旋转机械、轴承以及制造旋转机械的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转机械，其包括定子组件、转子组件、磁性轴承和辅助轴承。本发明还涉及一种轴承，其适于用作旋转机械中的辅助轴承。本发明还涉及一种制造旋转机械的方法。本发明的领域涉及装配有磁性和辅助轴承的旋转机械。
【背景技术】
[0002]EP-A-2 677 176公开了一种电动压缩机类型的旋转机械，其包括定子组件、转子组件、磁性轴承和辅助轴承。该旋转机械包括传感器，用于监测属于转子组件的中心轴的位置，并且检测从标称位置的任何偏离。
[0003]US-A-2012/126648公开了另一种旋转机械，其包括定子组件、转子组件、磁性轴承和辅助轴承。该旋转机械包括传感器，用于测量辅助轴承的物理变量，例如温度、力、振动、压力或距离。
[0004]在已知的方式中，装配旋转机械的辅助轴承可以是防摩擦滚珠轴承，其具有保持在定子组件中的外圈和与转子组件分开一定径向间隙的内圈。辅助轴承直接暴露于其环境，优选的是采用干燥永久润滑，而没有永久上油。
[0005]在磁性轴承失效的情况下，旋转机械由辅助轴承保护。在正常操作中，当磁性轴承正常工作时，辅助轴承的内圈不旋转，并且在转子和辅助轴承之间没有接触。然而，空气动力摩擦可能会拖动内圈旋转，长期下去将会消除永久润滑，然后损坏辅助轴承。通常，启动新辅助轴承的内圈旋转所需要的“起动转矩”高于空气动力效应。然而，操作不当或故障有时会导致大幅降低的起动转矩。辅助轴承的漏检旋转导致其劣化，从而使辅助轴承在磁性轴承失效或处理过载的情况下不再保护转子组件不摩擦定子组件。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种设置有磁性和辅助轴承的改进的旋转机械。
[0007]为此，本发明涉及一种旋转机械，包括:定心于中心轴线上的转子组件和定子组件；磁性轴承；和辅助轴承，该辅助轴承包括:第一圈，其保持在所述定子组件中，以及第二圈，其限定相对于所述转子的径向于所述中心轴线的间隙。所述第二圈在主操作模式下不绕所述中心轴线旋转，并且在副操作模式下被拖动成绕所述中心轴线旋转。根据本发明，所述旋转机械包括监测系统，用于检测从所述主操作模式到所述副操作模式的转换，所述监测系统包括形成在所述第二圈上的目标和相对于所述定子组件固定的传感器单元。
[0008]由于本发明，可以简单有效地监测所述辅助轴承的异常操作。本发明的其它有利特征将在下文进行描述。
[0009]根据本发明的有利的但不是强制性的其它方面，这样的旋转机械可以合并一个或多个下述特征:
[0010]-所述目标被加工在所述第二圈的非功能区域中，例如在其外径和外侧上。
[0011]-所述辅助轴承是具有第二圈的标准滚珠轴承，所述目标在制造所述辅助轴承之后被重新加工在所述第二圈上。
[0012]-所述目标包括至少一个倒角。
[0013]-所述目标包括至少一个孔。
[0014]-所述传感器单元检测在所述磁性轴承的正常操作期间在副操作模式下所述目标绕中心轴线的旋转。
[0015]-所述传感器单元检测在主操作模式下所述目标的振动。
[0016]-所述传感器单元包括封装或罐装在由耐高压和/或腐蚀性环境的材料制成的壳体中的探头。
[0017]-所述传感器单元包括涡流探头。
[0018]-所述传感器单元包括磁性探头。
[0019]-所述传感器单元检测所述目标绕中心轴线的位置或速度。
[0020]-所述辅助轴承不含位于所述第一圈与第二圈之间的任何中间圈。
[0021]-所述第一圈是辅助轴承的外圈，所述第二圈是辅助轴承的内圈。
[0022]-所述第一圈是辅助轴承的内圈，所述第二圈是辅助轴承的外圈。
[0023]本发明还涉及一种轴承，适于作为在上述旋转机械中的辅助轴承。所述轴承包括适于保持在定子组件中的第一圈、第二圈以及形成在所述第二圈上并且配置成由传感器单元检测的目标。
[0024]在第一实施例中，所述轴承包括适于保持在定子组件中的外圈、内圈以及形成在所述内圈上并且配置成由传感器单元检测的目标。
[0025]在第二实施例中，所述轴承包括适于保持在定子组件中的内圈、外圈以及形成在所述外圈上并且配置成由传感器单元检测的目标。
[0026]本发明还涉及一种制造上述旋转机械的方法。所述方法包括以下步骤:
[0027]-在所述辅助轴承的第二圈上形成所述目标；
[0028]-相对于所述定子组件定位所述传感器单元；
[0029]-安装所述定子组件、转子组件、磁性轴承和辅助轴承。
【附图说明】
[0030]下面参照附图对本发明进行说明，附图仅作为说明性示例，并不限制本发明的目的。在附图中:
[0031]-图1是根据本发明的旋转机械的纵向剖视图，其包括定子、转子、磁性轴承、辅助轴承和监测系统；
[0032]-图2是更大比例的图1的局部视图，示出了在该旋转机械的中心轴线上方的辅助轴承和监测系统；
[0033]-图3是沿着图1上的箭头III的侧视图，示出了辅助轴承的内圈；
[0034]-图4和5是与图3相类似的视图，每个示出了本发明的另一实施例；以及
[0035]-图6是与图2相类似的视图，示出了本发明的另一实施例。
【具体实施方式】
[0036]图1至3示出了定心于中心轴线Xl上的旋转机械I。
[0037]例如，旋转机械I可以是装备机动车的电动压缩机。可替代地，旋转机械I可以是适于运输车辆、机械工具、家庭装置等中的任何一种。旋转机械I的一些或全部部件可以在加压介质例如天然气中进行操作。
[0038]旋转机械I包括定子组件3、转子组件4、磁性轴承5、辅助轴承10和监测系统50。
[0039]定子组件3包括壳体31、兼容的管状衬套32、横向支架33以及背衬装置34。管状衬套32装配在壳体31内。支架33和装置34形成的装置用于将辅助轴承10紧固到定子组件3。
[0040]转子组件4包括空心轴41、管状元件42和环形元件43。元件42和43安装在轴41上，并且限定部分地接收辅助轴承10的空间44。转子组件4绕轴线Xl是旋转Rl可动的。
[0041]磁性轴承5在图1上仅示意性地示出，其相对于定子组件3和转子组件4 (为了简化的目的，二者并未示出)布置。
[0042]辅助轴承10，也被称为紧急轴承、着陆轴承(landing bearing)、后备轴承(back-up bearing)或降落轴承(touch down bearing)，主要在旋转机械I的启动或停止操作期间以及还在磁性轴承5出现全部或部分失效时经受冲击载荷的情况下的短暂间歇期间支撑转子组件4。
[0043]辅助轴承10包括两排滚珠轴承11和12，也被称为串联滚珠轴承11和12，它们被预加载并且特别适于在加压环境中使用。轴承11包括外圈13和内圈14，而轴承12包括外圈15和内圈16。轴承11包括位于圈13和14之间的一系列滚珠17，而轴承12包括位于圈15和16之间的一系列滚珠18。滚珠17和18可以由陶瓷或钢制成。外圈13和15装配在管状衬套32内。横向支架33定位成对着外圈13，而背衬装置34定位成对着外圈15。支架33和装置34形成的装置用于将外圈13和15紧固到定子组件3。内圈14和16位于空间44中。
[0044]在正常操作中，在辅助轴承10和转子组件4之间，更精确地说，在内圈14、16和管状元件42之间，相对于轴线Xl沿径向设置缝隙或间隙。图2上示出了圈14和转子组件4之间的间隙G。例如，用于辅助轴承10的间隙G约为磁性轴承5的空气间隙的宽度的一半。
[0045]实际上，辅助轴承10的内圈14和16在主操作模式下不绕轴线Xl旋转，在副操作模式下被拖动成绕轴线Xl旋转。施加在辅助轴承10上的预载增加了带走转矩(take awaytorque)，即施加到串联滚珠轴承11和12以启动将内圈14和16拖动成绕轴线Xl旋转的最小转矩，从而从主模式切换到副模式。通常，该最小转矩可以在3和5N.m之间，但也可以显著更少。这取决于滚珠轴承及周围结构的尺寸和类型。
[0046]当前，旋转机械I在越来越高的压力下工作，气体密度越来越高。在不当操作或故障的情况下，内摩擦系数可能降低。然后，由于转子组件4的旋转而造成的空气动力效应可能足以将辅助轴承10拖动成旋转。在这些条件下，辅助轴承10可能会受到损坏并且失去其刚性，因此失去其在磁性轴承5失效的情况下保护旋转机I的能力。
[0047]为了检测辅助轴承10的旋转，已知的解决方案具有严重的缺点。
[0048]根据第一解决方案，可以通过位置传感器例如涡流探头来监测辅助轴承10的滚珠17和18的旋转。然而，这种解决方案不能与由陶瓷(当前大多数情况下)制成的滚珠17和18—起工作。
[0049]根据第二解决方案，磁性目标可以连接到辅助轴承10的内圈14。然而，该解决方案意味着磁性目标的特定制造。此外，，磁性目标可能一方面不与辅助轴承