[发明专利]气体轴承或关于气体轴承的改进

说明书

一种气体轴承系统具有含有运动部件和静止部件的至少一个气体轴承(30，32，34)，并且所述运动部件和所述静止部件可以以空气动力学模式和空气静力学模式两者被操作。所述系统具有流体地与所述轴承连接的加压气体源(36)和用于根据所述运动部件的旋转速度调节加压气体向所述轴承的供应的控制系统(134)。所述系统在涡轮增压器(1)中具有特别的应用，其中来自所述源的加压气体流在所述涡轮增压器的操作的启动或减慢阶段被引入所述轴承，当所述涡轮增压器已经到达正常操作速度时所述流被停止或减少。

技术领域

本发明涉及气体轴承或关于气体轴承的改进，并且特别地，但不排他地，涉及用于涡轮增压器及其类似物的气体轴承。本发明还涉及并入这样的气体轴承的涡轮增压器。

背景技术

周知的涡轮增压器从内燃机吸入热排气并且通过旋转地稳固安装于轴的涡轮机叶轮将包含在排气中的能量转化为运动(旋转)能。涡轮机叶轮的旋转运动沿着轴传递以旋转压缩机叶轮，该压缩机叶轮吸入并压缩空气以输送到引擎的气缸。涡轮增压器的使用可以显著提高燃机的整体效率，但重要的是要保持涡轮增压器中的能量损失低。涡轮增压器对排气流量作出快速响应并且因此减少涡轮迟滞也是一个重要的设计考虑因素，并且各种要求不得不被平衡以针对任何给定应用。

涡轮增压器中使用陶瓷涡轮机叶轮是周知的。由于陶瓷材料的高温强度和相对低的密度，由陶瓷材料制成的涡轮机叶轮优选于由金属材料(比如铬镍铁合金(Inconel))制成的叶轮。这允许在升高的操作温度下涡轮机叶轮的使用，同时与铬镍铁合金涡轮机叶轮相比，质量惯性矩减小。陶瓷涡轮机叶轮较轻，具有较高的强度，并且比它们的铬镍铁合金等同物更硬并且更耐腐蚀。与具有相当的铬镍铁合金涡轮机叶轮的涡轮增压器相比，陶瓷涡轮机叶轮的使用允许涡轮增压器被设计成具有以下优点：

●更快速的响应，减少涡轮迟滞；

●以较低的引擎转速工作的能力，这有助于减少车辆在城市地区的排放，在城市地区汽车移动不快但产生高排放；

●运行更快的能力，这允许在给定流率时涡轮增压器的尺寸被减小；

●寿命更长。

使用轴承系统来支撑旋转轴是常见的，比如涡轮增压器中的连接轴。在周知的装置中，轴承系统包括用于支撑旋转负载的径向套或轴颈轴承，以及轴向推力轴承。为了减少摩擦损失并且提高响应速度，周知的是采用非接触式轴承，包括流体轴承，以及更特别地是气体轴承，并且尤其是空气轴承。

在气体轴承中，加压气体的薄膜在相对运动的表面之间提供很低摩擦的负载承载界面。气体轴承有两种主要类型，气体静力学(空气静力学)和气体动力学(空气动力学)。在气体静态轴承中，加压气体从外部源(通常为泵，压缩机或压缩气体储存器)被供应以形成负载承载层。在气体动力学轴承中，在轴承表面之间的相对运动在没有加压气体的外部供应时被用来产生支撑层。

与使用传统含油轴承的相当的涡轮增压器相比，涡轮增压器中气体轴承的使用提供了很多优点。这些优点包括：

●更快速的响应，减少涡轮迟滞；

●运行更快的能力，这允许在给定流率时涡轮增压器的尺寸被减小；

●提高压缩机的输出功率，即更多的功率被回收回来以增强引擎；

●更干净，因为没有油，没有泄漏或燃烧油造成的附加污染；

●减少燃料消耗和排放，特别地当汽车在城市地区以中等速度行驶时。