[发明专利]具有旋转衬套的轴承系统和涡轮机

说明书

一种轴承系统(600)包括流体轴承(610)、具有实心部分(624)的轴(620)，和围绕所述实心部分(624)定位且在所述流体轴承(610)的一个或多个垫片(612)前方的衬套(630)；所述衬套(630)包括中空部分(632)，和将所述衬套(630)的所述中空部分(632)固定到所述轴(620)的所述实心部分(624)的多个支撑元件(634)。

技术领域

本发明涉及一种轴承系统和涡轮机。

背景技术

旋转机器的转子由特定装置可旋转地支撑；特定来说，机器的轴是由一个或多个轴承支撑。

图1示意性地示出包括定子110和转子120的涡轮机100。举例来说，转子120具有包括从第一侧突起的第一轴末端部分121和从第二侧突起的第二轴末端部分122的旋转轴，且定子110具有可旋转地支撑第一轴末端部分121的第一流体轴承111，和可旋转地支撑第二轴末端部分122的第二流体轴承112。

存在若干类型的“流体轴承”(也被称作可概括地分类成两个类型：“流体动力轴承”和“流体静力轴承”的“流体膜轴承”)：普通轴承、莱蒙(lemon)轴承、斜垫轴承等。

图2示意性地示出根据现有技术的普通流体轴承系统200。其包括具有轴颈211(对应于所述轴在图2中由两条虚线定界的轴向部分)的旋转轴210(图2中部分地示出)和普通流体轴承220；轴颈211定位于轴承220内部。轴承220具有围绕旋转轴颈211的圆柱形轴承定子垫片221(此“垫片”由于其圆柱形形状常常被称为“衬套(bush)”)，且垫片221与轴颈211之间存在围绕轴颈211的小间隙。在轴210的旋转期间，在垫片221与轴颈211之间喷射润滑剂流体LF以便避免接触并减少摩擦；润滑剂流体LF通常从垫片221的中间(有时为如图2中的中心)流到轴承220的两侧。

图2示出轴210的轴线与轴承220的轴颈底座的轴线230重合的理论情况(可视为理想情况)；在此情况下，垫片221与轴颈211之间的间隙围绕轴颈211都是均匀的。

不管怎样，在轴210旋转期间的旋转机器中，两个轴线并不重合：其可能彼此远离和/或倾斜。

借助于实例，图3示出在轴210绕其轴线旋转时轴颈211在垫片221内部的四个连续位置；轴颈211绕其轴线进行旋转移动并绕轴承的轴线230进行轨道移动；从图3A中的位置开始，轴颈进行顺时针90°的旋转移动和顺时针90°的轨道移动并到达图3B的位置，接着轴颈进行顺时针90°的旋转移动和顺时针90°的轨道移动并到达图3C的位置，接着轴颈进行顺时针90°的旋转移动和顺时针90°的轨道移动并到达图3D的位置。

在此情况下，垫片221与轴颈211之间的间隙是不均匀的；特定来说，如果考虑在轴颈211的直径D上的点A，那么点A与垫片221之间的距离在任何时间都保持相同(或变化不大)；这表示在点A的区域中的轴颈的温度将高于在例如轴颈的相对区域中的温度。

图4示出沿着轴颈211的直径D的示范性简化温度曲线图：在直径D的第一端E1(接近于点A)处存在高温T1，在直径D的第二端E2(远离点A)处存在低温T2；此温度曲线图是理想地直线线段；更切实来说，所述温度曲线图是略微弯曲的线段。轴颈内部的此不均匀温度分布会导致轴颈处的轴发生弯曲和同步转子振动，即所谓的“摩尔顿效应”；在某些条件下，尤其在高速涡轮机中，这可能导致同步转子不稳定性。

为了克服此问题，文档WO2015002924A1教示在轴颈处围绕轴布置管体；管体包括吸收由轴的旋转生成的热量的至少一部分的热屏障。以此方式，不均匀性减少就取决于热屏障的宽度和材料。

发明内容

因此，通常需要避免由流体轴承支撑的轴颈内部的不均匀温度分布，或至少大大地减少不均匀性。

对于例如那些用于“石油天然气”领域中的涡轮机，即用于勘测、开采、存储、精炼和配送石油和/或天然气的工厂的机器，此需求尤其高。