CN114072589B - 用于推力轴承的轴承组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机的轴承组件(21、22)，轴承组件包括轴承和轴承温度检测装置(60)的部件，轴承包括：主体(24)，主体具有形成轴承面(30)的热塑性轴承层(28)；空间(38)，空间被限定在主体(24)和热塑性轴承层(28)的内部，至少用于容纳轴承温度检测装置(60)的部件，其中，空间(38)包括通孔(42)，该通孔具有位于热塑性轴承层(28)的轴承面(30)中的第一开口(36)和位于主体(24)的第二表面(40)中的第二开口(40)，其中，部件包括：温度传导元件(46)，温度传导元件具有外周表面和具有第一端部表面的第一端部(48)；温度传感器(64)，该温度传感器与温度传导元件(46)接触；以及紧固固定件(53)，该紧固固定件附接温度传导元件。为了提供一种具有改进的密封特性的轴承组件，通孔(42)的第一开口(36)包括倒角(43)或阶状部，并且温度传导元件(46)的第一端部(48)包括头部，该头部以与倒角(43)或阶状部形状配合的方式与倒角(43)或阶状部对应地定形状。为了在温度传感器(64)故障的情况下减少停机时间，温度传感器的中心轴线相对于温度传导元件的中心轴线横向地延伸。

Description

用于推力轴承的轴承组件

技术领域

本发明涉及一种轴承组件、特别是涡轮发动机的轴承组件，该轴承组件包括：主体，该主体具有第一表面以及与该第一表面相反地定位的第二表面，该第一表面上粘附有具有轴承面的热塑性轴承层；空间，该空间位于主体内和热塑性轴承层中，用于容纳构成轴承温度检测装置的部件，其中，该空间包括具有相反定位的两个开口的通孔，其中，第一开口位于热塑性轴承层的轴承面中，并且第二开口位于主体的第二表面中，其中，部件包括：温度传导元件，该温度传导元件组装到通孔中，使得温度传导元件的第一端部i)与热塑性轴承层的轴承面齐平或者优选地ii)定位成略低于所述轴承面；温度传感器，该温度传感器与温度传导元件接触；以及紧固固定件，该紧固固定件将温度传导元件弹性地附接至主体。

背景技术

已知具有如上所述的热塑性轴承层和温度检测装置的轴承，即，根据文献US2010/0239204A1而已知。根据该公开，热电偶被插入到位于衬底材料件内的温度传导元件中，轴承瓦块是由该衬底材料件制成的。为便于制造，衬底材料件包括一个通孔，温度传导元件和热电偶两者从与轴承面相反的一侧插入该通孔中。在温度传导元件的最外部的位置中，温度传导元件的环圈接触通孔的肩部，以便于使温度传导元件的外端部略低于轴承面。这种设计保证在每个操作状态下，温度传导元件的所述外端部都位于轴承面的平面下方，目的是外端部不突出到轴承面之上。否则，这会导致温度传导元件与所承载的轴接触，而这会损坏温度传导元件、轴或同时损坏两者。

但是，在热电偶出现故障的情况下，则必须拆卸轴承以接近热电偶。这是相当耗时的并且不必要地延长了发动机的停机时间。其他缺陷、特别是温度传导元件的固定件的机械缺陷可能会导致轴承漏油。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种包括轴承温度检测装置的新轴承，该新轴承比已知的装置更易于维护和/或更准确和/或更可靠。

鉴于上述和其他目的，根据本发明，提供一种用于涡轮发动机的轴承组件，该轴承组件包括轴承和轴承温度检测装置的部件，轴承包括：主体，该主体具有第一表面以及与该第一表面相反的第二表面，该第一表面上粘附有热塑性轴承层，该热塑性轴承层形成轴承面；空间，该空间被限定在主体和热塑性轴承层的内部，至少用于容纳轴承温度检测装置的部件，其中，该空间包括第一孔，第一孔是通孔，该通孔具有位于热塑性轴承层的轴承面中的第一开口和位于主体的第二表面中的第二开口，其中，部件包括：温度传导元件，该温度传导元件具有外周表面和具有第一端部表面的第一端部；温度传感器，该温度传感器与温度传导元件接触；以及紧固固定件，该紧固固定件将温度传导元件弹性地附接至主体，其中，将温度传导元件组装到通孔中，使得该温度传导元件的第一端部表面与热塑性轴承层的轴承面齐平，或者定位成略低于所述轴承面，其中，通孔的第一开口包括倒角或阶状部，并且温度传导元件的第一端部包括头部，该头部以与倒角或阶状部形状配合的方式与倒角或阶状部对应地定形状。

通过倒角或阶状部，可以确保改进的密封性能，尤其是当倒角或阶状部以环形方式周向地延伸时。当通孔的第一开口包括倒角时，温度传导元件的第一端部相应地定形状。相互匹配的特征支持温度传导元件在空间内的正确定位。当倒角和温度传导元件的第一端部以形状配合的方式周向地延伸时，它们的倾斜锥形表面彼此自定心，其中，倒角与温度传导元件的第一端部之间具有环形或环状的密封接触。于是，能够达到最好的密封效果。在轴承的运行期间，温度传导元件的定位还由液体润滑剂、通常为润滑油支承，该液体润滑剂通常暴露于压力。加压的润滑剂将温度传导元件牢固地压入到温度传导元件的锥形或阶状的座置部中，该座置部由通孔的倒角或阶状的开口提供。这也有助于紧密密封。安全地避免了润滑剂进入到主体的空间中和轴承的更远的其他空间中。这导致可靠的轴承运行，而不会出现上述任何润滑剂泄漏。

根据本发明的优选实施方式，空间包括用于容纳温度传感器的第二孔，第二孔具有：第一开口，该第一开口位于主体的第三表面中；第二开口，该第二开口连接通孔；以及中心轴线，该中心轴线位于第二孔的开口之间并且相对于通孔的中心轴线横向地定向，其中，温度传感器延伸穿过第二孔，并且在温度传导元件的外周表面处接触温度传导元件或延伸到温度传导元件中。在这种情况下，与现有已知的解决方案相比，温度传感器能够更容易和更快速地接近，因为该温度传感器可以被组装到主体中并且/或者从主体拆卸，而无需拆卸主体本身。在现有技术中，当必须更换温度传感器时，也必须拆卸主体。发明人认识到轴承的可接近性在侧向上更好，即，从第三表面比从第二表面更好。因此，当必须更换轴承组件的温度传感器时，该优选实施方式提供了减少的服务时间，从而增加了本发明的轴承的可用性。应注意的是，该特征可以独立于温度传导元件的组装的类型而使用，即，无论温度传导元件是从主体的轴承面还是第二表面进行组装，都可以使用该特征，并且该特指也独立于温度传导元件的头部的形状而使用。

根据附加特征，该空间包括用于容纳防旋转销的第三孔，该第三孔具有：第一开口，该第一开口位于主体的第三表面中；第二开口，该第二开口连接通孔；以及位于第三孔的开口之间的中心轴线，该中心轴线相对于通孔的中心轴线横向地定向，其中，防旋转销被固定，特别是被旋拧到第三孔中，并且在温度传导元件的外周表面处牢固地接触温度传导元件或延伸到温度传导元件中。一方面，当用于将温度传导元件附接在主体处的紧固固定件将被组装时，防旋转销的提供支持温度传导元件在主体处的固定。另一方面，如果温度传感器通过温度传导元件的外周表面中的孔在温度传感器的中心处接触温度传导元件，则温度传感器再次受到剪切保护。

根据本发明的另一优选实施方式，紧固固定件包括螺钉、螺钉导向板以及至少一个弹簧，该弹簧用于将温度传导元件弹性地附接在主体处，其中，温度传导元件包括与其第一端部相反的第二端部，螺钉被旋拧到第二端部中，使所述至少一个弹簧压靠主体、特别是经由螺钉导向板压靠主体。这种构型将温度传导元件弹性地拉入到空间中。然后将温度传导元件牢固地定位成使得其第一端部不突出到轴承面之上。这避免了对温度传导元件和/或所承载的轴的损坏。

作为优选实施方式，当螺钉、螺钉导向板和碟形弹簧沉入主体的第二表面的水平面下方时，实现了节省结构空间的实施方式。

进一步优选地，温度传导元件由铜或具有类似或更好导热性的材料制成。然后，与热塑性轴承层的材料和主体的材料两者相比，温度传导元件由具有改进的导热性能的材料制成。通过这种布置结构，可以以更小的延迟准确地确定润滑剂温度。这意味着润滑剂中的温度变化由温度传导元件传递至温度传感器，而没有明显的延迟。

进一步优选地，温度传感器是热电偶。热电偶通常是易于制造且成本较低的可靠的传感器。

根据本发明的另一优选实施方式，温度传导元件至少与主体之间基本上隔热。换言之：隔热层至少部分地布置在温度传导元件与主体之间，该隔热层降低了主体的热影响。润滑剂温度的掺杂减少，从而使得轴承温度检测装置更准确地确定温度。

进一步优选并且为了使能够实现更好的密封性能，倒角仅延伸穿过热塑性轴承层，而不延伸到主体中。替代性地，倒角可以穿过热塑性轴承层延伸到主体中。然后，温度传导元件仅在热塑性轴承层的范围内与倒角接触以用于与主体本身之间隔热。同样，这避免了由轴承温度检测装置确定的润滑剂温度的掺杂。

当然，涡轮发动机可以包括至少一个上述轴承。在这种情况下，而且在其他情况下，上述轴承可以实施为推力轴承的轴承瓦块，该轴承瓦块也称为可倾瓦，或实施为轴颈轴承的固定轮廓部，该固定轮廓部也称为弯曲轴承壳体。

尽管在本文中，本发明总体上说明和描述为轴承，但并不意在限制于所示的细节，因为在不背离本发明的精神并且在权利要求的等同方案的范围和界限内的情况下，可以在本文中进行各种修改和结构变化。

然而，当结合附图阅读时，本发明的构造和操作方法连同其附加目的和优点将从以下具体实施方式的描述中得到最好的理解。

附图说明

图1示意性地示出了具有转子和两个轴承组件的燃气涡轮机，

图2是穿过包括热塑性轴承层的轴承组件的示例性实施方式的截面图，

图3是穿过紧固固定件的第一示例性实施方式的截面放大图，以及

图4是根据示例性实施方式的轴承组件的第二表面的截面上的侧视图。

具体实施方式

在以下附图描述中，相同的特征将由相同的附图标记表示。

作为涡轮发动机10的示例，图1示出了燃气涡轮机。燃气涡轮机包括压缩机12、燃烧室14以及涡轮机部分16。转子18延伸穿过压缩机12和涡轮机部分16，并且连接至发电机20。燃气涡轮机10的转子18由两个轴承组件21、22支承在基部23上。轴承组件21、22在图1中仅示意性地示出。位于压缩机旁边的轴承组件21通常实施为组合或分离的轴颈轴承和推力轴承，而位于涡轮机部分18旁边的轴承组件22仅实施为轴颈轴承。

压缩机12和涡轮机部分18各自包括以已知方式彼此交替的多排转子叶片和定子轮叶(未示出)。在使用中，空气进入压缩机并被压缩并且导入到燃烧室中，在该燃烧室中，空气与燃料F混合并燃烧。产生的燃烧气体进入涡轮机并膨胀，从而驱动转子18。同时，转子18驱动发电机20，发电机20将转子18的机械能转换成电能。电能被供应给电网24。

图2示出了穿过轴承组件21的示例性实施方式的截面图。在该示例中，轴承组件21设计为推力轴承的可倾瓦。轴承组件21包括通常由金属制成的主体24，该主体具有第一表面26，具有轴承面30的热塑性轴承层28附接或粘附到第一表面26上。通常，热塑性轴承层由聚醚醚酮制成，该聚醚醚酮也称为PEEK。轴承面设计用于抵靠燃气涡轮机或涡轮发动机的转子或轴(图2中未示出)进行支承。

主体24包括与第一表面26相反的第二表面32。第三表面34布置在两个相反的第一表面26与第二表面32之间并且连接第一表面26和第二表面32。在该示例中，并且根据截面图，第一表面26和第三表面34以及第二表面32和第三表面34布置成彼此垂直。然而，所述表面之间的其他角度也是可能的。轴承由常规的轴承承载件支承，但为了清楚起见，省略了轴承承载件。

在轴承面30中布置有空间38的埋头形状的第一开口36。空间38以穿过主体的第一通孔42的形式从所述第一开口延伸至第二开口40。通孔42具有圆形横截面。倒角43以环形方式沿着第一开口36周向地延伸并且设置在热塑性轴承层28中。这产生第一开口36的所述埋头形状，当从外部向内部看时，第一开口具有会聚横截面的直线轮廓。在该示例中，埋头形状的第一开口的轮廓没有延伸到主体中，但在其他实施方式中，埋头形轮廓可以延伸到主体中。第一开口36和第二开口40根据其中组装的装置的空间需求而具有不同的直径。可以从第一开口36的中心到第二开口40的中心绘制虚拟中心轴线44。

在空间38中，由铜制成的温度传导元件46沿从轴承面的方向进行组装。该塞形状的温度传导元件46包括第一端部48，第一端部48与构成埋头形状的第一开口36的周向倒角43相对应地定形状。因此，温度传导元件46的第一端部48实施为具有第一端部表面的埋头形状的头部。温度传导元件的形状总体上像埋头铆钉。

与温度传导元件46的第一端部48相反的第二端部50包括螺纹孔52，螺钉54被旋拧到螺纹孔52中。在该示例中，螺钉具有内六角凹部以便于插入至螺纹孔52。所述内六角螺钉54将螺钉导向板56压靠在一个或更多个碟形弹簧58(图3、图4)上，目的是使温度传导元件从第一开口36远离轴承面30并且被弹性地拉入空间38中。该紧固固定件53使温度传导元件46的埋头形状的头部的倾斜表面与埋头形状的第一开口36的对应表面紧密、连续地密封接触。

通孔42的第二开口40定尺寸成使得螺钉、螺钉导向板56和碟形弹簧58沉入主体24的第二表面32的水平面下方。根据温度传导元件36的轴向长度，温度传导元件的第一端部表面与热塑性轴承层28的轴承面30齐平或者定位成略低于所述轴承面30。如图2中所示，第一端部48与轴承面30齐平。

此外，空间38包括用于容纳温度传感器64的第二孔62，第二孔62具有：第一开口66，第一开口66位于主体24的第三表面34中；和第二开口68，第二开口68连接通孔42；以及中心轴线70，该中心轴线70位于第二孔62的开口66、68之间并且横向地定向，并且在图3中与通孔42的中心轴线44垂直地定向。在该示例中，温度传感器64延伸穿过第二孔62，并且在盲孔的底部处通过该温度传感器的外周表面牢固地接触温度传导元件36，该盲孔在靠近温度传导元件46处或在温度传导元件46的径向中心处终止。因此，轴承温度检测装置60至少包括温度传导元件46和温度传感器64、例如热电偶，温度传导元件46和温度传感器64彼此紧密接触。

空间38还包括用于容纳防旋转销72的第三孔74，第三孔74具有：第一开口，该第一开口位于主体24的第三表面34中；第二开口，该第二开口连接通孔42；以及中心轴线76，中心轴线76位于第三孔74的开口之间并且横向地定向，在图3中垂直于通孔42的中心轴线44定向。防旋转销72通过旋拧到第三孔74中而被固定并且在温度传导元件的外周表面处牢固地接触温度传导元件。有利地，为了防止温度传导元件36在其空间36中的任何旋转，用于接触防旋转销的温度传导元件36的接触区域是平坦的或者包括(如所示的)盲孔，防旋转销72延伸到该盲孔中。

绝缘层78布置在温度传导元件46与主体24之间。

无论轴承组件21、22实施为推力轴承的可倾瓦或实施为轴颈轴承的固定轮廓部，温度传感器64都能够在主体24的第三表面34处容易地接近。在上面提到的现有技术中，当轴承22组装在轴承承载件中时，温度传感器64被布置在第二表面中，在该第二表面中没有可接近性或具有较差的可接近性。通常，第二表面被所述轴承承载件完全覆盖，因此，与在第二表面处相比，轴承在主体的第三表面处的侧向可接近性更好。

总之，本发明涉及用于涡轮发动机的轴承组件21、22，轴承组件21、22包括轴承和轴承温度检测装置60的部件，轴承包括：主体24，主体24具有形成轴承面30的热塑性轴承层28；空间38，空间38被限定在热塑性轴承层28和主体24的内部，至少用于容纳轴承温度检测装置60的部件，其中，空间38包括通孔42，通孔42具有位于热塑性轴承层28的轴承面30中的第一开口36和位于主体24的第二表面32中的第二开口40，其中，部件包括：温度传导元件46，该温度传导元件46具有外周表面和具有第一端部表面的第一端部48；温度传感器64，温度传感器64与温度传导元件46接触；以及紧固固定件53，紧固固定件53附接温度传导元件。为了提供一种具有改进的密封性能的轴承组件，通孔42的第一开口36包括倒角43或阶状部，并且温度传导元件46的第一端部48包括头部，该头部以与倒角43或阶状部形状配合的方式与倒角43或阶状部对应地定形状。为了在温度传感器64故障的情况下减少停机时间，温度传感器的中心轴线相对于温度传导元件的中心轴线横向地延伸。

Claims (14)

1.一种用于涡轮发动机的轴承组件（21、22），所述轴承组件（21、22）包括轴承和轴承温度检测装置（60）的部件，

所述轴承包括：

主体（24），所述主体（24）具有第一表面（26）以及与所述第一表面（26）相反的第二表面（32），所述第一表面（26）上粘附有热塑性轴承层（28），所述热塑性轴承层（28）形成轴承面（30），

空间（38），所述空间（38）被限定在所述主体（24）和所述热塑性轴承层（28）的内部，至少用于容纳所述轴承温度检测装置（60）的部件，

其中，所述空间（38）包括第一孔，所述第一孔为通孔（42），所述通孔（42）具有位于所述热塑性轴承层（28）的所述轴承面（30）中的第一开口（36）和位于所述主体（24）的所述第二表面（32）中的第二开口（40），

其中，所述部件包括：

温度传导元件（46），所述温度传导元件（46）具有外周表面和具有第一端部表面的第一端部（48），

温度传感器（64），所述温度传感器（64）与所述温度传导元件（46）接触，以及

紧固固定件（53），所述紧固固定件（53）将所述温度传导元件弹性地附接至所述主体（24），

其中，将所述温度传导元件（46）组装到所述通孔（42）中，使得所述温度传导元件的所述第一端部表面与所述热塑性轴承层（28）的所述轴承面（30）齐平或定位成略低于所述轴承面（30），

其特征在于，

所述通孔（42）的所述第一开口（36）包括倒角（43）或阶状部，

并且

所述温度传导元件（46）的所述第一端部（48）包括头部，所述头部以与所述倒角（43）或阶状部形状配合的方式与所述倒角（43）或阶状部对应地定形状。

2.根据权利要求1所述的轴承组件（21、22），

其中，所述空间（38）包括用于容纳所述温度传感器（64）的第二孔（62），

所述第二孔（62）具有：

第一开口（66），所述第二孔（62）的所述第一开口（66）位于所述主体（24）的第三表面（34）中，

第二开口（68），所述第二孔（62）的所述第二开口（68）连接所述通孔，以及

中心轴线（70），所述中心轴线（70）位于所述第二孔的开口（66、68）之间，所述中心轴线（70）相对于所述通孔（42）的中心轴线（44）横向地定向，

其中，所述温度传感器（64）延伸穿过所述第二孔（62）并在所述温度传导元件（46）的外周表面处接触所述温度传导元件（46）或延伸到所述温度传导元件（46）中。

3.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），

其中，所述空间（38）包括用于容纳防旋转销（72）的第三孔（74），

所述第三孔（74）具有：

第一开口，所述第三孔（74）的所述第一开口位于所述主体（24）的第三表面（34）中，

第二开口，所述第三孔（74）的所述第二开口连接所述通孔（42），以及

中心轴线（76），所述第三孔（74）的所述中心轴线（76）位于所述第三孔的开口之间，所述第三孔（74）的所述中心轴线（76）相对于所述通孔（42）的中心轴线（44）横向地定向，

其中，所述防旋转销（72）被固定。

4.根据权利要求3所述的轴承组件（21、22），其中，所述防旋转销（72）被旋拧到所述第三孔（74）中，并在所述温度传导元件（46）的外周表面处牢固地接触所述温度传导元件（46）或延伸到所述温度传导元件（46）中。

5.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），

其中，所述紧固固定件（53）包括：

螺钉（54），

螺钉导向板（56），以及

至少一个弹簧（58），所述至少一个弹簧（58）用于将所述温度传导元件（46）弹性地附接在所述主体（24）处，

其中，所述温度传导元件（46）包括与所述温度传导元件（46）的第一端部（48）相反的第二端部（50），所述螺钉（54）被旋拧到所述第二端部（50）中，使所述至少一个弹簧（58）压靠所述主体（24）。

6.根据权利要求5所述的轴承组件（21、22），其中，所述螺钉（54）使所述至少一个弹簧（58）经由所述螺钉导向板（56）压靠所述主体（24）。

7.根据权利要求5所述的轴承组件（21、22），

其中，所述螺钉（54）、所述螺钉导向板（56）以及所述弹簧（58）沉入所述主体（24）的所述第二表面（32）下方。

8.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），

其中，所述温度传导元件（46）由铜或具有类似或更好导热性的材料制成。

9.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），

其中，所述温度传感器（64）是热电偶。

10.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），

其中，所述温度传导元件（46）至少与所述主体（24）之间基本上隔热。

11.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），

其中，所述倒角（43）仅延伸穿过所述热塑性轴承层（28），而不延伸到所述主体（24）中。

12.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），

其中，所述倒角（43）穿过所述热塑性轴承层（28）延伸到所述主体（24）中，所述温度传导元件（46）仅在所述热塑性轴承层（28）的范围内与所述倒角（43）接触。

13.根据权利要求1或2所述的轴承组件（21、22），其中，所述轴承是包括可倾瓦轴承或固定轮廓轴承的组中的任一种轴承。

14.一种涡轮发动机（10），所述涡轮发动机（10）包括至少一个根据权利要求1至13中的任一项所述的轴承组件。

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