[发明专利]用于使由流体轴承支承的轴中的温度均匀化的方法、轴承系统和涡轮机

说明书

本方法用于在轴(610)的旋转期间使由流体轴承(620)支承的轴(610)中的温度均匀化；轴(610)的轴颈部分(611)位于流体轴承(620)内侧；至少一个通路(614)至少沿轴颈部分(611)设在轴(610)内以便穿过其；至少一个换热流体(HEF)流安置在至少一个通路(614)中，且该或各个通路(614)由套筒(616)覆盖的对应凹槽限定。该方法允许克服由于莫顿效应引起的问题。实施该方法的轴承系统(600)有利地在涡轮机中使用。

技术领域

本文公开的主题的实施例对应于由流体轴承支承的轴中的温度均匀化的方法、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承；具体而言，机器的轴由一个或多个轴承支承。

图1示意性地示出了包括定子110和转子120的涡轮机100。例如，转子120具有旋转轴，其具有从第一侧凸出的第一轴端部121和从第二侧凸出的第二轴端部122，且定子110具有可旋转地支承第一轴端部121的第一流体轴承111，以及可旋转地支承第二轴端部122的第二流体轴承112。

存在若干类型的流体轴承(也称为流体膜轴承，其可宽泛地归类为两种类型：流体动态轴承和静压轴承)：滑动轴承、柠檬轴承、倾斜垫轴承，等。

图2示意性地出了根据现有技术的滑动流体轴承系统200。其包括具有轴颈211(对应于在图2中由两条虚线界定的轴的轴向部分)的旋转轴210(部分地显示在图2中)，以及滑动流体轴承220；轴颈211定位轴承内侧220。轴承220具有围绕轴颈211的圆柱形轴承垫221(在本例中，垫由于其圆柱形而通常称为轴套)，且垫221与轴颈211之间在轴颈211周围存在小间隙。由于轴210的旋转，故润滑流体LF注入垫221与轴颈211之间，以便避免接触和减小摩擦；润滑流体LF通常从垫211的中部(有时是图2中的中心)流至轴承220的两侧。

图2示出了理论(其可认作是理想的)情形，其中轴210的轴线和轴承220的轴颈座的轴线230重合；在本例中，垫221与轴颈211之间的间隙在轴颈211周围是一致的。

无论如何，在旋转机械中，在轴210的旋转期间，两条轴线不会重合：它们可在彼此之间间隔开和/或倾斜。

举例来说，图3示出了在轴210围绕其轴线旋转时的垫221内的轴颈211的四个连续部分；轴颈211产生围绕其轴线的旋转移动和围绕轴承的轴线230的轨道移动；从图3A中的位置开始，轴颈产生90°的顺时针的旋转移动，以及90°顺时针的轨道移动，且达到图3B的位置，然后轴颈产生90°顺时针的旋转移动和90°顺时针的轨道移动，且达到图3C的位置，然后轴颈产生90°顺时针的旋转移动和90°顺时针的轨道移动，且到达图3D的位置。

在本例中，垫211与轴颈211之间的间隙是不一致的；具体而言，如果考虑轴颈211的直径D上的点A，则点A与垫221之间的距离在任何时间都保持相同(或不会变化太大)；这意味着点A的区域中的轴颈的温度将高于例如在轴颈的相对区域中的温度。

图4示出了沿轴颈211的直径D的示例性简化温度图：在直径D的第一端E1(接近点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；该温度图是完美的直节段；更现实的是，温度图是略微弯曲的节段。轴颈内的此类非均匀温度分布引起轴颈处的轴的弯曲和同步转子振动，即，所谓的莫顿效应；在某些情况下，尤其是在高速涡轮机中，其可导致同步转子不稳定。

为了克服此问题，文献WO2015002924A1教导了将围绕轴的管状本体布置在轴颈处；管状本体包括热障层，其吸收由轴的旋转生成的热的至少一部分。以此方式，不均匀的减少取决于热障层的宽度和材料。

发明内容

因此，大体上需要避免由流体轴承支承的轴颈内侧的不均匀温度分布，或至少较大的减小不均匀性。