径向气体箔片轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及沿着旋转轴线延伸的径向气体箔片轴承，该径向气体箔片轴承包括沿着承载元件的径向内侧周向地延伸的至少一个箔片，其中，所述箔片附接到所述承载元件。
【背景技术】
[0002]气体箔片轴承可以用于各种机器类型以支承以高速旋转的轴。根据本发明的气体箔片轴承的优选应用为用于优选地以10000RPM与50000RPM之间的速度旋转的压缩机的径向轴承。
[0003]在该技术领域中已知有多种轴承类型，例如，油润滑径向球轴承、油润滑轴颈轴承、主动磁轴承以及气体箔片轴承。本发明涉及气体箔片轴承。气体箔片轴承通常包括薄的光滑的径向内表面层和波箔片径向外表面层，该气体箔片轴承允许特别是在高速运行期间的阻尼、热膨胀、离心式增大以及对轴的未对准进行补偿。常规的气体箔片轴承通常不能解决失衡以及未对准的问题，从而导致过度的转子振动。这对于特别是用于下述压缩机的转子的径向气体箔片轴承而言会是个大问题，该压缩机包括以重的空气动力载荷对气体箔片轴承施加额外动力的叶轮。
[0004]从专利申请US 2005/0163407 AU US 4, 208, 076 AU US 4，274，683A1、US4，296，976 AU US 6, 158,893 Al中已知一种用于离心涡轮鼓风机的开始提到的类型的气体箔片轴承。除了首篇先前提到的专利申请之外，每篇文献均提出将箔片焊接至承载元件。首篇文献提出将一个箔片端部相应地插入到位于承载元件的径向内表面上轴向地延伸的槽中。尽管这种将一个箔片端部焊接至承载元件的解决方案具有使焊接成为另外制造步骤并且以热处理改变箔片的材料特性的缺点，但是如在提到的首篇专利申请中提出的用于将箔片固定到承载元件的已知的非焊接方法又具有安全缺点。常规的非焊接方法伴随有将箔片插入到槽中不足以牢固到避免箔片松脱的风险。为了避免箔片松脱，必须提供另外的复杂的关键解决方案，这些另外的复杂的关键解决方案在大多数情况下不能满足径向固定的要求或者制造方面是复杂且昂贵的。
[0005]US 4, 295689 Al示出了一种包括对非常小的单元有效的仅一个金属片的箔片轴承。所提出的这种设计不允许进行更多箔片的固定。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的一个目的为使得能够容易地制造先前提到的类型的气体箔片轴承，该气体箔片轴承能够安全地运行。
[0007]本发明的另一目的为避免在运输、组装或运行期间箔片从承载元件松脱。
[0008]本发明提供了具有权利要求1的特征部分的附加特征的开始提到的类型的径向气体箔片轴承。从属权利要求包括本发明的有利的实施方式。
[0009]若无另外指出，如径向轴向、周向之类的术语参照的是轴承的中心轴线。所述中心轴线与由根据本发明的轴承支承的转子的转子轴线重合。
[0010]关于本发明，术语轴向、径向和周向总是参照由径向气体箔片轴承支承的轴的旋转轴线，该旋转轴线相应地为经过开口的中央延伸的轴线。
[0011 ] 根据本发明的承载元件一一其也可以被称为支承环一一为对波箔片层和类似于轴承轴颈的平坦表面层进行承载的支承部。承载元件设置有开口，转子的轴延伸经过该开口，其中，承载元件借助于轴承将转子支承在该轴向位置处。该开口基本上呈圆柱形形状，并且波箔片层和平坦表面层定位在该开口的径向内表面处。承载元件的开口的内表面面向该开口的中央，该开口的中央位于要被支承的转子的轴的旋转轴线上或附近，该旋转轴线在大多数情况下与所谓的机器轴线重合。承载元件可以是一件式的环形部件或具有轴向延伸分割平面。
[0012]根据本发明，由于所述箔片层一一相应地为至少一个波箔片和顶箔片一一可以定位在承载元件的开口中并且之后从所述承载元件的外侧被固定，因而简化了气体箔片轴承的制造和组装。
[0013]这种固定可以通过将键插入到所述通孔中以将所述箔片的所述固定区段周向地并且径向地锁定来完成。
[0014]本发明的优选实施方式提供了包括固定区段片的所述固定区段，该固定区段片可以弯曲到周向方向上，以将所述固定区段紧固在所述通孔中。
[0015]也可以朝除周向方向之外的任何其他方向进行弯曲，例如，朝轴向方向弯曲。然而，朝所述固定区段片的周向方向弯曲有利地利用了该平坦形状的箔片的机械特征。
[0016]另一优选实施方式提供了至少两个固定区段以及相对应的相同数目的通孔，其中，每个固定区段被插入到一个通孔中。在多个箔片沿径向连续地分层的情况下，优选地，每个箔片包括被插入到一个通孔中的至少一个固定区段。多个箔片的多个固定区段可以被插入到一个中间通孔中。优选地设置有至少三个通孔，并且每个箔片包括三个固定区段，所述三个固定区段中的每个单个固定区段被插入到一个通孔中。
[0017]为了提供最容易的且最佳的固定，提供了多于一个的通孔并且为每个箔片提供了相同数目的固定区段，其中，在每个通孔中，每个箔片的一个固定区段被插入并且每个固定区段的平坦区段被弯曲以将所述固定区段径向地锁定在所述通孔中。优选地，所述固定区段片朝不同的方向弯曲、优选地朝周向方向弯曲以甚至在周向力和径向力变化的情况下也提供固定。
[0018]根据本发明的径向气体箔片轴承的优选实施方式提供了位于承载元件的开口的径向内表面上的两层系统，从而产生了以下的从外侧至内侧的径向顺序:第一波箔片层、第一平坦表面层(也称为顶箔片)。这些层沿周向方向延伸。
[0019]本发明的另一优选实施方式提供了至少一个波箔片层，其包括设置成轴向上彼此相邻的多个周向延伸的带状件。这种设计使得气体箔片轴承对要被支承的轴的任何静态或动态未对准能够更好地调整。通过波箔片层的这种分隔降低了刚度并且改善了阻尼。
[0020]另一优选实施方式提供了不同层系统的相同的波箔片层。所述相同的波箔片层可以设计成使得通过将这些波箔片层与平坦表面层相结合获得了期望的刚度特性和阻尼特性。
[0021]基本上，可以将箔片系统设置为布置在承载元件的径向内侧上，其中，波箔片层与平坦表面层以交替的顺序堆叠，其中，顶箔片层为平坦表面层。
[0022]进一步有利的是，将波箔片层与平坦表面层二者在仅一个周向端部处固定地连接至承载元件，而另一周向端部未固定地连接至承载元件。这种与承载元件的连接可以优选地设置在就轴的旋转方向而言沿周向方向的前端处。
[0023]径向气体箔片轴承的优选设计在承载元件的内表面上向开口的360°的圆周设置一个部段。承载元件的开口的360°圆周也可以被分成多个部段。这样做时，优选地设置三个部段，其中，每个部段被分配120°的角度。每个部段优选地分别设置有从部段的一个周向端部向该部段的另一周向端部延伸的多于一个的层系统。
[0024]本发明的又一优选实施方式提供了由INCONEL制成的波箔片层和/或平坦表面层。而INCONEL只是一个注册商标的名称，其主要由镍制成，以铬为第二元素。主要由镍、并以铬作为第二元素制成的其他金属适于要被制成的平坦表面层和/或波箔片层。
[0025]为了能够获得有效地支承转子所需的高精度，所述承载元件由于沿着全周延伸的周向连续实心结构而在周向上是刚性的。从这种刚性获得的一个益处为至少两个箔片沿着所述承载元件的所述开口的径向内侧周向地延伸。在现有技术(US4，295，689 Al)中，仅启用一个箔片，这极大地限制了可允许的轴承负载。为了进一步提高精度和刚性，承载环中的位于在每个特定周向位置处的所述径向通孔包括为封闭圆筒形孔的至少一个径向通孔。这意味着所述孔总体上由所述承载元件的固体材料限制和限定。
[0026]优选地，所述(多个)通孔被制造为使得承载环的周向连接结构一一相应地为承载环的基材一一保持封闭，相应地，轮廓按照情况地被封闭。
[0027]所述片以及通孔被制造为使得获得了对空间中所有的三个移动自由度的固定。所述箔片的片被制造为使得其能够穿过通孔被卡住以获得对沿轴向方向和周向方向的运动的阻止。所述片的从通孔突出而能够从所述承载元件的径向外侧触及的一部分上的弯曲被弯曲成使得获得了对所述箔片的径向固定。
[0028]在至少一个或一组所述通孔是根据沿着通孔中心的径向轴向平面以对称的方式制成的情况下，获得了根据旋转方向的高的调节性和灵活性。优选地，所有所述通孔是以此方式对称地制成的。
【附图说明】
[0029]通过参照结合附图对实施本发明的当前最佳方式的以下描述