泵。

满足此目的的本发明的主题的特征在于根据本发明的用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦、用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承组件、离心泵。

发明内容

因此，根据本发明，提出一种用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦，所述轴瓦包括顶部表面、沿径向方向延伸的前缘和后缘，其中所述轴瓦包括布置在顶部表面处的流体通道，所述流体通道终止在顶部表面中，所述流体通道在轴瓦的前缘与轴瓦的顶部表面之间形成流体连通。

“径向方向”是指当轴瓦布置在用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承组件中时的操作状态。轴在操作期间围绕其旋转的轴的纵向轴线限定轴向方向。垂直于轴向方向的方向称为径向方向。因此，在操作期间，轴瓦的前缘沿径向方向延伸。

本发明基于的重要发现是，在根据现有技术的倾斜轴瓦推力轴承中，前缘处的过度磨损是由轴瓦的反向倾斜引起的。“反向倾斜”意味着与向前倾斜相比，未加载或仅微弱加载的轴瓦正好沿相反方向倾斜，即，反向倾斜意味着使前缘5'更靠近于轴环9'的表面并且远离轴环9'的表面移动后缘6'的倾斜。这按与图2中针对向前倾斜类似的方式示意性地示出在图3中。图3示出在操作期间处于反向倾斜位置中的轴瓦1'。轴瓦1'的前缘5'与轴环9'物理接触，并且将流体的入口密封到轴瓦1'与轴环9'之间的空间中。流体（例如润滑剂）从轴瓦1'与轴环9'之间的间隙中抽出，如由图3中的箭头D'所指示。

因此，反向倾斜是与针对正确操作轴瓦应该倾斜的方向相反的方向上的倾斜。通过此反向倾斜，迫使前缘与轴环接触，因此提供流体密封，这避免了在轴瓦与轴环之间产生完整的流体膜。

根据本发明，流体通道在轴瓦的前缘与轴瓦的顶部表面之间形成流体连通。因此，即使前缘的若干部分与轴环物理接触，流体（例如润滑剂）也可以流过流体通道从而到达轴瓦的顶部表面。

作用在未加载的轴瓦上的力的平衡决定了轴瓦将倾斜的方向。根据轴上推力的方向以及机器轴线的取向（竖直/水平），在轴环的任一侧上可能存在未加载的轴瓦。无论情况如何，任何未加载的轴瓦都将趋于与正常倾斜方向相反地“反向倾斜”，因此使轴瓦前缘与旋转轴环紧密滑动接触。与加载的轴承轴瓦上的摩擦力相比，这产生的此摩擦阻力通常较低且微不足道。

已经采取反向枢转姿态的未加载的轴承轴瓦的情况意味着轴瓦沿与正常有效操作反向的方向倾斜，并且因此所有正常功能也反向。描述正常正压膜产生的先前提及的流体动力润滑理论也在理论上预测，当存在反向轴瓦倾斜时，将产生负压，因为流体在分流接触中扩张。然而，实际上，流体无法承受负压，或支撑流体膜中的显著拉伸应力。如果环绕轴瓦的流体（例如润滑剂）标称上处于大气压力，则可以跨越轴瓦产生仅约1bar最大值的负压差，并且因此，未加载的轴瓦将始终能够容易地抵靠轴环滑动，并且以正常润滑度操作。

现在代替地考虑在由轴承壳体内部的加压流体（例如处于70bar）环绕的推力轴承中操作的未加载的轴承轴瓦的情况，可以注意到，由反向倾斜的轴瓦产生的负压差增加，并且因此趋于将轴瓦“吸”成与轴环接触的负载将与轴承壳体绝对压力成比例地增加。实际上，已经观察到，此机制可能导致未加载的轴瓦遭受严重的过早磨损，从而导致带有高度加压轴承壳体的机器中的轴承故障。仅作为示例：在海底应用中，轴承壳体可以被加压到高达200bar或者甚至更多的压力。

现在，本发明提供用于倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦和倾斜轴瓦推力轴承的解决方案，其避免由轴瓦的反向倾斜导致的不利影响、特别是过度磨损。

提出设置至轴瓦的顶部表面（活动表面）的流体进入口。根据优选实施例，入口穴设置在轴瓦的前缘处，所述入口穴形成从前缘延伸到轴瓦的顶部表面的流动通道。

优选地，流体进入口被设计为位于轴瓦的前缘处的面槽。在轴向方向（轴的旋转轴线的方向）上测量的面槽的深度在前缘处最大并且朝向轴瓦的顶部表面的中心线减小，使得所述槽被设计为渐缩槽。关于径向方向，优选地，所述槽并不在前缘的整个长度上延伸，而是在槽的每一侧（相对于径向方向）上提供“角状物”或凸台（land），每一角状物或凸台与轴瓦的顶部表面齐平。因此，在前缘处，流体通道在顶部表面中构成切口，其中所述切口布置在两个凸台之间。因此，即使发生轴瓦的反向倾斜，所述角状物中的一者也可以与轴环接触，但是所述槽保持开放，使得流体可以进入轴瓦的顶部表面与轴环之间。优选地，所述槽在前缘的80%上延伸，并且每一角状物或凸台在前缘的大约10%上延伸。优选地，两个凸台相对于槽对称地布置。槽的底部可以是平坦的，或者可以是弯曲的。

轴瓦的前缘处的某种流体进入口“阶梯”或渐缩部将帮助流体进入，但是如果轴瓦倾斜通过较大角度，则正好跨越整个前缘存在的特征（如全渐缩部）可能仍阻塞。应注意，未加载的轴瓦可以反向倾斜的程度取决于其具有的轴向空隙的量。这可能高达0.5mm或更多，因此入口特征将需要非常深。因此，提出优选更好的解决方案将是形成并不覆盖轴瓦的整个宽度的入口穴（槽）。以此方式，如果轴瓦反向倾斜，则轴瓦的前部前缘将接触旋转轴环，并且将留下进入槽以使流体流入。

根据不同设计，可能的是：

- 流体通道在轴瓦的外部与轴瓦的顶部表面之间形成流体连通，

- 流体通道被设计成朝向顶部表面的中心线渐缩，

- 流体通道从轴瓦的底部面延伸到轴瓦的顶部表面，

- 流体通道设置在轴瓦的顶部表面中，并且流体通道从轴瓦的内缘延伸到轴瓦的外缘，

-所述轴瓦包括多个流体通道。

本发明在轴承轴瓦的面上包括几何特征，其防止特别是在加压轴承壳体中由反向倾斜引起的高磨损机制。

根据本发明的一方面，本发明通过防止流体密封在轴瓦的前缘处形成来工作。

本发明的实施例可以包括一种或几种替代几何形式，即使当轴瓦处于不利的反向倾斜的情况下时，其也允许流体容易地进入轴瓦接触，并且因此防止形成负压梯度，并且因此最小化轴瓦上的负载和磨损。

在较大轴向空隙空间和/或较平坦轴瓦（低凸性）的情况下，反向倾斜的轴瓦与轴环之间的接触点将朝向前缘的最顶点移动，并且将形成牢固线密封。即使在此情况下，根据本发明的泄压槽机构仍用于允许流体泄漏到轴瓦顶部表面上，并且因此防止形成强负压梯度。

本发明可以通过许多替代几何特征来实现。

本发明的实施例将用于稳定和减少“轴瓦颤振”，“轴瓦颤振”是可能出现在未加载的倾斜推力轴瓦上的动态不稳定状况。

当然，本发明还可以应用于更常见的环境压力推力轴承，其中其将减少未加载的轴承轴瓦上的摩擦阻力，并且还将降低未加载的轴瓦颤振的趋势。

根据优选实施例，流体通道被设计为轴瓦的顶部表面中的面槽，其中面槽的深度在前缘处最大，并且朝向顶部表面的中心线减小。

优选地，轴瓦的前缘处在径向方向上测量的流体通道的宽度小于前缘在径向方向上的长度，即，流体通道并不沿着整个前缘延伸。

根据优选实施例，前缘处在径向方向上测量的流体通道的宽度为前缘在径向方向上的长度的至少50%、并且至多90 %、优选地约80%。

优选措施是，前缘包括相对于径向方向在前缘处界定流体通道的至少一个凸台，其中所述凸台与顶部表面齐平。

根据特别优选的实施例，前缘包括径向内凸台和径向外凸台，其中流体通道布置在径向内凸台与径向外凸台之间并且由其界定，并且其中每一凸台与顶部表面齐平。

另外，优选地，径向内凸台布置在前缘的径向内端处，并且径向外凸台布置在前缘的径向外端处。

根据另一个实施例，轴瓦包括多个流体通道，其中每一流体通道在轴瓦的前缘与轴瓦的顶部表面之间形成流体连通，其中每一流体通道被设计为轴瓦的顶部表面中的面槽，并且其中相邻流体通道在前缘处由凸台分开。

优选措施是，每一流体通道在前缘处具有最大深度。每一通道可以被构造成在顶部表面中具有弯曲底部侧，或者具有平坦（即，非弯曲的）底部侧。

关于流体通道的延伸，有利设计是每一流体通道具有轴瓦的周向长度的至多50%、优选地至多25%、并且甚至更优选约10%的在顶部表面中并且垂直于前缘测量的长度。周向长度是轴瓦在周向方向上的延伸，其被测量为中间径向位置（即，在轴瓦的径向外缘与轴瓦的径向内缘之间的中间）处的弦长。

另外，根据本发明，提出一种用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承组件，其包括用于接收润滑剂的轴承壳体、支撑主体以及布置在支撑主体处的多个轴瓦，其中每一轴瓦根据本发明构造。

优选地，倾斜轴瓦推力轴承组件被构造成用于轴承壳体中至少50bar的内部压力。

此外，根据本发明，提出一种离心泵，其具有泵壳体、用于作用在工艺流体上的至少一个叶轮、与叶轮固定连接用于使叶轮旋转的轴以及用于相对于轴向方向支撑轴的轴向轴承，其中所述轴向轴承包括根据本发明的倾斜轴瓦推力轴承组件。

根据优选实施例，离心泵被构造为带有多个叶轮的多级泵。特别地，离心泵可以被设计为螺旋轴向泵。

根据优选实施例，离心泵被构造成用于安装在海底上。

根据优选实施方案，本发明的其它有利措施和实施例将变得显而易见。

附图说明

在下文中将参考附图更详细地解释本发明。其按示意性表示示出：

图1是根据现有技术的用于倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦的平面视图和横截面视图，

图2是向前倾斜的示意性表示，

图3是反向倾斜的示意性表示，

图4是根据本发明的用于倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦的第一实施例的平面视图，

图5是沿着图4中的切割线V-V的放大横截面视图，

图6是第一实施例的侧视图，

图7是按与图5中类似表示的流体通道的构造的变型，

图8-10 像图4一样，但是针对根据本发明的轴瓦的其它实施例，以及

图11是根据本发明的倾斜轴瓦推力轴承组件的实施例的横截面视图。

具体实施方式

图1示出用于根据现有技术的倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦1'的平面视图（上部部分）和横截面视图（下部部分）。图2和图3示出轴瓦1'在倾斜轴瓦推力轴承中的向前倾斜和反向倾斜的示意性图解。由于在上文中在现有技术的描述中已经解释了图1–图3，因此无需进一步解释。为了区分现有技术布置与根据本发明的实施例，代表现有技术的轴瓦1'的部件在图1–图3中用在相应附图标记后面带有撇号（单引号）的附图标记表示。

图4示出根据本发明的用于倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦的第一实施例的平面视图。轴瓦以其整体用附图标记1表示。为了更好地理解，图5示出沿着图4中的切割线V-V的放大横截面视图，并且图6示出轴瓦1的第一实施例的侧视图。

轴瓦1包括顶部表面2。当轴瓦1安装在倾斜轴瓦推力轴承组件中时（图11），顶部表面2面向轴环9，轴环9如本领域中已知按抗扭方式固定到旋转机器的可旋转轴110。图4示出顶部表面2上的平面视图。顶部表面2也称为活动表面，因为顶部表面2在操作期间与轴环9相互作用。轴瓦1包括前缘5、后缘6、外缘7和内缘8。前缘5和后缘6由图4中的箭头R指示的轴环9的旋转限定。轴环9从轴瓦1的前缘5旋转到后缘6。

图4涉及逆时针方向旋转R。当然，旋转R也可以沿相反方向，即，顺时针方向。在此情况下，轴瓦几何形状将是围绕顶部表面2的中心线C的图4的镜像。

前缘5沿径向方向X延伸。术语“径向方向”是指当轴瓦1布置在用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承组件中时的操作状态。轴在操作期间围绕其旋转的轴的纵向轴线限定轴向方向A。垂直于轴向方向的方向称为径向方向。因此，在操作期间，轴瓦的前缘5沿径向方向X延伸。垂直于轴向方向A和径向方向X的方向称为周向方向。因此，从前缘5到后缘6的移动是周向方向上的移动。

前缘5从径向内端51延伸到径向外端52。外缘7是轴瓦1的径向外缘，并且内缘8是轴瓦1的径向内缘。因此，前缘5的径向内端51使前缘5与轴瓦1的内缘8连接，并且前缘5的径向外端52使前缘5与轴瓦1的外缘7连接。

顶部表面2具有沿径向方向X延伸的中心线C。中心线C表示顶部表面2的中线。轴瓦1进一步包括与顶部表面2相对的底部面3。底部面3也称为轴瓦1的“背面”。枢转元件4（例如枢转杆或枢转点或其它布置）布置在底部面3处，使得轴瓦可以围绕线或点自由倾斜，并且将负载转移到静止支撑结构中。如图6中所示（还参见图11），轴瓦1布置在静止支撑主体10上，使得枢转元件4根据本领域中已知的任何方式由支撑主体10支撑。枢转元件4的位置由图4中的支撑线S指示，支撑线S沿径向方向延伸。枢转元件4被布置成使得支撑线S比起前缘5更靠近于后缘6。因此，支撑线S与中心线C并不一致。支撑线S与中心线C之间的距离称为偏移。所述偏移可以借助于支撑线S与中心线C之间的角度距离测量。

根据其它实施例，所述偏移也可以为零，即，支撑线S与中心线C一致。此设计也称为中心枢转轴瓦1。中心枢转轴瓦在操作上是双向的，即，其可以在两个方向上倾斜。此中心枢转轴瓦可以用于双向轴承中。

轴瓦1具有高度H，高度H是底部面3中枢转元件4的径向内端与轴瓦1的顶部表面2之间的距离。参照安装状态，高度H是轴瓦1沿轴向方向A的延伸。

轴瓦1在周向方向上具有周向长度E。周向长度E是轴瓦的中间径向位置处的弦长。即，在其之间的中间测量的前缘5与后缘6之间的距离是内缘8与外缘7之间的距离。

轴瓦1的顶部表面2标称上平坦，但是如图6中所示可以被构造成具有被设计成适合轴瓦1设计用于的推力轴承的操作参数的凸形，即，具有轻微凸曲率。所述操作参数包括速度、负载、润滑剂粘度、温度等等。通常，凸形Z至多30微米、优选地至多20微米，但是凸形也可以为零，即，顶部表面2标称上平坦。

根据其它实施例，顶部表面还可以被构造为阶梯状面，即，具有Rayleigh阶梯。

根据本发明，流体通道20布置在顶部表面2处，其中流体通道在轴瓦1的前缘5与轴瓦1的顶部表面2之间构成流体连通。

在第一优选实施例中，流体通道20被设计为轴瓦1的顶部表面中的面槽，其中面槽20（图5）的深度T在前缘5处最大，并且朝向顶部表面2的中心线C减小。

为了更好地理解，被设计为轴瓦1的顶部表面2中的面槽的流体通道20在图4中用阴影线示出，尽管图4示出流体通道上的平面视图。所述阴影线仅用于更好理解的目的。

优选地，流体通道20具有在前缘5处在径向方向X上测量的宽度W，其小于前缘5在径向方向X上的长度LL。前缘5的长度LL是前缘5的径向内端51与径向外端52之间的距离。

优选地，前缘5处流体通道20的宽度W为前缘5的长度LL的至少50%、并且至多90%。在特别优选的构造中，流体通道20的宽度W为前缘5的长度LL的大约80%。

前缘5的未被流体通道20覆盖的其余部分形成相对于径向方向在前缘5处界定流体通道20的至少一个凸台53或54。凸台53或54与顶部表面2齐平，使得凸台53、54相对于轴向方向并不突出超过顶部表面2。

优选地，并且如图4中最佳可见，前缘5包括径向内凸台53和径向外凸台54，并且流体通道20布置在凸台53与54之间。因此，流体通道由径向内凸台53和径向外凸台54相对于径向方向界定。两个凸台53、54都与顶部表面2齐平。

如图4中最佳可见，径向内凸台53布置在前缘5的径向内缘51处，使得径向内凸台53形成径向内端51，并且径向外凸台布置在前缘5的径向外端52处，使得径向外凸台54形成前缘5的径向外端52。

优选地，径向内凸台53和径向外凸台54在径向方向上具有相同的延伸部，以相对于径向方向提供对称前缘5。因此，如果前缘5处流体通道20的宽度W为前缘5在径向方向上的长度LL的80%，则凸台53和54中的每一者在径向方向上具有等于前缘5的长度LL的10%的延伸部。

流体通道20在周向方向上（即，垂直于前缘5）的延伸表示为流体通道20的长度L。长度L是流体通道从前缘5朝向轴瓦1的中心线C的延伸。优选地，流体通道20的长度L至多为轴瓦1的周向长度E的50%。甚至更优选地，流体通道的长度L至多为轴瓦1的周向长度E的25%或甚至至多约10%。

作为示例，轴瓦1的周向长度E可以为50 mm，流体通道20的长度L为5 mm，即，周向长度E的10%。流体通道20的宽度W为前缘5的长度LL的80 %，并且每一凸台53、54在径向方向上具有延伸部，所述延伸部在每一情况下为前缘5的长度LL的10%。通常，流体通道的深度T可以为50微米至100微米。

轴瓦1的这些尺寸当然是示例性的。根据本发明的轴瓦1可以构造得更小、更大或甚至比此示例中大得多。

如图5中最佳可见，当在径向方向上观察时，流体通道20具有基本上三角形的横截面。流体通道20布置在轴瓦1的顶部表面2中，并且由形成流体通道20的侧壁的径向内凸台53和径向外凸台54并且由底部21界定。流体通道20的深度T在前缘5处最大，并且然后朝向中心线C线性减小，直到流体通道20的底部21与顶部表面2合并。

图7按与图5类似的表示示出流体通道20的构造的变型。根据此变型，通道20的底部21是弯曲的。

图8至图10按与图4类似的表示示出根据本发明的轴瓦1的其它实施例。

在用于倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦1的其它实施例的以下描述中，仅更详细地解释与第一实施例的差别。关于第一实施例和变型（图7）的解释对于其它实施例也以相同方式或以类似方式有效。相同附图标记表示已经参考第一实施例解释的相同特征或功能等效的特征。

如在图4中，在图8-10中的每一者中，为了更好地理解，被设计为轴瓦1的顶部表面2中的面槽的流体通道20用阴影线示出，尽管图8-10中的每一者分别示出流体通道20或顶部表面2上的平面视图。所述阴影线仅用于更好地理解的目的。

图8示出轴瓦1的实施例，其中流体通道20设置在前缘5的径向外端52处。在此实施例中，仅存在一个凸台53，即径向内凸台53。流体通道20形成前缘5的径向外端52。

图9示出包括多个流体通道20的实施例，其中每一流体通道20在轴瓦1的前缘5与顶部表面2之间形成流体连通。每一流体通道20被设计为轴瓦1的顶部表面2中的面槽20。所有流体通道20都布置在径向内凸台53与径向外凸台54之间。设置额外的内凸台55，使得相邻流体通道20在每一情况下由内凸台55中的一者分开。径向内凸台53布置在前缘5的径向内缘51处，使得径向内凸台53形成径向内端51，并且径向外凸台布置在前缘5的径向外端52处，使得径向外凸台54形成前缘5的径向外端52。图9以示例方式示出具有三个单独的流体通道20的设计。当然，在其它实施例中，轴瓦1可以包括多于或少于三个流动通道20。

图10示出也包括多个流体通道20的实施例，其中每一流体通道20在轴瓦1的前缘5与顶部表面2之间形成流体连通。每一流体通道20被设计为轴瓦1的顶部表面2中的面槽20。不同于图9中所示的实施例，图10中所示的实施例并不包括径向内凸台53和径向外凸台54，而是仅内凸台55。流体通道20中的一者设置在前缘5的径向外端54处，所述流体通道形成前缘5的径向外端52。另外，流体通道20中的一者设置在前缘5的径向内端53处，所述流体通道20形成前缘5的径向内端51。相邻流体通道20在每一情况下由内凸台55中的一者分开。

图10以示例方式示出带有四个单独的流体通道20和三个内凸台55的设计。当然，在其它实施例中，轴瓦1可以包括多于或少于四个流动通道20。

图11示出根据本发明并且布置在旋转机器100中的倾斜轴瓦推力轴承组件的实施例的横截面视图。倾斜轴瓦推力轴承组件以其整体用附图标记30表示。倾斜轴瓦推力轴承组件30支撑旋转机器100的轴110，旋转机器100在图11中仅示意性地示出。

旋转机器100例如为泵100、特别是离心泵100。特别地，离心泵可以被构造为螺旋轴向泵。在本申请内，术语“离心泵”用于具有至少一个旋转叶轮的所有泵。因此，在本申请的含义内，术语离心泵特别包括构造有径向或轴向或螺旋轴向叶轮的泵。

泵100包括泵壳体120，泵壳体120具有用于接收工艺流体的入口140以及用于排放工艺流体的出口150。至少一个叶轮130设置在泵壳体120内用于作用在工艺流体上，并且用于将工艺流体从入口140输运到出口150。泵100可以被设计为带有多个叶轮130的多级泵。每一叶轮130按抗扭方式固定到轴110。轴110可围绕轴向方向A旋转，以用于驱动每一叶轮130的旋转。轴110在操作期间围绕其旋转的轴110的纵向轴线限定轴向方向A。垂直于轴向方向A的方向称为径向方向。

泵100还具有轴向轴承，所述轴向轴承包括用于相对于轴向方向A支撑轴110的倾斜轴瓦推力轴承组件30。轴承组件30被构造成承受根据图11中的表示向上指向的轴向负载，并且承受根据图11中的表示向下指向的轴向负载。轴向负载由图11中的箭头LU和LD表示。

倾斜轴瓦推力轴承组件包括用于接收润滑剂的轴承壳体31、支撑主体10以及布置在支撑主体10处以由支撑主体10支撑的多个轴瓦1。每一轴瓦1根据本发明来设计。

轴110设置有轴环9，轴环9按抗扭方式固定地连接到轴110。支撑主体10包括内侧支撑环101和外侧支撑环102，内侧支撑环101和外侧支撑环102两者都安装成使得其相对于轴承壳体31静止，并且每一支撑环101、102同轴环绕轴110。内侧支撑环101相对于轴向方向A与外侧支撑环102间隔开。轴环9布置在支撑环101、102之间。

相应的多个轴瓦1按环状图案布置在支撑环101、102中的每一者上，使得相应的多个轴瓦1在每一情况下环绕轴110。作为示例，八个轴瓦1可以按环形布置围绕轴110布置在每一支撑环101和102上。

每一轴瓦1被布置成使得相应轴瓦1的顶部表面2面向轴环9，并且相应轴瓦1的枢转元件4由相应的支撑环101或102支撑。

轴承壳体31借助于螺钉32或任何其它合适的固定装置固定地连接到泵壳体120。

在操作期间，润滑剂循环通过轴承壳体31用于在轴瓦1与轴环9之间进行润滑，并且用于冷却组件30。

特别地，泵100可以被构造成用于海底应用，例如用于在海底上部署。泵100可以被构造为螺旋轴向泵、构造为多相泵、构造为多级泵、构造为多级多相泵或构造为具有至少一个旋转叶轮的任何其它泵。

海底泵100必须被构造成经受海水的环境静水压力。例如，在水面下500 m，海水的静水压力已经约为50bar，这意味着泵壳体120内部的最小压力必须至少稍微大于50bar。因此，倾斜轴瓦推力轴承组件30也被构造成用于轴承壳体中润滑剂的至少50bar的内部压力。当然，所述组件还可以被设计成用于显著高于50bar的压力。

循环通过轴承壳体31的润滑剂可以例如是用于防止工艺流体进入轴承单元或驱动轴110的旋转的驱动单元的阻塞流体。所述阻塞流体例如是水和乙二醇的混合物。

Claims (15)

1.一种用于支撑旋转机器（100）的轴（110）的倾斜轴瓦推力轴承的轴瓦，所述轴瓦包括顶部表面（2）、沿径向方向（X）延伸的前缘（5）和后缘（6），其中，所述轴瓦（1）包括布置在所述顶部表面（2）处的流体通道（20），所述流体通道（20）终止在所述顶部表面（2）中，所述流体通道（20）在所述轴瓦（1）的所述前缘（5）与所述轴瓦（1）的所述顶部表面（2）之间形成流体连通，其中，所述流体通道（20）被设计为所述轴瓦的所述顶部表面（2）中的面槽（20），其中，所述面槽的深度（D）在所述前缘（5）处最大并且朝向所述顶部表面（2）的中心线（C）减小，其中，在所述轴瓦的所述前缘（5）处在所述径向方向上测量的所述流体通道（20）的宽度（W）小于所述前缘（5）在所述径向方向上的长度（LL），其特征在于，所述流体通道（20）具有在所述顶部表面（2）中并且垂直于所述前缘（50）测量的长度（L），所述流体通道（20）的所述长度（L）为所述轴瓦（1）的周向长度（E）的至多25%。

2.根据权利要求1所述的轴瓦，其中，在所述前缘（5）处在所述径向方向上测量的所述流体通道（20）的宽度（W）为所述前缘在所述径向方向上的长度（LL）的至少50%并且至多90%。

3.根据权利要求1或2所述的轴瓦，其中，所述前缘（5）包括相对于所述径向方向在所述前缘（5）处界定所述流体通道（20）的至少一个凸台（53、54、55），其中，所述凸台（53、54、55）与所述顶部表面（2）齐平。

4.根据权利要求1或2所述的轴瓦，其中，所述前缘（5）包括径向内凸台（53）和径向外凸台（54），其中，所述流体通道（20）布置在所述径向内凸台（53）与所述径向外凸台（54）之间并且由所述径向内凸台（53）与所述径向外凸台（54）界定，并且其中，每一凸台（53、54）与所述顶部表面（2）齐平。

5.根据权利要求4所述的轴瓦，其中，所述径向内凸台（53）布置在所述前缘（5）的径向内端（51）处，并且所述径向外凸台（54）布置在所述前缘（5）的径向外端（52）处。

6.根据权利要求1或2所述的轴瓦，其包括多个流体通道（20），其中，每一流体通道（20）在所述轴瓦的所述前缘（5）与所述轴瓦（1）的所述顶部表面（2）之间形成流体连通，其中，每一流体通道（20）被设计为所述轴瓦的所述顶部表面（2）中的面槽（20），并且其中，相邻的流体通道（20）在所述前缘（5）处由凸台（55）分开。

7.根据权利要求6所述的轴瓦，其中，每一流体通道（20）在所述前缘（5）处具有最大深度（D）。

8.根据权利要求6所述的轴瓦，其中，每一流体通道（20）具有在所述顶部表面（2）中并且垂直于所述前缘（50）测量的长度（L），每一流体通道（20）的所述长度（L）为所述轴瓦（1）的周向长度（E）的至多25%。

9.根据权利要求2所述的轴瓦，其中，在所述前缘（5）处在所述径向方向上测量的所述流体通道（20）的宽度（W）为所述前缘在所述径向方向上的长度（LL）的约80%。

10.根据权利要求8所述的轴瓦，其中，每一流体通道（20）的所述长度（L）为所述轴瓦（1）的周向长度（E）的约10%。

11.一种用于支撑旋转机器的轴的倾斜轴瓦推力轴承组件，其包括用于接收润滑剂的轴承壳体（31）、支撑主体（10）以及布置在所述支撑主体（10）处的多个轴瓦（1），其特征在于：每一轴瓦（1）根据权利要求1至10中的任何一项来构造。

12.根据权利要求11所述的倾斜轴瓦推力轴承组件，其被构造成用于所述轴承壳体（31）中至少50bar的内部压力。

13.一种离心泵，其具有泵壳体（120）、用于作用在工艺流体上的至少一个叶轮（130）、与所述叶轮（130）固定地连接以用于使所述叶轮（130）旋转的轴（110）以及用于相对于轴向方向（A）支撑所述轴的轴向轴承，其特征在于：所述轴向轴承包括根据权利要求11或12所述的倾斜轴瓦推力轴承组件（30）。

14.根据权利要求13所述的离心泵，其被构造为带有多个叶轮（130）的多级泵。

15.根据权利要求13或14所述的离心泵，其被构造成用于安装在海底上。

Images