轴颈轴承组件及组装其的方法
【技术领域】
[0001]本公开内容的领域大体上涉及轴承组件，并且更具体地涉及具有柔软安装的气体扩散轴承垫的轴颈轴承组件。
【背景技术】
[0002]至少一些已知的涡轮机包括转子组件，其包括轴、压缩机叶轮、涡轮、联接件、密封组，以及给定操作条件下的最佳操作所需的其它元件。这些转子组件具有由于重力生成恒定静力的质量，且还由于操作期间转子组件中的失衡而生成动力。其它静力可由齿轮传动式涡轮机生成。此类涡轮机包括轴承，以维持和支承这些力，同时允许转子组件的旋转。
[0003]至少一些已知的涡轮机使用油润滑的轴承来支承转子组件，同时允许转子组件旋转。此油润滑的轴承特别用于高性能的涡轮机，即，能够产生大于500千瓦(KW)的能量的涡轮机，其中除轴承的显著静负载承受能力外，转子组件的质量和不平衡负载需要显著的振动阻尼。
[0004]然而，在某些涡轮机应用中，期望使用非油润滑的轴承，诸如水下压缩系统、高腐蚀性工作流体环境、低温环境和高温应用。在此应用中，至少一些已知的涡轮机使用磁性轴承系统来替代油润滑的轴承。然而，此磁性轴承系统相对昂贵，需要用于操作的补充的电子系统，且操作和设置极为复杂。
[0005]结果，在期望非油润滑轴承的情况下，至少一些已知的旋转机器使用气体轴承替代磁性轴承。然而，此类旋转机器的尺寸受到气体轴承支承此旋转机器中的转子组件的重量和维持旋转机器的动态负载的能力限制。依靠气体轴承操作的已知最大市售旋转机器是具有200KW的功率能力的微型涡轮发电机。此微型涡轮发电机包括箔轴承，其通过旋转组件的旋转在轴承与转子组件的轴之间生成薄的气膜。然而，此类箔轴承使用限于小规模的旋转机器，因为使用薄的气膜的流体动力效果通常不会生成足够的压力来支承较重的负载。此外，此箔轴承没有足够的阻尼能力来适应具有用于较高功率输出的机器中的较大质量的转子组件。
[0006]此外，由于维持在此类全尺寸涡轮机操作期间经历的动态负载所需的阻尼能力，故气体轴承不容易适用于全尺寸的无油涡轮机应用。相反，为了满足全尺寸涡轮机的动态负载要求，至少一些已知的旋转机器包括挤压膜阻尼器。至少一些已知的挤压膜阻尼器包括由润滑剂(通常是油)的小间隙分开的静止轴颈和圆柱形壳体，润滑剂响应于转子振动生成动态压力和膜力。此挤压膜阻尼器通常需要润滑剂流动回路，其包括供应端口和退出仓室，或在一些情况中，包括密封组件，以防止润滑剂泄漏出轴承组件。然而，尽管使用了润滑剂流动回路和密封组件，此挤压膜阻尼器也易于泄漏。此外，此润滑剂流动回路通常需要复杂的轴承润滑系统来用于控制润滑剂输送和清除。结果，具有开放流动润滑回路的挤压膜阻尼器实际上不可与气体润滑的轴承系统整体结合或组合使用。
【发明内容】
[0007]在一方面，提供了一种轴颈轴承组件。轴承组件包括轴承壳体、多个轴承垫，以及多个轴承垫支承组件。轴承壳体包括径向外壁。多个轴承垫安装在轴承壳体内，且包括气体可透过的多孔介质和气体输送孔阵列中的至少一者。多个轴承垫支承组件沿径向介于轴承垫与径向外壁之间。轴承垫支承组件中的每一个包括弹簧组件和阻尼器组件。
[0008]在另一方面，提供了一种涡轮机。涡轮机包括壳、转子组件和轴颈轴承组件。壳限定处理室。转子组件包括定位在室内的可旋转的轴。轴颈轴承组件支承轴，且包括轴承壳体、安装在轴承壳体内的多个轴承垫，以及沿径向介于轴承垫与轴承壳体之间的多个轴承垫支承组件。多个轴承垫包括气体可透过的多孔介质和气体输送孔阵列中的至少一者。轴承垫支承组件中的至少一个包括气密性地密封的流体填充的阻尼器组件。轴承组件构造成接收来自处理室的过程气体，且将过程气体输送至轴承垫来提供轴与轴承垫之间的润滑。
[0009]在又一方面，提供了一种组装轴颈轴承组件的方法。该方法包括提供包括径向内壁和径向外壁的轴承壳体、提供包括气体可透过的介质和气体输送孔阵列中的至少一者的多个轴承垫、沿轴承壳体的径向内壁联接多个轴承垫、提供多个轴承垫支承组件，轴承垫支承组件中的每一个均包括弹簧组件和阻尼器组件，以及将阻尼器组件联接在轴承壳体内。
【附图说明】
[0010]在参照附图阅读以下详细描述时，本公开内容的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中:
图1为旋转机器的简图；
图2为图1中所示的涡轮机的示例性轴颈轴承组件的局部分解视图；
图3为图2中所示的轴颈轴承组件的示例性轴承壳体的透视图；
图4为图3中所示的轴承壳体的轴向视图；
图5为沿图4中所示的线"5-5"截取的图3中所示的轴承壳体的局部截面视图；
图6为图2中所示的轴承组件的示例性轴承垫组件的透视图；
图7为适用于结合图2中所示的轴承组件使用的备选轴承垫组件的透视图；
图8为处于组装构造的图2中所示的轴承组件的轴向视图；
图9为图8中所示的轴承组件的示意图；
图10为图8中所示的轴承组件的截面视图，其中为了清楚起见省略了阻尼器组件；
图11为图2和8中所示的轴承组件的示例性阻尼器组件的分解视图；
图12为示为处于组装构造的图11中所示的阻尼器组件的截面视图；
图13为沿图12中所示的线"13-13〃截取的图12中所示的阻尼器组件的截面视图；
图14为备选阻尼器组件的透视图；
图15为图14中所示的阻尼器组件的截面视图；
图16为组装轴承组件的示例性方法的流程图；
图17为图16的继续；
图18为组装气密性地密封的阻尼器组件的示例性方法的流程图；以及图19为图18的继续。
[0011]除非另外指出，否则本文提供的附图意在示出本公开内容的实施例的特征。这些特征认作是适用于多种系统，包括本公开内容的一个或更多个实施例。因此，附图不意在包括本文公开的实施例的实施所需的本领域的普通技术人员已知的所有常规特征。
【具体实施方式】
[0012]在以下说明书和权利要求中，将参照一定数目的用语，它们应当限定为具有以下意义。
[0013]单数形式〃一个〃、〃一种〃和〃该〃包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。
[0014]如本文在说明书和权利要求各处使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由用语或多个用语(诸如"大约〃和〃基本〃)修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。这里和说明书和权利要求各处，范围限制可组合和/或互换，此范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
[0015]此外，提到的本文所述的主题的一个〃实施方式〃或一个〃实施例〃不旨在理解为排除也结合所述特征的附加实施方式的存在。
[0016]本文所述的系统和方法提供了适用于全尺寸非油润滑的涡轮机的轴颈轴承组件。本文所述的实施例便于减小用于支承非油润滑的涡轮机中的转子组件的轴颈轴承组件的旋转阻力、提高此类轴颈轴承组件的耐磨性、提高此类轴颈轴承组件的阻尼能力，以及提高此类轴颈轴承组件的静负载能力。更具体而言，本文所述的系统和方法使用多孔轴承垫和具有限定在其中的气体输送孔阵列的轴承垫来与沿轴向对准的阻尼器组件和弹簧组件组合。因此，本文所述轴颈轴承组件使用硬气体膜来支承涡轮机的转子组件，且使用柔软安装的轴承垫来维持涡轮机的操作期间由轴承组件经历的动态负载。此外，本文所述的系统和方法提供适用于非油润滑的轴承组件和涡轮机，以及其它无油操作环境的阻尼器组件。本文所述的实施例便于将基于流体的阻尼组件结合到无油环境中，且将此阻尼组件的阻尼能力提高到接近基于油的挤压膜阻尼器的阻尼能力。更具体而言，本文所述的系统和方法使用了具有整体结合形成的弹簧的闭合流动回路的气密性地密封的流体填充的阻尼器壳体。因此，本文所述的阻尼器组件具有适用于全尺寸涡轮机的阻尼能力，但不需要复杂的流动回路或密封组件。
[0017]图1为旋转机器的简图，S卩，涡轮机100，且更具体而言，非油润滑的涡轮发动机。在示例性实施例中，涡轮发动机为燃气涡轮发动机。作为备选，涡轮机100为任何其它涡轮发动机和/或涡轮机，包括而不限于蒸汽涡轮发动机、离心压缩机和涡轮增压器。在示例性实施例中，涡轮机100包括进气区段102和压缩机区段104，压缩机区段104联接在进气区段102下游且与进气区段102流体连通。压缩机区段104包围在限定压缩机室108的压缩机壳106内。燃烧器区段110联接在压缩机区段104下游且与压缩机区段104流动连通，且涡轮区段112联接到燃烧器区段110下游且与燃烧器区段110流动连通。涡轮区段112包围在限定涡轮室116的涡轮壳114内。排气区段118设在涡轮区段112下游。此外，在示例性实施例中，涡轮区段112经由包括传动轴122的转子组件120联接到压缩机区段104上。传动轴122由位于压缩机壳106和涡轮壳114内的轴颈轴承组件200旋转地支承。
[0018]在示例性实施例中，燃烧器区段110包括多个燃烧器组件，S卩，各自与压缩机区段104流动连通联接的燃烧器124。此外，在示例性实施例中，涡轮区段112和压缩机区段104经由传动轴122旋转地联接到负载126上。例如，负载126可包括而不限于发电机和/或机械驱动应用，例如，栗。作为备选，涡轮机100可为飞行器发动机。
[0019]另外，在示例性实施例中，压缩机区段104包括至少一个压缩机叶片组件128和至少一个相邻的静止导叶组件130。压缩机叶片组件128和相邻的静止导叶组件130的各个组合限定压缩机级132。另外，各个压缩机叶片组件128均包括多个压缩机叶片(图1中未示出)，且各个静止导叶组件130包括多个压缩机导叶(图1中未示出)。此外，各个压缩机叶片组件128可除去地联接到传动轴122上，且各个静止导叶组件130均可除去地联接到压缩机壳106上且由压