[發明專利]具有適應性支承軸頸的旋轉機械和操作方法

有效

• 申請號: 201480023135.8
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN105358848B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: L.巴爾達薩雷;A.恰恩蒂;M.豐塔納;A.貝爾諾基;D.帕納拉
• 申請（專利權）人: 諾沃皮尼奧內股份有限公司
• 主分類號: F16C25/02
• 分類號: F16C25/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴志軍,譚祐祥

技術領域

在本文中公開的主題涉及旋轉機器，尤其但不排他地涉及渦輪機，例如，燃氣渦輪、蒸汽渦輪、軸向和離心壓縮機。更具體地，本主題涉及與用于此種機器的轉子的軸承相關的改善。

背景技術

軸頸軸承或流體膜軸承通常用來支撐機械轉子的旋轉軸，例如，渦輪轉子和壓縮機轉子的軸。圖1示意地示出了渦輪機械轉子100，其包括軸1，軸1被支撐在兩個端部軸承103、105中。軸承103、105可為軸頸軸承或所謂的流體動力或流體膜軸承，如在圖2中示意地顯示的。軸1被支撐于軸承105內，其中油膜107填充在軸1的外表面101A與軸頸軸承105的內支承表面105A之間的環帶或間隙。軸101的旋轉生成油移動，該油移動具有會聚的油邊緣109和發散的油楔或發散的油膜111。軸101通過流體動壓力支撐，該流體動壓力由油運動生成，且具有如在圖2中顯示的分布圖的典型的分布圖112。支承表面101A可通過軸承105的基本上圓柱形的表面或繞軸101的旋轉軸線布置的多個樞轉軸承墊形成。

軸頸軸承的重要的流體動力系數為軸承的剛性和阻尼。剛性涉及潤滑油膜對軸頸或軸101的與其移動相反的移位的反應。軸101的向下移動與由油膜生成的向上定向的回復力對抗。豎直剛性通過回復力除軸的移位而給出。導致由油膜生成的水平回復力的水平移位導致軸承的水平剛性。

軸頸軸承的另一重要的流體動力參數是阻尼。該阻尼系數是速度相關的。軸的向下速度波動將以與吸震器相當相似的方式導致由油膜生成的向上回復力。移動越快，則由膜生成的相反力越大。還在水平方向上提供相似的阻尼作用。阻尼關于在某些操作條件下抑制振動是有益的。更大的阻尼可利用在支承表面與容納在軸承中的旋轉軸的外表面之間的更大的間隙獲得。然而，更大的間隙將降低軸承的剛性，這在轉子的正常操作條件下可能是有害的。有時適當的是在跨過臨界速度時具有最大的阻尼，且在遠離臨界速度和接近全速操作時具有最大剛性。

發明內容

為了改善軸頸軸承在不同操作條件下行為，軸頸設計為使得其外徑可徑向地變形，來選擇地減小或增大在軸頸的外表面與軸頸軸承的支承表面之間的間隙。在低旋轉速度下保持更大的間隙，來在跨過臨界速度時增大阻尼作用且降低放大因數，而在增大的旋轉速度下，軸頸的徑向尺寸增大，以減小間隙且提高軸承剛性。

根據一些實施例，提供一種用于操作旋轉機械的方法，該旋轉機械包括：轉子、轉子軸、和至少一個軸頸軸承，該至少一個軸頸軸承支撐所述轉子軸且由以下組成：軸承殼體、支承表面、扭轉地且軸向地配合在軸上的套筒、和填充在套筒的外表面與支承表面之間的間隙的潤滑油膜。該方法包括通過作為軸的旋轉速度的函數修改套筒的外表面的徑向尺寸來修改在套筒的外表面與支承表面之間的間隙的步驟。

在一些實施例中，修改間隙的步驟包括以下步驟：將軸的旋轉速度從第一旋轉速度(例如，零)增大至第二旋轉速度(例如，機械的額定速度)，在增大旋轉速度時減小間隙。

在一些實施例中，修改間隙的步驟包括以下步驟：將軸的旋轉速度從第二旋轉速度減小至第一旋轉速度，例如減小至零；在降低旋轉速度時增大間隙。在從較高速度至較低速度(例如至零)的此種減速運轉期間，可提供以下步驟：將軸的旋轉速度維持于在第二旋轉速度與第一旋轉速度之間的中間旋轉速度來冷卻軸并增大間隙。

在優選實施例中，套筒的外表面的徑向尺寸至少通過由軸的旋轉生成的離心力的作用來修改。在一些實施例中，對套筒的徑向尺寸的額外控制可通過例如使用加壓流體(諸如但不限于油)來獲得，該加壓流體被輸送至在套筒的面對軸的內表面與軸的外表面之間形成的環形腔。

根據另一方面，提供了一種旋轉機械，其包括轉子、轉子軸和支撐軸的至少一個軸頸軸承。軸頸軸承包括軸承殼體，該軸承殼體具有支承表面，軸旋轉地容納于該軸承殼體中。還提供外套筒，其扭轉地且軸向地被約束至所述軸且與其一體地旋轉。外套筒具有面對支承表面的外表面和面對軸的內表面。套筒厚度可為恒定的，或者可沿其軸向長度變化。套筒的外表面可為圓柱形或非圓柱形。軸頸軸承可具有固定的基本上圓柱形的支承表面。在其他實施例中，軸頸軸承由多個傾斜墊組成，傾斜墊被樞轉地支撐在殼體中，并且繞軸承的軸線有角度地分布。填充潤滑油的間隙形成在套筒的外表面與支承表面之間。而且，套筒的外表面當軸旋轉時能夠徑向地變形，使得填充潤滑油的間隙的徑向尺寸當軸旋轉速度增大時減小。

在一些實施例中，軸的徑向變形由離心力引起。在其他實施例中，軸的徑向變形可由加壓流體單獨地或與在套筒上的由旋轉速度生成的離心力的作用結合地控制。