[其他]具有各向異性剛度的軸承

在審

• 申請號: 101986000001634
• 申請日: 1986-03-14
• 公開（公告）號: CN1006181B
• 公開（公告）日: 1989-12-20
• 發明（設計）人: 詹姆斯·丹尼斯·麥克希爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 王峰章;章社杲

本發明是具有各向異性剛度的軸承。用于高速轉子上的各向異性軸承支撐物包括至少有兩個具有不同剛度值的支撐裝置。這兩個支撐裝置沿徑向方向基本上作用在轉子周邊上的相同點上，相互分開成一定的角度。采用各向異性的軸承支撐物將減輕轉子振動的影響和嚴重性，提高轉子的穩定性。

本發明涉及到旋轉的機械裝置，特別是涉及到旋轉機械裝置中的高速轉子的軸承。

例如，用于蒸汽渦輪、燃汽渦輪和壓縮機中的高速轉子，可能受到產生的各種振動力，使機械裝置發生故障。這種力的一個激勵源是轉子的不平衡。轉子的不平衡就會產生與轉子旋轉頻率同步的振動。當轉子速度通過所謂的臨界速度或系統諧振速度的特定的狹窄范圍時，這些振動就被加強。在過渡到這些臨界速度區域時產生的轉子的振動可以進行限制，辦法是改善轉子的平衡狀態，附加阻尼系統，以及減少轉子在加速或減速時通過臨界速度區的時間。一種相對本身的工作速度沒有臨界速度的理想平衡轉子是可以做出來的，并在顯著高于臨界速度的情況下工作，而不產生較大的同步振動。

與同步振動相比，次同步振動不因轉子的不平衡而產生，而且，其發生不限于在窄的速度范圍內。因此，次同步振動通常不能用改善轉子的平衡狀態來限制，也不能通過特定速度對轉子作快速加速或減速來解決。機械裝置發生次同步振動的典型表現形式是，當轉子速度超過某個臨界值時，振動突然地加強。在轉子速度增加到臨界值時，振動頻率通常是轉子速度的幾分之一，并常常與系統已通過的諧振頻率相一致。由于轉子的不平衡，總振動中的次同步振動分量的振幅往往超過同步振動分量的振幅。在臨界值以上，轉子速度再進一步地增加，通常不會改變次同步振動頻率，但這種增加的確會使它的振幅增大。因此，開始產生次同步振動時的轉子的臨界速度，可以作為轉子的極限速度，而且可以使轉子在低于最佳設計速度下工作。

轉子的次同步振動是由不同性質的一些現象所引起，而不是由轉子的不平衡所引起。這些現象具有共同的特點;轉子在給定的徑向方向上的移動將產生兩個不同的力，其中之一是作用在轉子位移方向上的復原力，另一個是垂直于移動方向的力。后一個力通稱為交叉耦合力。

實踐經驗和理論探討已經確定了產生這種激起次同步振動的交叉耦合力的一些主要現象。這些現象包括轉子熱壓配合和耦合時的滑動摩擦，轉子材料的應力-應變滯后現象，由渦輪和壓縮機中的迷宮式密封和不均勻的葉尖間隙等產生的動液軸承狀態和氣動現象。在一個給定的轉子上就可能存在幾個這樣的交叉耦合力。

盡管產生交叉耦合力的一些原因為一些有經驗的轉子設計師所知，但通過改善設計來避免所有這些因素，或在設計階段估測它們的數值，這是不可能的。已經成功地用于減少交叉耦合力的一些措施包括：消除任何地方可能出現的熱壓配合，減少不能被消除的熱壓配合的出現機會，放開或允許摩擦滑動，把葉尖間隙的周圍偏差減到最小，以及采用產生交叉耦合力機會最小的潤滑油膜軸承設計。支點式推力軸頸軸承被廣泛地用來替換圓柱形內徑軸承，這是由于支點式推力軸頸軸承能夠使軸承上產生的交叉耦合力減至最小。

盡管采用了這些熟知的設計步驟，但轉子的破壞性的次同步振動依然存在，在許多高速旋轉的機械裝置中仍然是一個嚴重的問題。為減少交叉耦合力的不穩定作用而采用的進一步設計，很清楚是符合需要的。通常，在第一次試驗揭示以前，在給定的新的機械裝置中的次同步振動不穩定性問題是不會被懷疑的。對一個未知的次同步振動情況的出現就特別需要有一個能采用的簡單的解決方案，即為減小不穩定力無需對轉子或定子進行改裝。

1963年，W.凱林博格（Kellenberger）在《勃朗·保弗利電氣公司評論》（50 The BroWn Boveri Rev.）1963年11月/12月第11/12期合刊的第756～766頁上的一篇文章中提出了一種方法，可把交叉耦合力的作用減到最小，這種方法是在水平方向和垂直方向使用不同的剛度來支撐轉子。