带有柔顺性阻尼器的流体膜式流体动压挠曲支点可倾瓦块半浮环轴颈轴承的制作方法
【专利说明】带有柔顺性阻尼器的流体膜式流体动压挠曲支点可倾瓦块半浮环轴颈轴承
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年10月26日提交的且题为“带有柔顺性阻尼器的流体膜式流体动压烧曲支点可倾瓦块半浮环轴颈轴承(Fluid Film Hydrodynamic Flexure PivotTilting Pad Semi Floating Ring Journal Bearing With Compliant Dampers)，，的美国临时申请号61/719，079的优先权及其所有权益。
发明领域
[0003]本发明涉及一种具有改良轴承的涡轮增压器、并且更具体地涉及一种改良的轴颈轴承，该轴颈轴承被形成为一个半浮环轴承，该半浮环轴承具有处于该轴承和轴承壳体之间的多个柔顺性结构的阻尼器。
[0004]发明背景
[0005]在发动机上提供涡轮增压器以便将空气以与在正常吸气构型中的可能情况相比更大的密度传送到发动机进气中。这允许燃烧更多的燃料，进而增加了发动机的马力而没有明显地增加发动机的重量。
[0006]通常，涡轮增压器使用来自发动机排气歧管的排气流，该排气流在涡轮机入口处进入涡轮机壳体，以便由此驱动位于该涡轮机壳体内一个涡轮机叶轮。该涡轮机叶轮提供旋转动力以驱动压缩机叶轮并且由此驱动涡轮增压器的压缩机。这些压缩空气随后被提供给如以上提及的发动机进气。
[0007]更详细地参照在图1中以截面视图示出的代表性涡轮增压器10，该涡轮增压器10包括:一个祸轮机壳体或外罩12，该祸轮机壳体或外罩具有一个在其内沿圆周方向延伸的一个蜗壳14 ；一个压缩机壳体16和一个压缩机蜗壳17 ;以及一个祸轮机叶轮18和一个压缩机叶轮19，该涡轮机叶轮和压缩机叶轮通过一个轴21而可转动地连接在一起。轴21由一个轴承系统22支撑，该轴承系统被支撑在一个中央轴承壳体23内，该中央轴承壳体被布置在涡轮机壳体12与压缩机壳体16之间。轴承壳体23限定了一个轴承室24，该轴承室在压缩机壳体16与涡轮机壳体12之间轴向地延伸以便允许轴21在其之间轴向地延伸，这样使得在涡轮增压器10的运行过程中，涡轮机叶轮18的旋转驱动压缩机叶轮19的旋转。
[0008]轴承系统22典型地包括位于轴承室24内的一个轴颈轴承25以便为该旋转轴21提供径向支撑。
[0009]图2和图3展示出了一种目前处于商业使用中的已知轴承构型的一个实例。在这个构型中，提供了一个半浮环轴承30，该半浮环轴承安装在轴承室24内使得其被径向地定位在轴承壳体23的一个径向面朝内的室表面31与轴21的一个径向面朝外的轴表面32之间。轴承30包括位于这些轴承末端中至少一个末端上的多个止挡构造33，其中一个锁销接合在轴承壳体23与这些构造33之间以便防止轴承30在轴的旋转过程中相对于轴承壳体23旋转。然而，这个半浮环轴承30在轴的旋转过程中能够在小范围内径向地浮动或移动。
[0010]为了衰减由轴旋转所引起的径向移动，一种流体(例如油)被供应给轴承室24，该流体能够贯穿该环轴承30流动到其内部。轴承30包括一个圆柱形轴承壁34，该轴承壁限定内腔35和外腔36，其中该壁34包括多个端口 37，油通过这些端口可以在这些腔35与36之间流动。轴承30的相反末端包括由轴承外表面40限定的多个挤压膜阻尼器39，这些轴承外表面分别形成一个外流体油膜41。此外，这些轴承末端包括由轴承内表面43限定的多个轴颈轴承42，这些轴承内表面分别限定一个内流体油膜44。这些外膜41和内膜44形成在轴承外表面和内表面40、43与相对的轴表面32和室表面31之间。
[0011]这个半浮环轴承30是已知的并且处于商业使用中，然而此类轴承30也呈现出一些可能不希望的特性。例如，半浮环轴承易于呈现具有大振幅的一种或多种次同步运动，这在轴的旋转过程中超过运行速度的扩展范围时可能发生。此外，这些轴承内膜可能具有大的交叉关联刚度系数，这可能是转子轴承系统中不稳定性的典型驱动。更进一步，这些挤压膜阻尼器的阻尼系数与转子的动态响应振幅是呈非线性的，对油供应压力和温度是敏感的并且难以预测。
[0012]在其他类型的轴承中，可倾瓦块轴承通常用于高性能的涡轮机械中，因为它们具有已被证明的稳定性特性。例如，可倾瓦块轴承不会产生交叉关联刚度。
[0013]在另一个实例中，挠曲支点可倾瓦块轴承(FPTPB)提供了与可倾瓦块轴承相同的转子动态优点。典型地，FPTPB被机加工成一件式并且消除了支点磨损、接触应力以及瓦块颤振，并且使制造公差的叠加最小化。与轴承一体化机加工的瓦块提供了一个易于安装的紧凑型轴承单元。
[0014]尽管如上所述，但已知的轴承构型依然可能存在缺点。
[0015]本发明涉及一种用于涡轮增压器的改良型轴承，其中本发明的轴承优选是一个半浮环轴承，该半浮环轴承具有安装在轴承室的轴承外表面与内表面之间的多个柔顺性结构的阻尼器，以便消除挤压膜阻尼器。这些柔顺性结构的阻尼器可以被形成为金属网阻尼器或波箔阻尼器，这些阻尼器对于消散来自于结构阻尼和干摩擦的机械能很有效。
[0016]在一个实施例中，金属网阻尼器提供了优于挤压膜阻尼器的特有的优点。例如，此类金属网阻尼器不像挤压膜阻尼器那样依赖于润滑剂供给，这样使得不需要油并且不会因为所供应油的运行特性而存在刚度和阻尼变化。这些金属网阻尼器还提供刚度和阻尼、并且能够应对极端温差，因为不会因为温度变化而产生刚度和阻尼变化。更进一步，刚度和阻尼系数可以选择性地变化并且可以根据轴旋转过程中该轴承室内所遇到的运行条件通过改变金属网材料、几何形状以及网的密度来加以控制。这些金属网阻尼器还以较低的频率范围提供最大阻尼，其中转子动态不稳定性频率明显低于转子的同步频率或轴的旋转频率。
[0017]在另一个实施例中，该柔顺性结构阻尼器可以是一个波箔阻尼器，该阻尼器还提供结构刚度和摩擦阻尼。这由此降低了所传输的力并且增加了轴承/机械寿命。
[0018]如在此进一步说明的，本发明的轴承提供了优于已知的轴承构型的多个优点。
[0019]本发明的其他目标和目的以及其变体将通过阅读以下说明书和查看附图变得清
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[0020]附图的简要说明
[0021]图1是一个代表性涡轮增压器的截面视图。
[0022]图2是一个半浮环轴承的斜视图。
[0023]图3是图2的安装在一个轴承壳体内的半浮环轴承的截面侧视图。
[0024]图4是包括一个半浮环轴颈轴承的本发明的等距视图，该轴颈轴承具有多个流体动压挠曲支点可倾瓦块和多个柔顺性结构阻尼器。
[0025]图5是本发明性轴承的第一实施例的端视图，该实施例包括多个金属网阻尼器并且被安装在该轴承壳体内。
[0026]图6是本发明性轴承的第二实施例的端视图，该实施例包括多个波箔。
[0027]图7是示出一个轴承的第一构型的截面侧视图。
[0028]图8是示出一个轴承的第二构型的截面侧视图。
[0029]图9是一个金属网阻尼器的第一构型的端视图。
[0030]图10是一个金属网阻尼器的第二构型的端视图。
[0031]图11是一个金属网阻尼器的第三构型的端视图。
[0032]图12是本发明的另一个实施例的侧视图。
[0033]图13是示出图12的挠曲支点可倾瓦块的局部斜视图。
[0034]以下说明中将使用某些术语仅为了方便起见并且仅供参考而不具有局限性。例如，词语“向上地”、“向下地”、“向右地”以及“向左地”指的是作为参考的附图中的方向。词语“向内地”和“向外地”分别指的是朝向和背离该安排和其指定零件的几何中心的方向。所述术语将包括明确提到的词语、其派生词以及具有类似含义的词语。
[0035]详细说明
[0036]参照图4，在一个涡轮增压器51的轴承壳体50中提供了一个轴承单元或组件49，该轴承单元或组件与布置在其内的一个发明性轴承52 —起示出。轴承单元49包括一个轴承52，该轴承优选被形成为一个半浮环轴颈轴承，该半浮环轴颈轴承在其内径上具有多个流体动压挠曲支点可倾瓦块53并且在其外径上具有多个柔顺性结构阻尼器54。轴承52优选被形成为一个单一整体件，这些柔顺性结构阻尼器54被组装到其上以形成轴承单元49。如在此说明的，本发明性轴承单元49提供了如从以下