[发明专利]用于压膜阻尼器的桥形弹簧居中装置及阻尼器膜轴承组件

说明书

相关申请的交叉引用

本国际申请要求2010年11月23日提交的美国临时专利申请序列号61/416,666的优先权。

关于联邦政府赞助研究或开发的陈述

不适用。

对附件的引用

不适用。

技术领域

本文中所公开和教导的本发明总体涉及通常结合高速旋转轴使用的轴承类型，并且更具体地，涉及这样的轴承：该轴承结合有压膜阻尼器轴承支撑系统以用于衰减轴承内的振动。

背景技术

用于涡轮机械中的高速旋转轴的流体膜和压膜阻尼已使用了多年，从而为转子-轴承系统增加阻尼以用于振动衰减。总体而言，在这种系统中，轴颈轴承壳体与轴承箱体之间的薄油膜通过允许轴承壳体围绕轴承箱体或转接环(adapter ring)（在下文中共同称为“轴承箱体”）在油膜之内跳动来提供阻尼。对油的挤压作用产生阻尼。在流体膜轴承中，薄流体膜在旋转轴颈表面与静止轴承表面之间形成缓冲，并且对来自转子的振动进行阻尼。在压膜阻尼器轴承中，流体的薄膜被两个非旋转的圆柱表面挤压。一个表面是静止的，而另一个通过弹簧杆支撑结构定位并且随着转子的运动振荡。流体膜的挤压通过轴承支撑对转子振动进行阻尼。

对涡轮机的振动进行阻尼提供了机器的安静和舒适的操作、在机器及其支撑件上的疲劳应力减小、并且保护免受由不稳定振动而造成的损坏。涡轮机中的振动通常由于旋转质量失衡（例如，转子）或者由于涡轮和/或压缩机内的气动力造成。这些振动不是静态的，但是随着涡轮机的操作速度和操作特性发生变化。涡轮机振动的动态范围的大小和频率随着涡轮机的操作速度发生变化。最佳轴承必须具有根据由特定涡轮机施加于轴承的振动的动态范围定制的动态阻尼特性。

现有技术轴承不能很好地适应轴承之间的不可避免的高度不对准。当存在与转子或其它轴承的不对准时，这些现有技术轴承变得负载不均匀。不对准能够造成一些轴承承受过度负荷，而其它轴承轻微负载。流体膜轴承上的过度负荷能够使油膜的厚度减小至膜不足以防止轴承与转子的轴颈表面之间的金属与金属接触的这种程度。不充分的油膜能够造成夸大的金属温度、严重的金属磨损和轴承的过早故障。此外，轻微负载轴承可能随着轴承油涡动而振动，从而有助于从涡轮机传输至轴承支撑的振动，而非进行阻尼。因此，现有技术轴承不能适应不对准这些轴承的严重缺点。

压膜阻尼器设计的一个挑战性方面涉及轴承壳体在轴承箱体中居中。为了实现来自压膜阻尼组件的可接受的阻尼，非可旋转轴承支撑构件必须能够在壳体内移动。弹性体O形圈通常用于此目的。即使O形圈仍然足以对可移动轴承支撑构件进行水平居中，但是当O形圈不能支撑轴和轴承的重量，从而允许可移动轴承支撑构件落座在壳体孔的底部上时，这仍然是难以实现的。此外，设置在轴承壳体中的O形圈凹槽是偏置的，使得壳体在轴承箱体中位置较高。当转子被设定在轴承中时，转子重力负载迫使轴承壳体在轴承箱体中下移。如果系统设计正确，则轴承壳体最终在轴承箱体中居中，且转子被安装。

存在与通过该方式使用O形圈相关的多种问题。一个这种问题与O形圈的刚度是高度非线性的实际情况相关，从而使其难以选择适当的直径并且因此难以选择用于轴承壳体居中的刚度。另一个问题是O形圈随着时间过去而退化，从而失去其刚度，由此允许轴承壳体在轴承箱体中下落，进而降低阻尼器的有效性。特别是对于重量超过3,000磅的转子而言，另一个问题是难以找到将提供足够刚度以抵消巨大的转子重量的O形圈。

为了解决与使用O形圈使轴承壳体在轴承箱体中居中相关的这些问题，已开发了机械居中装置。这种机械装置的一个传统的例子采用一个或多个弧形弹簧以用于居中。然而，这种系统具有缺点在于将弧形弹簧设计成能够形成每个特定轴承构造的合适特性是困难的并且是劳动密集的。

工业涡轮机械中的压膜阻尼器更典型地用于速度较高的机器中，以对传统轴承未能充分解决的同步响应和次同步不稳定性问题进行控制。Leader等人（Proceedings of the Twenty-Fourth Turbomachinery Symposium,pp.49-58(1995)中的“The Design and Application of a Squeeze Film Damper Bearing to a Flexible Steam Turbine Rotor”）报道了一个最近的申请，其中通过由O形圈居中的压膜阻尼器对在斜垫轴承上操作的1109磅蒸汽轮机转子进行翻新。该申请成功地使转子的第一临界速度下的同步振动幅度减小超过70%。