本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的设计用于承载转子或旋转轴的流体动力轴承。
本发明特别涉及能够承载转子或旋转轴并导引转子或旋转轴旋转的流体动力轴承，比如通常用于对天然气和石油能源市场的高速/高功率旋转轴(减速齿轮或增速齿轮)进行支承的轴承。根据本发明的轴承特别适用于高径向载荷和高轴速度。
背景技术：
例如在专利申请us2002/0018604a1中描述了这种轴承。这种轴承通常为包括一个或更多个筒形凸出部的中空筒形件的形式，上述轴承的内筒形部分布置成接纳旋转轴、例如减速齿轮的小齿轮的旋转轴，以用于承载上述轴并且导引该轴旋转，上述内筒形部分还具有滑动表面和流体供应装置，上述流体供应装置设计成当上述轴以一定旋转速度旋转时允许对将所述滑动表面与旋转轴的外表面分离的间隙进行润滑并且允许在所述轴的外表面与所述滑动表面之间形成润滑膜，其中所述旋转速度比通过轴承和轴的标示尺寸、上述润滑剂(例如其粘度)、作用在轴承-轴系统上的力和几何形状所限定的最大速度大。
流体动力轴承的基本原理是介于轴与轴承的铰削表面(即，上述轴承的内筒形部分的形成针对上述轴的滑动表面的表面)之间具有润滑膜，上述膜使上述轴从所述最大速度起在不与上述铰削表面接触的情况下旋转。
不幸的是，本领域的技术人员已知的且适用于高负载和高速度的流体动力轴承(例如上述轴承)具有以下问题：
-因摩擦而导致的功率损失，
-热润滑剂的再循环，
-润滑剂的过度消耗，需要用于上述润滑剂的冷却回路的尺寸过大，以防止上述轴承在使用时过热，
-特别是由于轴承-轴系统的阻尼与刚度矩阵之间的不平衡而在上述轴的一个或更多个转速下产生的不稳定性，
-润滑剂的在与上述转子的纵向旋转轴线大致对齐的方向上的轴向流动，上述流动进一步增加了由于从定位成靠近上述轴承的齿轮的喷射所造成的损失。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提出一种新型流体动力轴承，其有助于减少由摩擦引起的功率损失、润滑剂消耗、不稳定性和上述润滑剂流动、特别是轴向润滑剂流动，并且有助于减少由于从齿轮喷射所造成的损失。
为此目的，通过权利要求1的特征描述了一种流体动力轴承。
一组从属权利要求还阐述了根据本发明的上述轴承的有利实施方式。
因此，本发明特别涉及一种流体动力轴承，该流体动力轴承包括宽度为l0的环形内表面、即筒形表面，该环形内表面布置成环绕旋转轴以对旋转轴进行支承且引导旋转轴绕该旋转轴的纵向旋转轴线沿“上游”至“下游”的旋转方向w旋转，上述内表面包括：
-润滑剂供应孔口，该润滑剂供应孔口用于将润滑剂供应至上述轴承的内表面，上述供应孔口优选地相对于上述内表面的宽度l0居中，上述供应孔口在上述内表面的方向上终止于开口，该开口优选为沿与上述纵向旋转轴线平行的方向纵向地延伸的长度l1<l0的纵长形，上述开口横穿所述轴承的宽度在一端处由第一排放凹部定界且横穿上述宽度在另一端处由第二排放凹部定界，上述供应孔口的朝向上述内表面的开口特别位于沿与旋转方向w相反的方向指向的对称“v”形的底部处，并且“v”形的每个臂从上述开口(即沿上述旋转方向w)朝向上述内表面的横向侧中的一个横向侧向下游并且优选对称地延伸，以便给上述第一排放凹部和上述第二排放凹部提供上游限制，
-上述第一排放凹部和上述第二排放凹部，上述第一排放凹部和上述第二排放凹部各自设计成对在上述轴的旋转期间向下游移动的润滑剂进行回收且将所回收的润滑剂分别朝向第一侧部凹槽和第二侧部凹槽引导或导引，上述侧部凹槽被设计成防止润滑剂从轴承中轴向流出并且能够收集离开上述内表面的轴向流且将所收集的轴向流引导成被径向地排出。第一排放凹部例如设计成将上述润滑剂沿着上述“v”形的一个臂朝向第一润滑剂收集侧部凹槽引导，并且上述第二排放凹部设计成将上述润滑剂沿着上述“v”形的另一个臂朝向第二润滑剂收集侧部凹槽引导。因此，根据本发明的上述第一排放凹部和上述第二排放凹部各自在轴承的本体中形成中空路径，上述中空路径分别通向第一侧部凹槽和第二侧部凹槽，以及径向地通向上述纵向旋转轴线使得沿旋转方向w旋转时被驱动的润滑剂“落入”由上述第一排放凹部和第二排放凹部形成的上述路径中，并且从第一排放凹部的与上述孔口的上述开口相邻的部分向下游朝向第一侧部凹槽引导并且从第二排放凹部的与上述孔口的上述开口相邻的部分向下游朝向第二侧部凹槽引导。
因此，根据本发明的上述润滑剂供应孔口特别地在沿着上述内表面的宽度的每一侧、例如在位于内表面上的润滑剂供应孔口的开口的每个纵向端部由排放凹部——分别是第一排放凹部和第二排放凹部——定界，以便能够对相对于供应孔口和/或上述排放凹部向下游移动的至少一些润滑剂进行回收，从而将所回收的润滑剂向下游导引且分别经由第一侧部凹槽和第二侧部凹槽将所回收的润滑剂侧向地排出。上述第一排放凹部优选地布置在上述孔口的上述开口的一侧，并且上述第二排放凹部布置在上述开口的横过内表面的上述宽度的另一侧，每个排放凹部例如具有与上述内表面的横向侧平行的侧面和与上述横向侧垂直、即平行于上述纵向旋转轴线的侧面，上述回收凹部特别地相对于上述孔口的上述开口对称地布置。优选地，第一排放凹部和第二排放凹部的从上述平行侧测量的宽度、即在与上述纵向轴线平行的方向上的宽度沿旋转方向w、即沿下游方向减小，并且上述排放凹部中的每个排放凹部的深度沿上述旋转方向w增加。换句话说，由上述排放凹部中的每个排放凹部产生的上述路径的深度从排放凹部的上游端向下游端增加。特别地，上述排放凹部例如在上述“v”形的臂的端部中的每个端部处的深度——上述排放凹部通向相应的侧部凹槽处的深度——等于或小于上述润滑剂收集侧部凹槽的深度。实际上并且特别地，上述排放凹部中的每个排放凹部的上述平行侧通向上述侧部凹槽中的一个侧部凹槽，上述第一排放凹部的平行侧因此通向第一侧部凹槽且上述第二排放凹部的平行侧通向第二侧部凹槽。有利地，环绕上述润滑剂供应孔口的上述开口的上述排放凹部使得能够将轴稳定在高转速下且将润滑剂朝向上述侧部凹槽引导，由此减少或消除润滑剂轴向地流出上述轴承，上述润滑剂被迫遵循由上述第一排放凹部和第二排放凹部限定的路径、然后遵循上述第一侧部凹槽和第二侧部凹槽。因此，根据本发明，通过利用上述排放凹部捕获不再用于形成流体动力膜的润滑剂并且将所捕捉的润滑剂从上述凹部引导至相应的侧部凹槽来防止轴向流出轴承，
-上述第一侧部凹槽和第二侧部凹槽，上述侧部凹槽中的每个侧部凹槽形成上述内表面的横向侧中的一个横向侧的边界，使得上述第一侧部凹槽能够收集由上述第一排放凹部回收的润滑剂且上述第二侧部凹槽能够收集由上述第二排放凹部回收的润滑剂。优选地，凹槽中的每个凹槽在上述轴承中具有中空的半圆形形状，并且绕上述轴承的内圆周的一部分、例如180°沿着上述轴承的内侧边缘延伸。特别地，第一侧部凹槽将上述第一排放凹部连接至相对于上述第一排放凹部位于下游的第三排放凹部，并且上述第二侧部凹槽将上述第二排放凹部连接至上述第三排放凹部。优选地，上述第一凹槽和上述第二凹槽各自具有至少一个径向开口，例如径向孔，上述径向开口被设计成在上述轴承绕上述轴安装时布置在上述轴下方，并且被设计成将收集到凹槽中的润滑剂径向地排出至上述轴承的外部，例如朝向上述润滑剂的循环系统，
-上述第三排放凹部，上述第三排放凹部例如为纵长形，优选地连接至上述侧部凹槽并且还特别地具有一个或更多个径向孔，所述一个或更多个径向孔被设计成将收集在上述凹槽中的上述润滑剂排出至上述轴承的外部，
-上述内表面，上述内表面还包括位于上述第三排放凹部的下游的另一润滑剂供应孔口，上述另一孔口优选地相对于上述内表面的宽度居中且通过开口朝向上述内表面展开，上述开口例如是纵长形的且具有长度l2>l1，并且上述开口在与上述纵向旋转轴线平行的方向上纵向地延伸，上述内表面是光滑的且在上述另一润滑剂供应孔口与上述第一润滑剂排放凹部和第二润滑剂排放凹部之间不具有凹部。
附图说明
使用以下附图提供了根据本发明的上述轴承的优点以及示例实施方式和应用，在附图中：
图1a至图1d是根据本发明的流体动力轴承的优选实施方式的3d视图。
图2是根据图1的轴承的中间横截面ax-ax。
图3是根据图2的轴承的沿着平面p-p截取的横截面。
图4是根据图2的轴承的沿着平面c-c截取的横截面。
图5是根据图2的轴承的沿着平面q-q截取的横截面。
图6是根据图2的轴承的沿着平面b-b截取的横截面。
图7是根据图6的轴承的沿着平面d-d截取的横截面。
图8至图10是根据本发明的轴承的其他实施方式的不同视图。
具体实施方式
图1是根据本发明的流体动力轴承1的优选实施方式的三维(3d)示意图。图1a和图1b是上述轴承1的侧视图。轴承1具有绕由轴线a’(参见图1c)表示的轴向方向的环形本体，或者换句话说，上述轴承1的上述本体是布置成环绕旋转轴(未示出)的中空筒形件，该旋转轴的纵向旋转轴线被设计成在上述环形本体的中央处沿上述轴向方向布置。特别地，上述纵向旋转轴线和上述轴线a’基本沿相同的方向延伸。上述轴承1以不可旋转的方式固定且被设计成便于上述轴沿旋转方向w旋转，如图1a和图1b中相应的箭头所表示的。旋转方向w是沿下游方向定向的。
上述环形本体具有内表面11，当旋转轴沿旋转方向w旋转时，该内表面11用作上述旋转轴的导引件和支承件。上述内表面是定位在上述轴承内侧上的筒形表面，并且特别地用作针对上述轴的滑动表面。对该内表面11进行铰削以便具有润滑剂供应孔口12、排放凹部13、径向孔或开口14和侧部凹槽15，如下所述。由图1a至图1d中的箭头ar示意性地示出了润滑剂在上述轴承的内表面11上所遵循的方向。
特别地并且如图1c和图1d所示，上述轴承优选地包括呈中空半筒形件的形式的两个部分或凸出部，分别为“主动凸出部a”和“被动凸出部b”，这些凸出部被设计成组装在一起、例如被装配在一起以形成上述轴承1。上述主动凸出部a和上述被动凸出部b分别设计成当上述轴承1环绕上述轴时位于上述轴的上方和下方(参见图7)。通常，根据本发明的上述轴承包括至少一个主动凸出部和一个或更多个被动凸出部。如在轴承领域中所限定的，主动凸出部特别是轴承的在轴承承载上述轴且上述轴旋转时吸收了在上述轴的旋转期间所产生的大部分载荷或力的筒形部分。
上述轴承的主动凸出部a的内表面被设计成能够承受在轴旋转期间由轴传递的力，特别是竖向向上的力。被动凸出部b的内表面被特别设计成将润滑剂侧向地收集在侧部凹槽15中并且通过重力或抽吸经由径向开口14而排出润滑剂。根据本发明的内表面的宽度具体是l3，该宽度小于上述轴承的宽度l0，以便减小轴承的拖曳力。优选地，第一侧部凹槽151和第二侧部凹槽152的特征分别在于宽度l4和l5，例如l4＝l5，计算上述宽度l4和l5以便对润滑剂流动产生最小阻力，同时实现上述流动的径向取向以便将润滑剂排出上述轴承。
绕上述轴承1的上述内表面11的沿旋转方向w的圆周，特别是在上述被动凸出部的端部b1(参见图1d和图3)处开始上述路径并且沿着上述内表面朝向端部b2(参见图1d或图3)，上述内表面1具有下述特征并且因此特别是上述被动凸出部b的内表面具有下述特征：
-润滑剂供应孔口121(也参见图6)，该润滑剂供应孔口121相对于上述轴承的宽度l0居中并且在上述内表面11处通过具有横穿上述轴承的宽度且小于l3的长度l1的开口而变得开阔，上述孔口121能够经由如图2所示的从外部穿过上述轴承1至内部的通道141向上述轴承的内表面供应润滑剂，上述通道141特别在上述开口中变得开阔，上述开口优选为直线形的和纵长形的，上述开口沿着上述轴承的宽度l0布置。优选地，上述孔口121的上述开口与上述被动凸出部b的端部b1分开间隔e(参见图6)。特别地，将该间隔e最小化以限制润滑剂从主动凸出部到被动凸出部的循环，对于内径为200mm的轴承而言，e具有通常介于2mm与10mm之间的值。在文件的其余部分中给出的示例尺寸是针对内径为200mm的上述轴承而提供的。
-第一排放凹部131和第二排放凹部132，第一排放凹部131和第二排放凹部132在上述轴承1的宽度的各一侧与上述孔口121的上述开口邻接。上述排放凹部131和132可以通过定位在孔口121的上游、在将上述孔口121的上述开口与上述被动凸出部b的端部b1分开的上述间隔e中的纵向凹陷部连接。特别地，上述凹部131和132的深度p随着远离端部b1而进一步增加，即，沿下游方向增加直到上述凹部131和132的深度小于或等于侧部凹槽15为止。优选地，第一排放凹部131和第二排放凹部132具有与内表面11的横向侧平行的侧面，上述平行侧面具有长度c，计算长度c以促进侧部凹槽151和152中的流动而不会过度减小非主动凸出部b的展开长度。典型地，c的值在40mm与50mm之间。特别地，第一排放凹部131和第二排放凹部132在端部b1处具有深度p，例如p＝0mm，该深度例如线性地增加直到该深度等于或小于上述凹槽151和152的深度p1为止，或者换句话说，图1d中所示的线段13’与主动凸出部a的表面11a’或被动凸出部b的表面11b’处于同一高度或者相对于主动凸出部a的表面11a’或被动凸出部b的表面11b’退后设置(即，距纵向旋转轴线相同的径向距离或更大的径向距离处)。第一排放凹部131和第二排放凹部132优选地对称地分布在上述润滑剂供应孔口121的开口的两侧，使得第一排放凹部131在上述孔口121的上述开口处的宽度l6等于第二排放凹部132在上述孔口121的上述开口处的宽度l7，其中，l6>l1。第一排放凹部131特别地从上述孔口121的开口的纵向端部朝向被称为“第一侧部凹槽151”的最靠近的侧部凹槽延伸且通向上述第一侧部凹槽151，并且相应地，第二排放凹部132从上述孔口121的开口的另一纵向端部朝向被称为“第二侧部凹槽152”的最靠近的侧部凹槽延伸且通向上述第二侧部凹槽152，每个排放凹部描绘了相对于上述轴向方向从上述孔口121的开口的相应的纵向端部开始的下游角，以便在上述开口的两侧将来自上游的润滑剂分别朝向第一侧部凹槽151和第二侧部凹槽152引导。换句话说，第一排放凹部151和第二排放凹部152能够回收来自上游的润滑剂并且将回收的润滑剂引导至下游，以便将润滑剂侧向地引导在相应侧部凹槽中，
-第一侧部凹槽151和第二侧部凹槽152，第一侧部凹槽151和第二侧部凹槽152分别从上述第一排放凹部131和上述第二排放凹部朝向第三排放凹部133向下游延伸，上述侧部凹槽被设计成分别收集到达上述第一排放凹部131和上述第二排放凹部中的润滑剂，以便经由径向开口或者上述第三排放凹部133将收集到的润滑剂引导到上述轴承的外部，其中，径向开口例如是直径为dp的径向孔14(参见图7)，其中，在轴承环绕轴时，在轴的下方分布有数量为n的径向开口，其中，通常dp＝12mm至20mm且n＝2至6，上述第三排放凹部133位于下游并且具有一个或更多个排出通道142(参见图2、图5和图7)，所述一个或更多个排出通道142被设计成将上述润滑剂从上述轴承的内部排出至外部，上述通道中的一个通道的尺寸通常为10mm至15mm(对于圆形截面通道而言为直径)或45mm至70mm×10mm至15mm(对于矩形截面的通道而言为长×宽)。如图1c和1d所示，侧部凹槽15各自侧向地布置在上述轴承的内圆周的一部分上。优选地，第一侧部凹槽151和第二侧部凹槽152从上述被动凸出部b的端部b1延伸至端部b2并且例如具有矩形截面。特别地，上述主动凸出部a在上述主动凸出部a的被设计成与端部b2配合或被附接至端部b2的一个端部a1处具有上述第三排放凹部133和一个或更多个排出通道142，
-上述第三排放凹部133，第三排放凹部133优选地从第一凹槽151纵向地延伸到第二凹槽152，上述第三排放凹部133的沿着上述轴承的宽度的总长度为l3+l4+l5，并且上述第三排放凹部133包括上述一个或更多个排出通道142，所述一个或更多个排出通道142特别地被设计成将上述润滑剂径向地排出至上述轴承的外部。上述第三排放凹部133特别是纵长形的并且优选地与另一润滑剂供应孔口122的长度相同或者比另一润滑剂供应孔口122长，
-上述另一润滑剂供应孔口122，另一润滑剂供应孔口122直接布置在上述第三排放凹部133的下游并且经由开口在内表面11处变得开阔，上述开口优选为沿着上述轴承的宽度纵向延伸的纵长形，上述开口的长度l2大于孔口121的开口的长度l1，上述长度l2例如等于将第一凹槽151的最远离第二凹槽152的横向侧与第二凹槽152的最远离第一凹槽151的横向侧分开的距离，该距离例如等于上述第三排放凹部133的长度。上述另一孔口122还具有供应通道143，供应通道143设计成使润滑剂能够从上述轴承的外部进入上述轴承，以便润滑上述轴承的上述内表面。优选地，上述内表面在上述另一孔口122与上述第一排放凹部131和第二排放凹部132之间、即在上述另一孔口122与被动凸出部b的端部b1之间没有凹部。因此，根据本发明，凸出部a特别包括具有一个或更多个排出通道142的上述第三排放凹部133，第三排放凹部133的一个或更多个排出通道142布置在上述主动凸部的端部a1处，然后在更下游的位置处，凸出部a包括布置在上述第三排放凹部133的旁边的所述另一孔口122，在上述第三排放凹部133与上述另一孔口122之间优选地留出纵向间隔e，然后在从上述另一孔口122的更下游的位置直到上述主动凸出部a的另一端部a2处，凸出部a包括内表面11a’，内表面11a’在上述轴承的整个宽度上没有凹部，上述另一端部a2被设计成附接至和/或装配至上述被动凸出部b的端部b1。
图8至图10示出了根据本发明的轴承的结构变化，图8a至图8d示出了根据本发明的第一实施方式的轴承，图9a至图9d示出了根据本发明的第二实施方式的轴承，并且图10a至图10d示出了根据本发明的第三实施方式的轴承。总之，根据本发明的轴承可以对图1、图8、图9和图10中所示的四个不同轴承的特征进行组合。
特别地，侧部凹槽15可以以不同的方式制成，如图8至图10所示。如上所述的第一实施方式实际上涉及从宽度为l0的上述轴承的本体挖出上述侧部凹槽，如图1d、图9b、图9c和图9d所示。然而，上述侧部凹槽也可以通过下述方式产生：将板16平行于上述被动凸出部b的横向侧分别在距被动凸出部b的一个横向侧为距离l4以形成侧部凹槽151的位置处以及距被动凸出部b的另一横向侧为距离l5以形成侧部凹槽152的位置处附接至上述轴承的上述被动凸出部b的每个横向侧，上述板16是圆扇形的，其内径等于将内表面11(例如11a’或11b’)和上述轴线a’分开的径向距离(即等于上述轴承的内径)并且其外径基本上等于上述轴承的外径。在这种情况下，被动凸出部b的宽度是l3，并且由l0＝l3+l4+l5+2·e1给出轴承的宽度l0，其中，e1是呈圆扇形的上述板中的每个板的厚度。特别地，用于将上述板附接至被动凸出部的横向侧的附接装置17之间的自由间隔使得润滑剂能够径向流动并且因此可以执行上述径向孔14的功能或者替代上述径向孔14。可选地，这样的板也可以附接至主动凸出部a的每个横向侧，在主动凸出部的横向侧与上述板中的每个板之间维持分开距离e2(参见图10d)，以便对轴向流动离开上述主动凸出部的内表面11a’的润滑剂进行回收。在图10a中特别示出了被设计成配装至上述轴承的主动凸出部的板并且使用附图标记16’来表示板。在这种情况下并且特别地，将板与主动凸出部的横向侧分开的分开距离e2小于l4或l5。
特别地，径向孔14可以是在上述轴承的本体中铰削而成的径向开口14’，使得每个侧部凹槽与上述轴承的外部之间能够连通(参见图9c)，或者径向孔14是通过将上述板16附接至上述主动凸出部的横向侧而形成的，如图8c和图10c所示。上述开口14’可以具有不同的形状和尺寸，以有效地将在上述侧部凹槽中回收的润滑剂排出至上述轴承的外部，如图8至图10所示。
排放凹部131、132和供应孔口121的几何构型也可以以不同的方式形成。例如，上述排放凹部131和132分别包括直线形(参见图8d)或弯曲(参见图9d)的导引止挡件131’和132’，上述导引止挡件131’、132’特别是将凹部的平行侧的下游端部连接至作为凹部的垂直侧的大致中央(相对于轴承的宽度)的端部。优选地，如果排放凹部131、132各自具有直线形的导引止挡件131’、132’，则这些导引止挡件131’、132’在轴承宽度的中点的位置pt处接合在一起以形成倒“v”形(参见图8d)，供应孔口121位于由止挡件形成的上述“v”形的底部处，并且更具体地与上述位置pt对准且位于上述位置pt的下游。
综上所述，本发明提出了一种新型的流体动力轴承，其包括与供应孔口121配合的排放凹部131、132，上述排放凹部被设计成将润滑剂流转向侧部凹槽或槽15，使得通过上述凹部来引导在所述轴的旋转做功期间加热的润滑剂，然后通过上述侧部凹槽将该加热的润滑剂排出至轴承外部，同时允许通过上述供应孔口121提供新鲜的润滑剂。