經濟部智慧財產局員工消費合作社印5^ A7 ------------------ 五、發明說明(〇 發明背景 發明範圍 本發明係關於-種供高速轉子轴用,如申請專利範圍第i 項説明之頸轴承。 背景討論 強大軸向與徑向力量係作用於如增壓渦輪軸之高速轉子 及該力量係由適當構型與配置之推力軸承吸收。此外,如 確疋需要播故障操作時,係需補償徑向之轉子震動。爲達 此目的,可減低轉子震動幅度產生之擠壓油膜減震器係使 用於渦輪機具中。該擠壓油膜減震器基本上係包括在一軸 承套筒與一軸承殼間構成且與滑油供應源相通之環形空隙 。因軸承套筒也係藉油壓潤滑薄膜支撑於該軸之側,故其 通冶稱之爲浮動套筒。在無旋轉浮動套筒情況下,問題即 會發生,特別於使用重型轉子之操作中係會發生該浮動套 筒不置中之情事。而且,該浮動套筒會在接納孔腔較低之 區域中。在另一方面,此係會導致減震特性不良,以及磨 損對應組件。 已知有多種使擠壓油膜減震器置中的方法係可避免此項 缺點(見1995年9月/10月出版之國際渦輪機械,第51頁, 圖2 - 4,F. Y. Zeidam撰寫,標題"擠壓油膜減震器之應用") ,其係在擠壓油膜減震器軸向區域中置中配置〇_形環,方 法係藉一橫向彈簧桿罩裝置及一在周邊徑向定位片簧裝置 置中。另一藉徑向配置在外側之彎桿裝置使擠壓冲膜減震 器置中之方法,見1983年出版之ASME學報,第1〇5期,第;326 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) I I丨丨J---„---'·---^裝·----I丨—訂---------線 (請先閱讀背面之注意寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7 --------- 五、發明說明(2) 頁,A. Z. Sen等撰寫,標題,•擠恩油膜減震器線性係數"。 〇-形環置中之-缺點係其'囊有非線性彈簧之特性及不能 滿足長期運轉,因此,使用潘簧桿罩時,係需要較大之柏 向安裝空間。在另一方面’使用彎捍時係需要較大之徑向 空間及大量之零件需求係會導致成本升高與不能滿足集中 精確度。片簧方法係同樣地需要較大之徑向空間,且僅可 用放電加工機床製造。在此情況下,更進—步係會有軸承 套筒靠軸一側變形之危險。 供具有垂直軸配置離心式機具用之不磨損置中元件係很 早就已知(如US 3,950,964專利),但至今尚未採用,係因擠 壓油膜減震器置中未用於渦輪機具及高速轉子之故。 發明概述 本發明係可避免前述所有缺點。因此,本發明之一標的 係提供簡單及因而成本低,供高速轉子軸使用,具有經改 良之長期運轉性能,所需安裝空間小及足夠之集中精確度 之置中擠壓油膜減震器。 根據本發明’此係達成於申請專利範圍第1項説明之應用 ’其中該置中元件係分該環形空隙成二分隔之部份環形空 隙°轴承殼至少應係成二部份之構型。一第一軸承殼部份 係以徑向向外方式結合於第一部份環形空隙及一第二轴承 殼部份係以徑向向外方式結合於第二部份環形空隙。 因分割以前所知擠壓油膜減震器成二部份環形空隙,故 係可有二分離之擠壓油膜減震器使用於軸承套筒或頸軸承 軸向長度之上,擠壓油膜減震器之置中係可藉配置在其間 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 x 297公釐) ---------„---:---,-裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7___ 五、發明說明(3) 之置中元件清楚地改善之。此係導致減震特性之増加,即 係改良徑向轉子震動之補償及在另一方面,減低鄰近組件 之磨損。 特別優點係該置中元件應至少配置於大約在該二部份環 形空隙之中間。以此方式’轴承套奇尖端係可免於承受徑 向負荷。 此外,係可採用一於徑向方向成一件式構型及具有線性 彈簧特性之置中元件。此係可實現一具有明確線性彈簧硬 度之耐磨置中元件。發現一包括一外環,一内環及複數彎 曲棒之置中元件係特別適合。在此配置中,每一弯曲棒係 各具有棒端永久連接至該外環與該内環,以及每一寶曲棒 係藉一圓周槽缝以徑向方向分別與外環及内環分離。該環 形置中元件係南要相當小之轴向與彼向安裝空間及係可用 放電加工機床以一工作件製造或用精密鑄造過程生產。 於裝用根據本發明頸軸承之高速渦輪機具操作時,該軸 承设及置中元件之外環係保持於其規定之位置。相反地, 孩彎曲棒及與其在一起之内環係可相對地在該置中元件材 料極限内自由移動,這樣,該軸承套筒,以及該渦輪機之 軸係可在一定之極限内於該軸承殼中作所需之軸向及徑向 位移。以此方式,擠壓油膜減震器與軸之自動置中即可達 成,這樣,係可連續適應操作情況。 1¾彎棒I棒端應爲在外環方向或連接至其之内環連續加 厚也係優點。棒端之應力即如凹口效應及彎曲應力係可藉 此方式減少。 -I I I I I I I Ί I l· I I I ·111(111 ·1111111* (請先閱讀背面之注意事^^填寫本頁}
A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明(4) 另一種具有彎棒之置φ ; 中件係—具有萬向環。各圓周槽 缝係为別成形於萬向環與外 _ .. , 衣丹外3衣,以及萬向環與内環之間。 =二Γ〜接至外環及内環,其方法係藉中斷各圓周槽 ;/板及—外輕板連接之。在原則上,藉該方法係 可传-相似於使用一具有.彎曲棒置中元件時所得之有利效 果。但孩種配置係需更大之徑向安裝空間。 置中疋件係可爲-獨立组件或爲抽承殼或㈣套筒之— 使用其中之'時,係會衝擊製造成本與精確 對該二部份環形空隙之特別希望係向外密封,這樣,擠 壓油膜減震器係相對地低滑油消耗。減震功能係 密封元件。 … 圖式簡單説明 對本發明及其連帶優點之完全瞭解係可藉參照下述詳細 説明與隨附之圖式即會立即明瞭,諸圖式係利用供一 燃氣渦輪增壓機軸使用之頸軸承説明本發明之數 ·: 其中圖式係包括: j 圖1係頸軸承區域之縱截面; 圖2係軸承殼沿圖1中線段π_π截取之截面; 圖3係根據圖1所示之第二實例; 圖4係根據圖1所示之第三實例; 圖5係根據圖1所示之第四實例; 圖6係根據圖2所示之另一實例。 最佳實例説明 ‘ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐)
A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(5) 參閱諸圖式知,其中相同之參考號碼係指示相同或對應 組件,工作媒體之流向係以箭頭指示,及圖式係僅示出瞭 解本發明用之主要元件(例如,廢氣燃氣渦輪增壓機之壓縮 器及滿輪即未示出)’廢氣燃氣渦輪増壓機主一 有壓縮葉輪之轉子,一渦輪,及一共用軸丨以及包括壓縮器 外殼,一渦輪殼及軸承殼2分別配置壓縮器與渦輪之末端。 配置於壓縮器與渦輪末端之軸丨軸承係具有頸軸承3,哕 軸承主要係包括一軸承套筒4,一貫通軸承套筒之供油 <孔5 ,一軸承墊片6及在每一外殼中之一軸承空隙7。頸軸承3 係各連接至一配置在軸承殼2中之供潤滑油9用的供油孔8 。頸軸承3之部份縱向段係配置於廢氣燃氣滿輪增壓機之壓 縮機上,如圖1所示。 轴承殼2係包括一第一軸承殼部份1〇,該部份係接納供 油孔8,及一第二軸承殼部份n ’其構型係如一外殼之甚 。擠壓油膜減震器12,其構型如一環形空隙,係配置於: 承殼2與轴承套筒4之間。環形空隙12係在其軸向區域中藉 一置中tc件13分成二部份環形空隙14,15,該置中元件 13係大約配置於以徑向向外方式結合於第_部份環形空隙 14《該第一軸承部份10與以徑向向外方式結合於該第二部 份《空隙15之該外般蓋Η的中間。—螺紋孔㈣配置於 该弟:軸承邵份10中及一對應螺紋孔16之孔17係配置於該 外殼蓋11中,該孔17係接納—對應連接縣18,供可拆夕; 殼蓋1 1使用。 在第一實例中,置中元件1 3係包括—外環i 9 内環20 -------'--------裝 *--------訂 i an ϋ *1 n I (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 8- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -------B7_— 五、發明說明(6) 及三彎曲桿21 ;各彎曲桿21皆具有桿端22 , 23永久地連 接於外環19及内環20 ;以及各彎曲桿係藉—圓周槽缝24( 見圖2 )以徑向方向自外環及内環i 9,2 0分開。彎曲桿2 j係 具有一全長皆均勻之厚度。寶曲桿21之捍端22,23係可具 有方便之構型,這樣,其即在與連接之外環或内環19,2〇 方向具有連續之厚度(未示出)。 置中元件13之製造係可由放電加工機床替代—件式工作 件。已知之圓周槽缝24具有相對之較大槽縫寬,該置中元 件1 3係也可方便以精密鑄造法製造,對某些實例變化而言 ’置中元件當然係也可以對環形空隙1 2偏心之方式配置, 這樣,二部份環形空隙! 4,;! 5即具有—不同之軸向範圍。 使用不同數量彎曲桿2 1係也可行。同樣係可配置複數置中 兀件1 3,使之彼此軸向鄰近或使用一軸向分割之置中元件 13(未示出)。 如圖1所示’置中元件丨3係一獨立組件。爲组合之故, 軸承套筒4係具有三不同之外徑,這樣,所界定之一接納區 域26係具有一止動25,供置中元件13之用。於軸承套筒4 组合疋前,環形置中元件丨3係壓緊於具有止動2 5之接納區 域26之上’故爲負連接。置中元件13以及抽承套筒4係而 後壓入第一轴承殼部份1〇之中及最後係扣緊於外殼蓋"之 上。轴承套筒4係也可具有一均勻—致之外徑,於此,置中 元件1 3係可正扣緊。 於廢氣燃氣渦輪增壓機操作時,安裝於該增壓機之軸1及 頭轴承3係易受特殊操作情況之不同對應軸向與徑向力量。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 297公釐) I I I I II I Ί |[ I I ^ — ^iml — 11^ (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(7) 此外,徑向轉子震動改變發生時之補償係由擠壓油膜減震 器12提供。在此過程中,具有線性彈簧特性及以徑向方向 成—件式構型之置中元件13係使軸承套筒4以及擠壓油膜 減震器12置中。以此方式,軸承套筒4與第一軸承殼部份 1 〇或軸承殼部份1 1間之接觸即可避免。就置中元件1 3之功 能而1:,其係特別重要,因軸承套筒4與置中元件丨3内環 2 0之間係不會發生任何種類之相對運動。所產生之力量係 由可在軸向與徑向一定範圍内自由運動之彎曲桿2丨吸收。 雖軸承殼2及置中元件丨3之外環丨9係定置,而軸i ,軸承套 筒4及置中元件丨3之内環係能適於廢氣燃氣渦輪增壓機之 特別操作情況,即該等组件能依需求位移。因置中元件1 3 配置在環形空隙12之中間,故軸承套筒4在徑向負荷下之 傾斜係可防止。 潤滑油9之供應至擠壓油膜減震器丨2,即供應至第一及 第一部份環形空隙1 4,1 5,係經連接於一滑油容器(未示 出)又供油孔8。爲此目的,供油孔8係終止其徑向内端於環 形溝槽2 7中,該溝槽係具有一開口 2 8引向置中元件丨3之— 軸向溝槽29。該軸向溝槽29係配置在内環2〇之每一 f曲桿 21内桿端23區域中。其結果係潤滑油9係經軸向溝槽29達 擠壓油膜減震器12。最後,軸向溝槽29係也經穿過軸承套 筒4及軸承墊片6連接至軸承空隙7,這樣,當滑油供應至 頸軸承3時,同供應至該等组件。 在第一實例中,置中元件1 3係一體成形於殼蓋丨丨之中( 圖3 )。就功能而言係與第一實例相同,而且更進一步使組 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公芨) -------:-------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(8) 合簡化。置中元件1 3係也可爲第一軸承殼部份1 〇軸承套筒 4組件之一(未示出)。在此情況中,組合係藉結合各组 式執行。 根據第三實例’第一軸承殼部份丨〇及殼蓋n,面者係料 向重疊於軸承套筒4,以及在兩側各形成一對應軸承套筒4 肩邵32 ’ 33之精確安裝殼肩部30,31(圖4)。以此方式, 兩部份環形空隙14,15係各外側密封,這樣,擠壓油膜減 震器1 2即不會連續漏潤滑油9至在頸軸承3外側之抽1區域 中。以此方式,擠壓油膜減震器12之功能係會穩定及用於 減震之滑油量即可減少’但仍能保持置中元件13之操作原 理。 在第四實例中,環形密封元件34,35係分別配置卡第— 及第一邵份環形空隙14,15中(圖5)。兩環形密封元件34,35 基本上係擔負與殼肩部3 0,31在前述實例中相同之功能。 在更進一步之實例中,置中元件係包括—外環3 6,一内 環37及一萬向環38。圓周槽縫39,4〇係分別配置於萬向 環38與外環36及萬向環38與内環37之間。萬向環38係藉 分別插份圓周槽縫3 9,4 0之二内幅板及二外幅板4丨, 連接至内環3 7及外環3 6(圖6)。該另一種解決方式係與第 一實例所述具有相同效果及可特別應用於需増加置中^件 之軸向強度之時。 依照前述,本發明顯然係可修改與變化。因此必須瞭解 ,在申請專利範圍内,本發明係可作除前述說明以外之實 作0 ' 木紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2扣X 297公釐) ΙΙΙΙΙ — I^Ihll — * I I I I I I I ^ ·11111111 c請先閱讀背面之注意事填寫本頁〕 -11 - A7 B7 (請先閱讀背面之注意事f填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'衣 五、發明說明(9) 1. 軸 2. 軸承殼 3. 頸軸承 4. 軸承套筒 5. 供油孔 6. 轴承替片 7. 軸承空隙 8. 供油孔 9. 潤滑油 1 0 .第一軸承殼部份 1 1 .第二軸承殼部份 1 2 .擠膜減震器環形空隙 1 3 .中心元件 1 4 .第一部份環形空隙 1 5 .第二部份環形空隙 16. 螺纹孔 17. 孔 18. 連接螺栓 19. 外環 2 0.内環 2 1.彎桿 參考號碼表 22. 連接至19之桿端 23. 連接至20之桿端 24. 圓周槽縫 2 5 .止動 2 6.接納區 2 7 .環形溝槽 2 8 .開口 2 9 .軸向溝槽 3 0 . 1 0之殼肩部 3 1 . 1 1之殼肩部 3 2 . 4之殼肩部 3 3 . 4之殼肩部 3 4 .密封元件 3 5 .密封元件 3 6.外環 3 7.内環 3 8 ·萬向環 3 9 .圓周槽縫 4 0 .圓周槽缝 4 1 .輻板 42.輻板 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)