[发明专利]轴颈和推力气体轴承

说明书

轴承包括附接至轴颈轴承的推力气体轴承和在推力气体轴承和轴颈轴承中的至少一个的表面中限定的两个或更多个收敛‑发散孔口。收敛‑发散孔口将至少一种加压气体供应到轴承的内部。流体动力提升凹槽设置在推力气体轴承和轴颈轴承的表面上，并提供改进的承载能力和密封能力。对加压气体的比率的控制提供了附加的密封能力和减少的泄漏。金属网阻尼器提供气体轴承的增加的阻尼。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年12月3日提交的第62/942,817号美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开总体涉及推力和轴颈轴承，更具体地，涉及具有收敛-发散孔口几何形状的连接的轴颈和推力气体轴承，以及与轴承一起操作的涡轮机。

背景技术

诸如离心流压缩机、轴向流压缩机和涡轮的涡轮机可用在各种工业中。特别地，离心流压缩机和涡轮在发电站、喷气发动机应用、燃气轮机和汽车应用中具有广泛的用途。离心流压缩机和涡轮也常用于大规模工业应用，诸如用于炼油工业的空气分离设备和热气膨胀机。离心式压缩机进一步用于大规模工业应用，诸如炼油厂和化工厂。

参照图1，示出了根据常规设计的多级离心流涡轮机10。在一些应用中，可使用单级。在其它应用中，可利用多级。这种涡轮机10通常包括由一对轴承40支承在壳体30内的轴20。图1中所示的涡轮机10包括多个级，以逐渐增加工作流体的压力。每一级沿涡轮机10的纵向轴线连续布置，并且所有级可具有或可不具有以相同原理操作的类似部件。

继续参照图1，叶轮50包括周向布置并附接至叶轮毂70的多个旋转刀片60，叶轮毂70又附接至轴20。刀片60可任选地附接至盖65。多个叶轮50可沿着轴20的轴向长度以多个级间隔开。旋转刀片60固定地联接至叶轮毂70，使得旋转刀片60与叶轮毂70一起随着轴20的旋转而旋转。旋转刀片60在多个固定叶片或定子80的下游旋转，所述固定叶片或定子80附接至固定管状壳体。诸如气体混合物的工作流体沿轴20的径向方向进入和离开涡轮机10。旋转刀片60使用机械动力相对于定子80旋转，该机械动力传递到流体。在离心式压缩机中，叶轮50内的旋转刀片60之间的横截面积从入口端到排放端减小，使得工作流体在通过叶轮50时被压缩。

参照图2，诸如气体混合物的工作流体从涡轮机10的入口端90移动到出口端100。设置在入口端90处的一排定子80将工作流体引导到涡轮机10的一排旋转刀片60中。定子80在壳体内延伸，用于将工作流体引导至旋转刀片60。定子80周向地间隔开，在围绕壳体周边的各个支柱之间具有大致相等的间隔。扩散器110设置在旋转刀片60的出口处，用于将过量的动能转换为从来自离开旋转刀片60的流体流的的压力上升。扩散器110可选地具有在壳体内延伸的多个扩散器叶片120。扩散器叶片120周向地间隔开，通常在各个扩散器叶片120之间围绕扩散器壳体的周边具有相等的间隔。在多级涡轮机10中，在流体压缩级的出口端100处设置有多个返回通道叶片125，用于将工作流体引导至下一连续级的旋转刀片60。在这样的实施方式中，返回通道叶片125提供来自涡轮机10的第一级的定子80的功能。多级涡轮机10中的最后一个叶轮通常仅具有扩散器，该扩散器可设置有或不设置扩散器叶片120。最后的扩散器将工作流体流引导至具有用于连接至排放管的出口凸缘的排放壳体(蜗壳)。如图2中所示，在单级实施方式中，涡轮机10包括位于入口端90处的定子80和位于出口端100处的扩散器110。

在涡轮机械应用中，轴承的目的是以最小的摩擦可靠地支承旋转转子，并为低振动提供必要的刚度和阻尼特性。为此目的，用于涡轮机械的绝大多数轴承会使用油。气体轴承是这样的轴承，其中气体而不是油是工作流体，以实现转子与轴承表面之间的这种分离。这消除了对油润滑的需要。