專利名稱：渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)，其包括磁力軸承以及與該磁力軸^目關(guān)的安 全軸承。
背景技術(shù)：
諸如渦輪分子泵和渦輪鼓風(fēng)機(jī)的渦輪泵以例如高達(dá)每分鐘80,000轉(zhuǎn) 的非常高的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子優(yōu)選地支M磁力軸承中，磁力軸 承尤其適用于高速。如恭磁力軸承失效，需提供所謂的機(jī)械式安全軸承用 以防止泵轉(zhuǎn)子接觸泵定子并因而損壞泵定子。使用滾柱軸承作為渦輪分子泵的安全軸承，滾柱軸承由于其結(jié)構(gòu)原理 而受到比滑動軸承更低的磨損。然而，滾柱軸承的缺點(diǎn)在于其相對比較昂 貴，并且可能占渦輪分子泵及渦輪鼓風(fēng)機(jī)的總成本的高達(dá)10%的量。發(fā)明內(nèi)容考慮到上述方面，本發(fā)明的目的是提供一種磁力支承方式的渦輪機(jī)， 其具有低成本的安全軸承。根據(jù)本發(fā)明，該目的是由權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)的。在本發(fā)明的渦輪機(jī)中，安全軸承并不構(gòu)造成滾柱軸承，而是構(gòu)造成滑 動軸承。中間軸襯設(shè)置在滑動軸承的位于定子側(cè)的軸承殼與滑動軸承的位 于轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承軸之間，并且該中間軸襯分別與軸承殼以及軸承軸隔開環(huán) 狀間隙。中間軸襯可相對于軸承殼以及軸承軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的安全^承。在運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，、安全軸承必須減少相當(dāng)大量的動 能。此外，在運(yùn)轉(zhuǎn)的初始，軸承軸可能相對于定子側(cè)的軸承殼具有非常高 的速度，即在IOO m/sec或更高的數(shù)量級。同時(shí)，渦輪機(jī)的泵轉(zhuǎn)子具有相 對較高的慣性矩，從而會導(dǎo)致100 km或更長的止動距離。第二個問題來 自于產(chǎn)生在安全軸承區(qū)域中的高徑向力，該徑向力可在單位為kN的兩位數(shù)范圍中。結(jié)合上述兩個因素而產(chǎn)生了將安全軸承構(gòu)造成滑動軸承的需 要，然而具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的滑動軸承是無法滿足的。軸承，即由軸i軸與中間軸襯的內(nèi)側(cè)所i成的部分軸承，以及由中間i襯 的外側(cè)與軸承殼所形成的第二部分軸承。中間軸襯與軸承殼之間的外環(huán)狀 間隙盡可能地小，但對于中間軸襯在任何情形下能夠保持相對于軸承殼旋轉(zhuǎn)來說，外環(huán)狀間隙^L夠大的。在運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，中間軸襯首先由軸承軸加速。同時(shí)，軸承軸襯由定 子側(cè)的軸承殼減速。最后，中間軸襯和軸承軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到平衡。在理想的 情形中，中間軸襯與軸承殼之間的速度差同中間軸襯與軸承軸之間的速度 差幾乎相等。由于中間軸襯的可旋轉(zhuǎn)性，制動操作分布在兩對滑動表面上， 使得由此產(chǎn)生的磨損至少減半。此外，整個滑動軸承的制動力被降低，使 得熱量生成以及熱量積聚的風(fēng)險(xiǎn)均可降低。滑動表面對中的表面設(shè)計(jì)成使 得制動力和制動時(shí)間近似于滾柱軸承的制動力和制動時(shí)間。因此，熱量生 成也是近似的，并且小到不會產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。滑動軸承中的中間軸村將每對滑動表面的制動距離降低到大約一半， 這樣更進(jìn)一步地降低了熱量生成并輕微地抑制了軸承軸的軸向沖擊。所有渦輪機(jī)的磁力軸承的安全軸承。制造以上述方式構(gòu)造的滑動軸承比制造相應(yīng)的滾柱軸承更加經(jīng)濟(jì)。由 于成本中的大量份額是安全軸承帶來的，因此也能夠顯著地降^^目應(yīng)的渦 輪機(jī)的總價(jià)格。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，彈性元件設(shè)置在中間軸襯與軸承殼之間，所述彈性 元件保持中間軸襯與軸承殼隔開。彈性元件將中間軸襯固定在軸承殼內(nèi)的 限定位置中。另外，當(dāng)軸承軸撞擊中間軸襯時(shí)，彈性元件會抑制來自軸承 軸的沖擊。此外，彈性元件還可以具有阻尼特性。在運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，從軸承軸傳遞至中間軸襯的徑向力很高。此外，軸 承軸與中間軸襯之間或者中間軸襯與軸承殼之間的接觸表面不是大面積的，由于軸承軸相對于中間軸襯的可能的傾斜定位以及中間軸襯相對于軸承殼的可能的傾斜定位，使所述接觸表面最多成線性或甚至僅成點(diǎn)狀。因此，產(chǎn)生很高的表面負(fù)載。通過在軸承殼與中間軸襯之間設(shè)置彈性元件，軸承軸的徑向沖擊運(yùn)動被吸收，從而顯著地降低所產(chǎn)生的表面負(fù)載。這還 降低了滑動軸承的總體磨損。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，軸承殼與中間軸襯之間的外間隙的間隙高度基本上 小于軸承軸與中間軸襯之間的內(nèi)間隙的間隙高度。內(nèi)間隙具有與傳統(tǒng)安全 軸承的軸承間隙相同的功能，因而也具有相同的間隙高度。內(nèi)間隙代表磁 力軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍。附加的外間隙允許在中間軸襯與軸承殼之間有相對的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這不 需要特別大的間隙。外間隙的間隙高度越小，中間軸襯相對于軸承殼的傾 斜就越小。這樣再次確保了軸承殼與中間軸襯之間以及在中間軸襯與軸承 軸之間實(shí)現(xiàn)盡可能小的沖擊角。此外，在上述外間隙具有小間隙高度的情 況下，還能夠使泵轉(zhuǎn)子與泵定子之間的間隙尺寸保持較小。優(yōu)選地，中間軸襯形成一體并由金屬制成。以此方式，能夠提供一種 與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的昂貴的陶資滑動軸^目比更為經(jīng)濟(jì)的滑動安全軸承。


下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中圖l示出設(shè)計(jì)為渦輪分子泵的渦輪機(jī)，其具有兩個磁力軸承和安全軸 承，以及圖2是圖1所示渦輪機(jī)的安全軸承的放大圖。
具體實(shí)施方式
圖1和2圖示出設(shè)計(jì)為渦輪分子泵的快速旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)10,并且其包括 轉(zhuǎn)子12及定子14。轉(zhuǎn)子12基本上包括帶有泵轉(zhuǎn)子18的軸16，在軸的支 承區(qū)域中的軸部形成軸承軸20。軸承軸20形成兩個磁力軸承22、 23的轉(zhuǎn) 子側(cè)部分以及形成滑動軸承26、 27的轉(zhuǎn)子側(cè)部分，滑動軸承26、 27沿軸 向設(shè)置在兩個磁力軸承22、 23之間并用作兩個磁力軸承22、 23的安全軸 承。每個滑動軸承26、 27由軸承軸20、定子側(cè)軸承殼28以及圓筒形的中 間軸襯30形成，圃筒形的中間軸襯30沿徑向設(shè)置在軸承殼28與軸承軸20之間。軸承殼28、中間軸襯30以及軸承軸20由金屬制成。中間軸襯 30通過與軸承殼28成固定關(guān)系的金屬彈性元件32支承。中間軸襯30以相對于軸承殼28和軸承軸20能夠旋轉(zhuǎn)的方式被支承。 在中間軸襯30與軸承軸20之間具有圓筒形的間隙33 ，該間隙33具有大 約0.2 mm的間隙高度，用作磁力軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間軸承軸20所需的容隙。 位于中間軸襯30與軸承殼28之間的外間隙34具有大約0.02 mm的較小 的徑向間隙高度。外間隙34僅需大到'1^確保在所有熱狀況下中間軸襯 30相對于軸承殼28均具有旋轉(zhuǎn)性。與傳統(tǒng)的滑動軸擬目比，滑動軸承26包括兩對滑動表面，全部的制 動操作以及所有的軸承磨損均分布在兩對滑動表面上。因此，可以降低尤 其是熱、沖擊和磨損形式的應(yīng)力，使得可以使用低成本的滑動軸承作為快 速旋轉(zhuǎn)氣體輸送渦輪機(jī)中的安全軸承。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)(10)，其包括磁力軸承(22、23)和機(jī)械式安全軸承，其特征在于，所述安全軸承構(gòu)造成滑動軸承(26)，并包括定子側(cè)的軸承殼(28)以及轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承軸(20)，中間軸襯(30)設(shè)置在所述軸承殼(28)與所述軸承軸(20)之間，所述中間軸襯沿徑向與所述軸承軸(20)以及所述軸承殼(28)隔開環(huán)狀間隙(33、34)，并且所述中間軸襯(30)能夠相對于所述軸承殼(28)以及相對于所述軸承軸(20)旋轉(zhuǎn)。
2. 如權(quán)利要求l所述的渦輪機(jī)(10)，其特征在于，彈性元件(32) 設(shè)置在所述中間軸襯(30)與所述軸承殼(28)之間，所述彈性元件使所 述中間軸襯(30)與所述軸承殼(28)保持隔開。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述軸承殼 (28)與所述中間軸襯(30)之間的外間隙(34)的間隙高度小于所述中間軸襯(30)與所述軸承軸(20)之間的內(nèi)間隙(33)的間隙高度。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(10),其特征在于，所 述中間軸襯(30)是一體的并由金屬制成。
5. —種安全軸承，其用于具有磁力支承的轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)(10),所述 安全軸承包括如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的特征。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速渦輪機(jī)，其包括用于支承轉(zhuǎn)子的磁力軸承(22、23)以及安全軸承。該安全軸承構(gòu)造成滑動軸承(26、27)，并包括位于定子側(cè)的軸承殼(28)、位于轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承軸(20)以及位于軸承殼(28)與軸承軸(20)之間的中間軸襯(30)。所述中間軸襯(30)與軸承軸(20)以及軸承殼(28)隔開環(huán)狀間隙(33、34)。中間軸襯(30)可相對于軸承殼(28)以及軸承軸(20)旋轉(zhuǎn)。由于這種設(shè)計(jì)，滑動軸承(26)提供了兩對滑動表面，所有產(chǎn)生的動態(tài)力分布在兩對滑動表面上從而顯著地減小了磨損，因而允許在磁力支承的高速渦輪機(jī)中使用滑動軸承作為安全軸承。
文檔編號F01D25/16GK101238301SQ200680028678
公開日2008年8月6日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者羅蘭·布盧門塔爾 申請人:厄利孔萊博爾德真空技術(shù)有限責(zé)任公司