[发明专利]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

说明书

相关申请的交叉引用

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挠曲支点可倾瓦块半浮环轴颈轴承(Fluid Film Hydrodynamic Flexure Pivot Tilting 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

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。

发明背景

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。

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。

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：一个涡轮机壳体或外罩12，该涡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；以及一个涡轮机叶轮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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

尽管如上所述，但已知的轴承构型依然可能存在缺点。