轴承组件的制作方法

本公开涉及适合于高负载能力和高速操作的外部加压的、气体润滑的、轴颈以及推力轴承组件。外部加压的气体轴承由于其负载能力差以及由于在高速下不稳定而产生的频繁故障而未得到工业旋转机械的广泛接受。

背景技术：

轴承组件用于工业旋转机械中，如膨胀机、压缩机、风扇、鼓风机、电动机/发生器，以及在高负载、高速以及大的热梯度下操作的燃气涡轮发动机。所有工业旋转机器需要轴颈轴承来处理旋转轴和推力轴承的径向负载，以处理旋转轴的推力负载。传统上，工业旋转机械轴由滚珠轴承或含油轴承支承。此类旋转机械的功率可变化，例如，从7.5kw(10马力)到7.5mw(10,000马力)以上。

旋转机械(如膨胀机、压缩机以及燃气涡轮发动机)已从低速、轻载机器发展到更高速、更重载的机器。使旋转机械以更高速度和更高负载操作实现了过程效率的改进并且减小整体机器大小，导致较低的成本。随着机器的速度提高，进行工作的轴轴承系统必须发展，以克服如转子不稳定性和低负载承载能力等独特问题。

大型旋转机械典型地使用含油轴承来处理高速转子，因为油具有非常高的阻尼能力，这有益于对抗稳定性问题。使用含油轴承的一个缺点是对昂贵的润滑油供应系统的需求，以向轴承提供冷却的、过滤的、加压的油润滑。此外，含油轴承机器由于通过特殊密封件的使用将油与过程流隔离的典型需求而变得复杂，这可增加相当大的成本。由于在较低温度下粘度的急剧变化以及由于在较高温度下油分子的分解而产生的焦化，油还具有非常有限的大约为50℉到250℉的有效操作温度范围。

工业界期望在维持足够阻尼能力的同时避免关于含油轴承的这些问题。

为了克服含油轴承的限制，在过去的70年里，在气体轴承开发领域进行了积极的研究。典型地，气体轴承限于小型涡轮机应用(即，750w(1hp)到225kw(300hp))，如涡轮鼓风机、空气循环机、微型涡轮，以及小型辅助功率单元。

气体轴承组件(尽管在小型涡轮机领域成功实施)可由于其在高操作速度下的有限负载能力和转子稳定性的损失而无法突破到大型工业旋转机械市场。

气体轴承可典型地被分类为自生轴承或外部加压轴承。

自生轴承通过流体动力学原理工作，其中轴运动生成自持的气膜，其用于在高速下承载轴上的负载。自生气体轴承(虽然高度稳定)缺乏负载能力，因为自生气膜依赖于气体粘度来生成负载承载压力分布，这是非常弱的。

外部加压轴承需要通过端口供应到机器中至轴承的加压气源，该轴承在轴承垫上生成压力分布，以承载轴负载。外部加压气体轴承理论上可通过简单地增加供应气体的压力而具有巨大的负载能力。尽管有该优点，但外部加压气体轴承很少用于小型涡轮机应用中，并且几乎从不用于大型工业大小的旋转机械中，这是由于因经由气膜的阻尼的缺乏而产生的它们的固有稳定性问题。

工业界期望在高操作速度下具有高负载能力和转子稳定性的气体轴承组件。

工业界期望更宽的操作温度范围，例如从-185℃(-300℉)到650℃(1200℉)。

工业界期望低的轴承功率损失。

工业界期望含油轴承所需的润滑油系统的消除。

工业界期望由于润滑油进入而产生的潜在过程气体污染的消除。

工业界期望简化的轴承组件。

工业界期望易于操作的轴承组件。

工业界期望具有低的维护需求和相关维护成本的轴承组件。

工业界期望用于工业旋转机械的轴轴承组件的提高的可靠性。

可处理大型工业旋转机械的负载而不会遇到不稳定性的外部加压气体轴承为特别合乎需要的。

技术实现要素：

本发明涉及一种轴承组件。该轴承组件为一种改进的设计，其中外部加压气体轴承的技术限制由自我调整设计消除，这实现了用于在高操作速度下处理高负载的大型工业旋转机械的技术的应用。

存在如以下概述的本发明的若干方面。在下文中，本发明的具体方面在下面概述。括号中设置的附图标记和表达参考下面参照附图进一步阐释的示例性实施例。然而，附图标记和表达仅仅为说明性的，并且不将该方面限制于示例性实施例的任何特定构件或特征。各方面可表述为权利要求，其中在括号中设置的附图标记和表达被省略或者在适当时由其它取代。

方面1.一种轴承组件(10)，其包括：

轴承壳(11)；

多个至少三个推力轴承垫(12)，多个至少三个推力轴承垫(12)收纳在轴承壳(11)的面向轴推力滑道(shaftthrustrunner)侧上，其中多个至少三个推力轴承垫(12)中的各个具有面向轴推力滑道侧和面向轴承壳侧；

多个至少三个轴颈轴承垫(23)，其收纳在轴承壳(11)内；其中多个至少三个轴颈轴承垫(23)中的各个具有面向轴枢(shaftjournal)侧和面向轴承壳侧；

其中轴承壳(11)包括一个或更多个润滑气体入口端口(20,33)；以及

其中(i)多个至少三个推力轴承垫(12)中的各个推力轴承垫(12)包括设置在各个相应的推力轴承垫的面向轴推力滑道侧上的通垫润滑气体分配器(through-padlubricatinggasdistributor)(23)，通垫润滑气体分配器可操作地连接于一个或更多个润滑气体入口端口(20)中的至少一个，并且/或者(ii)多个至少三个轴颈轴承垫(23)中的各个轴颈轴承垫(23)包括设置在各个相应的轴颈轴承垫的面向轴枢侧上的通垫润滑气体分配器(24)，通垫润滑气体分配器可操作地连接于一个或更多个润滑气体入口端口(33)中的至少一个，

其中通垫润滑气体分配器(13,24)包括(i)具有连通孔隙性(connected-throughporosity)的多孔层、(ii)具有穿过其限定的多个至少六个孔口的致密层，或(iii)具有穿过其限定的多个至少六个孔口的、具有连通孔隙性的多孔层。

方面2.根据方面1的轴承组件(10)，其中多个至少三个推力轴承垫(12)均包括通垫润滑气体分配器(13)，其中一个或更多个润滑气体入口端口包括可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫的润滑气体入口端口，该轴承组件还包括：

调节器，其与可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫的一个或更多个润滑气体入口端口中的至少一个相关联，用于至多个至少三个推力轴承垫的润滑气体的流和/或压力(即，(i)流，(ii)压力，或(iii)流和压力)控制。

方面3.根据方面2的轴承组件(10)，还包括

推力轴承垫空隙传感器(21)，其可操作地设置成感测多个至少三个推力轴承垫的第一推力轴承垫与轴推力滑道(38)之间的空隙的测量结果；以及

显示器，其与推力轴承垫空隙传感器(21)信号通信，显示器可操作地设置成接收来自推力轴承垫空隙传感器(21)的信号，并且响应于来自推力轴承垫空隙传感器(21)的信号来显示代表空隙的测量结果的值。

方面4.根据方面2的轴承组件(10)，还包括

推力轴承垫空隙传感器(21)，其可操作地设置成感测多个至少三个推力轴承垫的第一推力轴承垫与轴推力滑道之间的空隙的测量结果；以及

控制器，其与推力轴承垫空隙传感器(21)信号通信，并且可操作地设置成接收来自推力轴承垫空隙传感器(21)的信号，控制器可操作地构造成响应于来自推力轴承垫空隙传感器(21)的信号来控制调节器，该调节器与可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫的润滑气体入口端口相关联，用于至多个至少三个推力轴承垫的润滑气体的流和/或压力控制。

方面5.根据方面1至4中的任一项的轴承组件(10)，其中多个至少三个轴颈轴承垫均包括通垫润滑气体分配器，其中一个或更多个润滑气体入口端口包括可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫的润滑气体入口端口，该轴承组件还包括：

调节器，其与可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫的润滑气体入口端口相关联，用于至多个至少三个轴颈轴承垫的润滑气体的流和/或压力(即，(i)流，(ii)压力，或(iii)流和压力)控制。

方面6.根据方面5的轴承组件(10)，还包括

轴颈轴承垫空隙传感器(34)，其可操作地设置成感测多个至少三个轴颈轴承垫的第一轴颈轴承垫与轴枢之间的空隙的测量结果(并且传输信号)；以及

显示器，其与轴颈轴承垫空隙传感器(34)信号通信，显示器可操作地设置成接收来自轴颈轴承垫空隙传感器(34)的信号，并且响应于来自轴颈轴承垫空隙传感器(34)的信号来显示代表空隙的测量结果的值。

方面7.根据方面5的轴承组件(10)，还包括

轴颈轴承垫空隙传感器(34)，其可操作地设置成感测多个至少三个轴颈轴承垫的第一轴颈轴承垫与轴枢之间的空隙的测量结果；以及

控制器，其与轴颈轴承垫空隙传感器(34)信号通信，并且可操作地设置成接收来自轴颈轴承垫空隙传感器(34)的信号，控制器可操作地构造成响应于来自轴颈轴承垫空隙传感器(34)的信号来控制流调节器，该流调节器与可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫的润滑气体入口端口相关联。

方面8.根据方面1至7中的任一项的轴承组件(10)，其中多个至少三个推力轴承垫和多个至少三个轴颈轴承垫均包括通垫润滑气体分配器，该通垫润滑气体分配器可操作地连接于一个或更多个润滑气体入口端口(即，与一个或更多个润滑气体入口端口流体连通)，(以经由一个或更多个润滑气体入口端口接收润滑气体)。

方面9.根据方面8的轴承组件(10)，其中一个或更多个润滑气体入口端口包括可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫的第一润滑气体入口端口和可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫的第二润滑气体入口端口，其中第一润滑气体入口端口具有与其相关联的第一调节器，用于至多个至少三个推力轴承垫的润滑气体的流和/或压力控制，并且第二润滑气体入口端口具有与其相关联的第二调节器，用于至多个至少三个轴颈轴承垫的润滑气体的流和/或压力控制，其中第一调节器和第二调节器是能够独立地调整的。

方面10.根据方面1至9中的任一项的轴承组件，其中轴承壳(11)包括一个或更多个冷却气体喷射端口(32)，用于在多个至少三个轴颈轴承垫(23)中的两个相邻的轴颈轴承垫(23)之间喷射冷却气体。

方面11.根据方面10的轴承组件，还包括：

调节器，其与用于在两个相邻的轴颈轴承垫(23)之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口(32)相关联，用于两个相邻的轴颈轴承垫(23)之间喷射的冷却气体的流和/或压力控制；

温度传感器(35)，其可操作地设置成感测与多个至少三个轴颈轴承垫(23)中的一个或更多个相关联的温度；以及

显示器，其与温度传感器(35)信号通信，显示器可操作地设置成接收来自温度传感器(35)的信号，并且响应于来自温度传感器(35)的信号来显示代表与多个至少三个轴颈轴承垫(23)中的一个或更多个相关联的温度的值。

方面12.根据方面10的轴承组件，还包括：

调节器，其与用于在两个相邻的轴颈轴承垫(23)之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口(32)相关联，用于两个相邻的轴颈轴承垫(23)之间喷射的冷却气体的流和/或压力控制；

温度传感器(35)，其可操作地设置成感测与轴颈轴承垫(23)中的一个或更多个相关联的温度；以及

控制器，其与温度传感器(35)信号通信，并且可操作地设置成接收来自温度传感器(35)的信号，控制器可操作地构造成响应于来自温度传感器(35)的信号来控制与一个或更多个冷却气体喷射端口(32)相关联的调节器，一个或更多个冷却气体喷射端口(35)用于在两个相邻的轴颈轴承垫(23)之间喷射冷却气体。

方面13.根据方面1至12中的任一项的轴承组件，其中轴承壳(11)包括一个或更多个冷却气体喷射端口(19)，用于在多个至少三个推力轴承垫(12)中的两个相邻的推力轴承垫(12)之间喷射冷却气体。

方面14.根据方面13的轴承组件，还包括：

调节器，其与用于在两个相邻的推力轴承垫(12)之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口(19)相关联，用于两个相邻的推力轴承垫(12)之间喷射的冷却气体的流和/或压力控制；

温度传感器(22)，其可操作地设置成感测与多个至少三个推力轴承垫(12)中的一个或更多个相关联的温度；以及

显示器，其与温度传感器(22)信号通信，显示器可操作地设置成接收来自温度传感器(22)的信号，并且响应于来自温度传感器(22)的信号来显示代表与多个至少三个推力轴承垫(12)中的一个或更多个相关联的温度的值。

方面15.根据方面13的轴承组件，还包括：

调节器，其与用于在两个相邻的推力轴承垫(12)之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口(19)相关联，用于两个相邻的推力轴承垫(12)之间喷射的冷却气体的流和/或压力控制；

温度传感器(22)，其可操作地设置成感测与多个至少三个推力轴承垫(12)中的一个或更多个相关联的温度；以及

控制器，其与温度传感器(22)信号通信，并且可操作地设置成接收来自温度传感器(22)的信号，控制器可操作地构造成响应于来自温度传感器(22)的信号来控制与一个或更多个冷却气体喷射端口(19)相关联的调节器，一个或更多个冷却气体喷射端口(19)用于在两个相邻的推力轴承垫(12)之间喷射冷却气体。

方面16.根据方面10的轴承组件，还包括：

一个或更多个冷却气体喷射端口，其用于在多个至少三个推力轴承垫中的两个相邻的推力轴承垫之间喷射第二冷却气体。

方面17.根据方面16的轴承组件，还包括：

第一调节器，其与用于在两个相邻的轴颈轴承垫之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口相关联，用于两个相邻的轴颈轴承垫之间喷射的冷却气体的流和/或压力控制；以及

第二调节器，其与用于在两个相邻的推力轴承垫之间喷射第二冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口相关联，用于两个相邻的推力轴承垫之间喷射的冷却气体的流和/或压力控制，

其中与用于喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口相关联的第一调节器和与用于喷射第二冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口相关联的第二流调节器构造成提供冷却气体和第二冷却气体的流和/或压力的独立控制。

方面18.根据方面1至17中的任一项的轴承组件，还包括

顺从部件(compliantmember)，其设置在多个至少三个推力轴承垫中的各个的面向轴承壳侧与轴承壳之间。

方面19.根据方面18的轴承组件，其中顺从部件为波箔。

方面20.根据方面1至19中的任一项的轴承组件，还包括

顺从部件，其设置在多个至少三个轴颈轴承垫中的各个的面向轴承壳侧与轴承壳之间。

方面21.根据方面20的轴承组件，其中设置在多个至少三个轴颈轴承垫中的各个的面向轴承壳侧与轴承壳之间的顺从部件为波箔。

附图说明

图1示出了轴承组件以及与轴承组件分离的代表性的轴枢和推力滑道表面的视图；

图2示出了轴承组件的等距视图；

图3示出了轴承组件的另一等距视图；

图4示出了轴承组件的面向推力轴承垫侧的正视图；

图5示出了轴承组件的侧视图；

图6示出了轴承组件在与面向推力轴承垫侧相对的后侧上的视图；

图7示出了通过图4的截面a-a的截面视图；

图8示出了图5的截面b-b；

图9示出了图8的细节c；

图10示出了显示轴承组件中的顺从部件(波箔)的剖视图。

具体实施方式

随后的详细描述仅提供优选的示例性实施例，并且不旨在限制本发明的范围、适用性或构造。相反，优选的示例性实施例的随后的详细描述将为本领域技术人员提供用于实施本发明的优选的示例性实施例的能实现的描述，应理解的是，可在元件的功能和布置上进行各种改变，而不脱离如由权利要求限定的本发明的范围。

在应用于本说明书和权利要求中描述的本发明的实施例中的任何特征时，如本文中使用的词语“一”和“一种”意指一个或更多个。“一”和“一种”的使用不局限于意指单个特征，除非这样的限制明确地叙述。在单数或复数名词或名词短语之前的词语“该”表示特别指定的特征或多个特别指定的特征，并且可具有单数或复数涵义，这取决于其中使用其的上下文。

形容词“任何”意指一个、一些或全部，不区分数量如何。

在第一实体与第二实体之间放置的用语“和/或”包括如下含义中的任一个：(1)仅第一实体、(2)仅第二实体，以及(3)第一实体和第二实体。在三个或更多个实体的列表的最后两个实体之间放置的用语“和/或”意指在包括该列表中的实体的任何特定组合的列表中的实体中的至少一个。例如，“a、b和/或c”具有与“a和/或b和/或c”相同的含义，并且包括a、b和c的以下组合：(1)仅a、(2)仅b、(3)仅c、(4)a和b，没有c、(5)a和c，没有b、(6)b和c，没有a，以及(7)a和b和c。

在特征或实体的列表之前的短语“至少一个”意指在实体的列表中的特征或实体中的一个或更多个，但不一定包括在实体的列表中具体列出的每一个实体中的至少一个且不排除在实体的列表中的实体的任何组合。例如，“a、b或c中的至少一个”(或等效地“a、b和c中的至少一个”或等效地“a、b和/或c中的至少一个”)具有与“a和/或b和/或c”相同的含义，并且包括a、b和c的以下组合：(1)仅a、(2)仅b、(3)仅c、(4)a和b，没有c、(5)a和c，没有b、(6)b和c，没有a，以及(7)a和b和c。

用语“多个”意指“两个或多于两个”。

如本文中使用的，“第一”、“第二”、“第三”等用于区分多个步骤和/或特征，并且不表示总数、或时间和/或空间上的相对位置，除非就此确切地叙述。

如本文中使用的，“流体流连通”或等效地“流体连通”意指由一个或更多个导管、歧管、阀等可操作地连接，用于流体的传递。导管为任何管子、管、通路等，流体可被传送通过它们。

现在参照附图，其中相同的附图标记遍及若干视图表示相同的元件，附图示出了根据优选的实施例的轴承组件10的若干视图。

轴承组件10包括轴承壳11，也被称为壳体。轴承壳可包括用于固持或保持轴承组件10的各种构件的一个或更多个金属结构，并且包括用于在其中传送各种气体的各种端口和通路。轴承壳可使用本领域中用于轴承壳的构造的已知的任何合适的材料构成。轴承壳可由机械加工、焊接和/或由添加制造来构成。轴承壳包括一个或更多个润滑气体入口端口20和33，包括推力垫润滑气体入口端口20和轴颈垫润滑气体入口端口33。

推力垫润滑气体入口端口20和轴颈垫润滑气体入口端口33均可具有配件(快速断开或其它)，其可连接于管线(软管、管、管子等)，该管线连接于合适的润滑气体供应部。润滑气体可为例如压缩空气、压缩氮气、压缩氦气，或其它合适的气体，这取决于应用。润滑气体可在任何合适的且期望的温度下供应。

轴承组件10包括多个至少三个推力轴承垫12。附图示出了十个推力轴承垫12。可在轴承组件10中根据轴承组件的大小并根据制造考虑按需要来使用三个或更多个的任何数量的推力轴承垫。推力轴承垫在空间上由轴承壳11定位。多个至少三个推力轴承垫12具有面向轴推力滑道侧和面向轴承壳侧。面向轴推力滑道侧(即，前侧)在操作中面向轴推力滑道38，并且面向轴承壳侧(即，后侧)面向轴承壳11。多个至少三个推力轴承垫12被收纳在轴承壳11的面向轴推力滑道侧上。轴承壳11的面向轴推力滑道侧为在操作中面向轴推力滑道38的侧部，而推力轴承垫12设置在轴承壳11的面向轴推力滑道侧与轴推力滑道38之间。

轴承组件10包括收纳在轴承壳11内的多个至少三个轴颈轴承垫23。附图示出了收纳在轴承壳11内的五个轴颈轴承垫23。可在轴承组件10中根据轴承组件的大小并根据制造考虑按需要来使用三个或更多个的任何数量的轴颈轴承垫。轴颈轴承垫在空间上由轴承壳11定位。多个至少三个轴颈轴承垫23具有面向轴枢侧和面向轴承壳侧。面向轴枢侧在操作中面向轴枢39，并且面向轴承壳侧面向轴承壳11。多个至少三个轴颈轴承垫23被收纳在轴承壳11的面向轴枢侧上。轴承壳11的面向轴枢侧为在操作中面向轴枢39的侧部，而轴颈轴承垫23设置在轴承壳11的面向轴枢侧与轴枢39之间。

多个至少三个推力轴承垫12中的各个推力轴承垫12可包括设置在各个相应的推力轴承垫的面向轴推力滑道侧上的通垫润滑气体分配器13。通垫润滑气体分配器13可操作地连接于一个或更多个润滑气体入口端口20中的至少一个(即，与其流体连通)，以经由一个或更多个润滑气体入口端口20接收润滑气体。通垫润滑气体分配器(13)包括如下中的至少一个：(i)具有连通孔隙性的多孔层、(ii)具有穿过其限定的多个至少六个孔口的致密层，或(iii)具有穿过其限定的多个至少六个孔口的、具有连通孔隙性的多孔层。多孔层或致密层可具有范围从2mm到25mm的厚度。用语“通垫”意味着润滑气体穿过垫，即，穿过多孔层或者经由至少六个孔口穿过致密层。

多个至少三个推力轴承垫12中的各个的通垫润滑气体分配器13可操作地设置成在操作时在各个相应的推力轴承垫12与轴推力滑道38之间输送/分配润滑气体。

用语“连通孔隙性”意味着多孔层遍及其三维结构具有气孔矩阵，其能够将润滑气体从多孔层的一侧传递至多孔层的相对侧。

多孔层可设为碳或石墨材料、烧结金属，或多孔聚合物。多孔层可使用用于制成多孔层的任何已知方法(例如，压制、烧结、化学溶解、添加制造、激光钻孔等)来制作。用于制成多孔层的制作技术为众所周知的，并且存在制造多孔材料的商业制造商。多孔层可具有任何合适的孔隙性，例如，按体积计范围从8％的孔隙性到60％的孔隙性。

用语“致密”意指不具有连通孔隙性。虽然致密层为致密的，意味着该层不拥有气孔网络，但是致密层除了多个至少六个孔口之外，还可具有微小的裂缝或孔。

多个至少三个推力轴承垫12中的各个推力轴承垫12可包括相应的推力垫背板14。通垫润滑气体分配器13可由螺钉、铆钉、环氧树脂或其它已知的紧固器件来机械地固定于相应的推力垫背板14。作为备选，推力轴承垫12和推力垫背板14可为添加地制造的。

如图7和图11中示出的，轴承组件10可包括用于各个相应的推力轴承垫12的推力垫枢轴销16。推力垫枢轴销16可刚性地安装在轴承壳11中，并且用作用于垫倾斜能力的枢轴点。作为备选，推力垫枢轴销16可一体地加工或者制作为轴承壳11的部分。

推力垫枢轴销16可构造有通道，以将润滑气体传递至推力轴承垫12的通垫润滑气体分配器13。推力垫枢轴销16可装配有密封件17(即，o型环)，以防止润滑气体在枢轴销16与背板14之间的对接部处的泄漏。也可使用用于例如使用柔性管将润滑气体传递至通垫润滑气体分配器13的其它设计，然而，推力垫枢轴销16中的通道显得最方便。

轴承组件10可包括顺从部件15，其设置在多个至少三个推力轴承垫12中的各个的面向轴承壳侧与轴承壳11之间，如图10中示出的。顺从部件15可为弹簧、波箔等。顺从部件15可具有中心孔，以容许相应的推力垫枢轴销16的经过，并且起作用以容许相应的推力轴承垫12的自对准，并且通过在轴推力滑道38的运动期间抵靠接触表面滑动来提供阻尼。表面之间的摩擦通过耗散能量来提供库仑阻尼，并且因此减小后续运动的幅度。

波箔为一种薄金属片，其形成为波纹形状，并且可由可加工以形成刚性弹簧的材料(如inconelx750)构成。也可加工其它的高合金钢材料，以作为弹簧执行。形成为波箔的波纹可在半圆形形式与扁平形式之间交替。存在其它形式和图案的凸起(bump)，如正弦曲线、交替的高和低正弦曲线，或半圆形和扁平，或其它图案。波箔中的波纹的一般形状可基于待由轴承承载的负载以及在转子动态安全区域中操作装备所需的刚度来确定，并且就此而言，几何形状可构造成适合于应用。可进行轴承组件的性能测试，以确认关于轴振动的可接受参数内的性能。

用于制造波箔的材料在厚度方面可大体上范围从0.051mm(0.002英寸)到0.254mm(0.010英寸)。然而，大体上，由于轴中生成较大的力，因而较重的轴需要较大的波箔厚度以提供更大的力和更大的刚度。

顺从部件15可为波箔。波箔的波纹可定向成与推力轴承垫12的前缘平行，如图10中示出。据信，该布置将建立推力轴承垫12的适当倾斜，以在推力轴承垫12的表面之上实现期望的气膜压力分布。

各个推力轴承垫12可安装在其相应的推力垫枢轴销16上，并且由相应的推力垫固持螺钉18固持免于从轴承组件10掉落。推力垫固持螺钉18在螺钉与推力轴承垫12中的孔之间具有足够的间隙，以容许推力轴承垫的枢转运动而不结合。可采用推力轴承垫12的固持的其它方法，条件是固持方法不抑制推力轴承垫的所需运动。

多个至少三个轴颈轴承垫中的各个轴颈轴承垫23可包括设置在各个相应的轴颈轴承垫的面向轴枢侧上的通垫润滑气体分配器24。通垫润滑气体分配器24可操作地连接于一个或更多个润滑气体入口端口33中的至少一个(即，与其流体连通)，以经由一个或更多个润滑气体入口端口33接收润滑气体。通垫润滑气体分配器(24)包括：(i)具有连通孔隙性的多孔层、(ii)具有穿过其限定的多个至少六个孔口的致密层，或(iii)具有穿过其限定的多个至少六个孔口的、具有连通孔隙性的多孔层。多孔层或致密层可具有范围从2mm到25mm的厚度。

多个至少三个轴颈轴承垫23中的各个的通垫润滑气体分配器24可操作地设置成在操作时在各个相应的轴颈轴承垫23与轴枢39之间输送/分配润滑气体。

形成轴颈轴承垫23的通垫润滑气体分配器24的层可具有一几何形状，以便在轴颈轴承垫表面与轴枢39之间形成收敛楔。在轴旋转时，收敛几何形状起作用以通过由流体动力作用使润滑气体以及来自冷却气体的一些附加流传送到收敛楔中，来有助于在通垫润滑气体分配器24的表面上建造压力分布。流体动力作用在润滑气体粘住轴枢39的表面并且拉入通垫润滑气体分配器24与轴枢39之间的空隙时产生。形成通垫润滑气体分配器24的层中的收敛锥度可在从0.00254mm(0.0001英寸)到0.127mm(0.0050英寸)的范围内，这取决于轴承直径和设计操作速度。

作为备选，收敛楔可由具有与轴枢39的曲率半径不同的中心的形成通垫润滑气体分配器24的层的曲率半径形成。这典型地被称为轴承预负载。

多个至少三个轴颈轴承垫23中的各个轴颈轴承垫23可包括相应的轴颈垫背板25。通垫润滑气体分配器24可由螺钉、铆钉、环氧树脂或其它已知的紧固器件来机械地固定于相应的推力垫背板25。作为备选，推力轴颈轴承垫23和轴颈垫背板25可为添加地制造的。

如图7和图9中示出的，轴承组件10可包括用于各个相应的轴颈轴承垫23的轴颈垫枢轴销28。轴颈垫枢轴销28可刚性地安装在轴承壳11中，并且用作用于轴颈垫倾斜能力的枢轴点。作为备选，轴颈垫枢轴销28可一体加工或者制作为轴承壳11的部分。

轴颈垫枢轴销28可构造有通道，以将润滑气体传递至轴颈轴承垫23的通垫润滑气体分配器24。轴颈垫枢轴销28可装配有密封件29(即，o型环)，以防止润滑气体在枢轴销28与背板25之间的对接部处的泄漏。也可使用用于例如使用柔性管将润滑气体传递至通垫润滑气体分配器24的其它设计，然而，推力垫枢轴销28中的通道显得最方便。

轴承组件10可包括顺从部件26，其设置在多个至少三个轴颈轴承垫中的各个的面向轴承壳侧与轴承壳11之间，如图9中示出的。顺从部件26可为弹簧、波箔等。

顺从部件26可为波箔。用于轴颈轴承垫的波箔可具有波纹，其关于平行于轴的中心线轴线的波纹的轴线定向。相信该布置在轴颈轴承垫的表面之上实现期望的气膜压力分布。

轴承组件10可包括在顺从部件26与轴承壳11之间的轴颈垫垫片27。顺从部件26和轴颈垫垫片27两者可具有中心孔，以容许轴颈垫枢轴销28通过顺从部件26和轴颈垫垫片27中的各个的经过。

轴颈垫垫片27用于调整轴颈轴承垫23与轴枢39之间的间隙。

顺从部件26起作用以容许轴颈轴承垫23的自对准，并且通过在轴运动期间抵靠接触表面滑动来提供阻尼。表面之间的摩擦通过耗散能量来提供库仑阻尼，并且因此减小后续运动的幅度。

轴颈轴承垫23安装在轴颈垫枢轴销28上。一旦安装了所有轴颈轴承垫23，就安装固持板30和固持板螺钉31，以固持轴颈轴承垫23并且防止它们从轴承壳11掉落。各个固持板30具有离其相应的轴颈轴承垫23的足够间隙，以防止在轴颈轴承垫23的运动期间结合。可采用其它固持设计，条件是固持设计不抑制轴颈轴承垫23的所需运动。

轴承组件的特征在于推力轴承垫和轴颈轴承垫中的至少一个包括通垫润滑气体分配器。即，(i)推力轴承垫包括通垫润滑气体分配器，或(ii)轴颈轴承垫包括通垫润滑气体分配器，或(iii)推力轴承垫和轴颈轴承垫两者包括通垫润滑气体分配器。

推力轴承垫中的通垫润滑气体分配器容许润滑气体流动穿过推力轴承垫，至推力轴承垫与轴推力滑道38之间的对接部。轴颈轴承垫中的通垫润滑气体分配器容许润滑气体流动穿过轴颈轴承垫，至轴颈轴承垫与轴枢39之间的对接部。至推力和轴颈轴承垫表面的加压润滑气体的流生成静水升力，其将使轴漂浮在薄气膜上。由于静压气体轴承通常具有由于流动不足而防止达到高速的限制，故通垫润滑气体分配器可包括具有连通孔隙性的多孔层，该多孔层具有穿过其限定的多个至少六个孔口，以提供至气膜的附加流。

推力轴承垫和轴颈轴承垫可设为一体的单个盒组件，或者分离为用于推力轴承垫和轴颈轴承垫的独立盒，这取决于机器构造。机器典型地包括在旋转轴的各个端部上的轴承组件。

轴承组件10可包括调节器(未示出)，其与可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫的一个或更多个润滑气体入口端口20中的至少一个相关联，用于至多个至少三个推力轴承垫12的润滑气体的流和/或压力(即，(i)流，或(ii)压力，或(iii)流和压力)控制。调节器可为流控制阀、压力控制阀等。

轴承组件10可包括推力轴承垫空隙传感器21，其可操作地设置成感测多个至少三个推力轴承垫12的第一推力轴承垫12与轴推力滑道38之间的空隙的测量结果。推力轴承垫空隙传感器21可传输信号。在图11中，推力轴承垫空隙传感器21由推力轴承垫12中的通路表示，该通路容许推力轴承垫12与轴推力滑道38之间的压力由压力传感器(未示出)的测量，使得空隙(或等效的气膜厚度)可确定。

推力轴承垫空隙传感器21的设计可为例如如美国专利no.9506498中描述的，并且可从specialtycomponents,inc.商业地获得。

至少三个推力轴承垫12中的多于一个和甚至所有可具有与其相关联的推力轴承垫空隙传感器21，以感测多个至少三个推力轴承垫12中的各个相应的推力轴承垫12与轴推力滑道38之间的相应空隙的测量结果，其中各个推力轴承垫空隙传感器21响应于感测其相应的空隙的测量结果而传输信号。

轴承组件10可包括与一个或更多个推力轴承垫空隙传感器21信号通信的显示器(未示出)。显示器可以可操作地设置成接收来自推力轴承垫空隙传感器21中的一个或更多个的信号，并且显示代表响应于来自相应的推力轴承垫空隙传感器21的信号的空隙的测量结果的值。信号通信可为硬连线或无线的。

显示器可为数字读出器、智能电话、计算机显示屏，或其它合适的装置，用于显示代表一个或更多个推力轴承垫与轴推力滑道38之间的空隙的测量结果的值。

用于至多个至少三个推力轴承垫12的润滑气体的流和/或压力控制的、与润滑气体入口端口20相关联的调节器可由操作者响应于读取显示器上的显示值而手动地调整。

轴承组件10可包括控制器(未示出)，其与一个或更多个推力轴承垫空隙传感器21信号通信，并且可操作地设置成接收来自一个或更多个推力轴承垫空隙传感器21的信号。控制器与传感器之间的信号通信可为硬连线或无线的。控制器可以可操作地构造成响应于来自一个或更多个推力轴承垫空隙传感器21的信号来控制调节器(未示出)，其与可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫12的润滑气体入口端口相关联，用于至多个至少三个推力轴承垫12的润滑气体的流和/或压力控制。

至少三个推力轴承垫12中的多于一个和甚至所有可具有与其相关联的推力轴承垫空隙传感器21，以感测多个至少三个推力轴承垫12中的各个相应的推力轴承垫12与轴推力滑道38之间的相应空隙的测量结果，其中各个推力轴承垫空隙传感器21将信号传输至控制器(未示出)。

轴承组件10可包括调节器(未示出)，其与可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫23的润滑气体入口端口33相关联，用于至多个至少三个轴颈轴承垫23的润滑气体的流和/或压力(即，(i)流，或(ii)压力，或(iii)流和压力)控制。调节器可为流控制阀、压力控制阀等。

轴承组件10可包括轴颈轴承垫空隙传感器34，其可操作地设置成感测多个至少三个轴颈轴承垫23的第一轴颈轴承垫23与轴枢39之间的空隙的测量结果。轴颈轴承垫空隙传感器34可传输信号。在图9中，轴颈轴承垫空隙传感器34由轴颈轴承垫中的通路表示，该通路容许轴颈轴承垫23与轴枢39之间的压力由压力传感器(未示出)的测量，使得空隙(或等效的气膜厚度)可确定。

轴颈轴承垫空隙传感器34可为例如如美国专利no.9506498中描述的，并且可从specialtycomponents,inc.商业地获得。

至少三个轴颈轴承垫23中的多于一个和甚至所有可具有与其相关联的轴颈轴承垫空隙传感器34，以感测多个至少三个轴颈轴承垫23中的各个相应的轴颈轴承垫23与轴枢39之间的相应空隙的测量结果，其中各个轴颈轴承垫空隙传感器34响应于感测其相应的空隙的测量结果而传输信号。

轴承组件10可包括与一个或更多个轴颈轴承垫空隙传感器34信号通信的显示器(未示出)。显示器可以可操作地设置成接收来自轴颈轴承垫空隙传感器34中的一个或更多个的信号，并且显示代表响应于来自相应的轴颈轴承垫空隙传感器34的信号的空隙的测量结果的值。信号通信可为硬连线或无线的。用于显示来自轴颈轴承垫空隙传感器34的值的显示器可为与用于显示来自推力轴承垫空隙传感器21的值的显示器相同的显示器或为不同的显示器。

显示器可为数字读出器、智能电话、计算机显示屏，或其它合适的装置，用于显示代表多个至少三个轴颈轴承垫23中的一个或更多个轴颈轴承垫与轴枢39之间的空隙的测量结果的值。

用于至多个至少三个轴颈轴承垫23的润滑气体的流和/或压力控制的、与润滑气体入口端口33相关联的调节器可由操作者响应于读取显示器上的显示值而手动地调整。

轴承组件10可包括控制器(未示出)，其与轴颈轴承垫空隙传感器34信号通信，并且可操作地设置成接收来自轴颈轴承垫空隙传感器34的信号。控制器与传感器之间的信号通信可为硬连线或无线的。控制器可以可操作地构造成响应于来自轴颈轴承垫空隙传感器34的信号来控制调节器(未示出)，其与可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫23的润滑气体入口端口33相关联，用于至多个至少三个轴颈轴承垫23的润滑气体的流和/或压力控制。

至少三个轴颈轴承垫23中的多于一个和甚至所有可具有与其相关联的轴颈轴承垫空隙传感器34，以感测多个至少三个轴颈轴承垫23中的各个相应的轴颈轴承垫23与轴枢39之间的相应空隙的测量结果，其中各个轴颈轴承垫空隙传感器34将信号传输至控制器(未示出)。

与可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫12的润滑气体入口端口20相关联的调节器，和与可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫23的润滑气体入口端口33相关联的调节器可以为可独立地调整的。对至推力轴承垫和轴颈轴承垫的润滑气体的该独立调整提供了独立调整和系统的调谐的益处，以实现期望的轴承性能。

轴承壳11可包括一个或更多个冷却气体喷射端口32，用于在多个至少三个轴颈轴承垫23中的两个相邻的轴颈轴承垫23之间喷射冷却气体，如图2和图3中示出的。一个或更多个冷却气体喷射端口32可经由相应的冷却气体入口端口42供应有冷却气体。各个冷却气体入口端口42可具有配件(快速断开或其它)，其可连接于管线(软管、管、管子等)，该管线连接于合适的冷却气体供应部。冷却气体可为例如压缩空气、压缩氮气、压缩氦气，或其它气体。冷却气体可在任何合适的且期望的温度下供应。冷却气体可为与任何润滑气体相同的成分或与任何润滑气体不同的成分。冷却气体可来自与任何润滑气体相同的源或不同的源。

轴承组件10可包括调节器(未示出)，其与用于在两个相邻的轴颈轴承垫23之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口32相关联，用于两个相邻的轴颈轴承垫23之间喷射的冷却气体的流和/或压力(即，(i)流，或(ii)压力，或(iii)流和压力)控制。

轴承组件10可包括温度传感器35，其可操作地设置成感测与多个至少三个轴颈轴承垫23中的一个或更多个相关联的温度。温度传感器35可为例如电阻温度检测器(rtd)、热电偶，或其它已知的温度传感器。多个温度传感器可用于感测与多个至少三个轴颈轴承垫相关联的温度。

轴承组件10可包括与温度传感器35信号通信的显示器(未示出)。显示器可以可操作地设置成接收来自温度传感器35的信号，并且响应于来自温度传感器35的信号来显示代表与多个至少三个轴颈轴承垫23中的一个或更多个相关联的温度的值。信号通信可为硬连线或无线的。显示器可为数字读出器、智能电话、计算机显示屏，或其它合适的装置，用于显示由温度传感器35测量的值。用于显示来自温度传感器35的值的显示器可为与用于显示来自推力轴承垫空隙传感器21和/或轴颈轴承垫空隙传感器34的值的显示器相同的显示器或不同的显示器。

与一个或更多个冷却气体喷射端口32相关联的调节器可由操作者响应于显示的温度值而手动地调整。

作为备选，或者除了显示器之外，轴承组件10可包括控制器(未示出)，其与温度传感器35信号通信，并且可操作地设置成接收来自温度传感器35的信号。控制器可以可操作地构造成控制与一个或更多个冷却气体喷射端口32相关联的调节器，用于响应于来自温度传感器35的信号在两个相邻的轴颈轴承垫23之间喷射冷却气体。

轴承壳11可包括一个或更多个冷却气体喷射端口19，用于在多个至少三个推力轴承垫12中的两个相邻的推力轴承垫12之间喷射冷却气体，如图4中示出的。一个或更多个冷却气体喷射端口19可经由相应的冷却气体入口端口49供应有冷却气体。各个冷却气体入口端口49可具有配件(快速断开或其它)，其可连接于管线(软管、管、管子等)，该管线连接于合适的冷却气体供应部。在推力轴承垫12之间喷射的冷却气体可为例如压缩空气、压缩氮气、压缩氦气，或其它气体。冷却气体可在任何合适的且期望的温度下供应。在推力轴承垫12之间喷射的冷却气体可为与任何润滑气体、在轴颈轴承垫之间喷射的冷却气体相同的成分或不同的成分。冷却气体可来自与任何润滑气体、在轴颈轴承垫之间喷射的冷却气体相同的源或不同的源。

轴承组件10可包括调节器(未示出)，其与用于在两个相邻的推力轴承垫12之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却气体喷射端口19相关联，用于两个相邻的推力轴承垫12之间喷射的冷却气体的流和/或压力(即，(i)流，或(ii)压力，或(iii)流和压力)控制。

轴承组件10可包括温度传感器22，其可操作地设置成感测与多个至少三个推力轴承垫12中的一个或更多个相关联的温度。温度传感器22可为例如电阻温度检测器(rtd)、热电偶，或其它已知的温度传感器。多个温度传感器可用于感测与多个至少三个推力轴承垫12相关联的温度。

轴承组件10可包括与温度传感器22信号通信的显示器(未示出)。显示器可以可操作地设置成接收来自温度传感器22的信号，并且响应于来自温度传感器22的信号来显示代表与多个至少三个推力轴承垫12中的一个或更多个相关联的温度的值。信号通信可为硬连线或无线的。显示器可为数字读出器、智能电话、计算机显示屏，或其它合适的装置，用于显示由温度传感器22测量的值。用于显示来自温度传感器22的值的显示器可为与用于显示来自推力轴承垫空隙传感器21和/或轴颈轴承垫空隙传感器34，或温度传感器35的值的显示器相同的显示器或不同的显示器。

与一个或更多个冷却气体喷射端口19相关联的调节器可由操作者响应于显示的温度值而手动地调整。

作为备选，或者除了显示器之外，轴承组件10可包括控制器(未示出)，其与温度传感器22信号通信，并且可操作地设置成接收来自温度传感器22的信号。控制器可以可操作地构造成控制与一个或更多个冷却气体喷射端口19相关联的调节器，用于响应于来自温度传感器22的信号来在两个相邻的推力轴承垫12之间喷射冷却气体。

与用于在两个相邻的轴颈轴承垫23之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却喷射端口32相关联的调节器，和与用于在两个相邻的推力轴承垫12之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却喷射端口19相关联的调节器可构造成提供至相应的冷却喷射端口32和19中的各个的冷却气体的流和/或压力的独立控制。

(i)与可操作地连接于多个至少三个推力轴承垫12的润滑气体入口端口20相关联的调节器、(ii)与可操作地连接于多个至少三个轴颈轴承垫23的润滑气体入口端口33相关联的调节器、(iii)与用于在两个相邻的轴颈轴承垫23之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却喷射端口32相关联的调节器，以及(iv)与用于在两个相邻的推力轴承垫12之间喷射冷却气体的一个或更多个冷却喷射端口19相关联的调节器中的各个，可能够独立地调整并且构造成提供相应的润滑气体或冷却气体的流和/或压力的独立控制。这容许用于轴承组件的润滑和热管理的气体的独立控制。该独立控制具有如下益处：提高了轴承组件关于能力和阻尼的性能，同时减少了润滑气体和冷却气体的消耗。

为了使用轴承组件，润滑气体被引进至一个或更多个润滑气体入口端口，并且至轴颈轴承垫23和推力轴承垫12的通垫润滑气体分配器。调整润滑气体流率，直到观察到轴的“提升”。“提升”是在轴浮在轴颈轴承垫23与轴枢39之间以及在推力轴承垫12与轴推力滑道38之间的润滑气体的膜上时。在轴实现适当的提升时，轴的手动旋转将在几乎不费力的情况下为可能的。

波箔的初始偏转通过润滑气体的供应而增加，这有效地增加了轴承负载能力和刚度。在轴承垫23和12与轴枢39和轴推力滑道38之间的气膜的刚度随气膜厚度变化。波箔刚度随波箔在负载之下的偏转变化。由于气膜刚度随着气膜厚度减小而急剧增加，并且波箔刚度随着负载和偏转增加而相当线性，故应当认识到的是，波箔将经历由于轴从其的中性操作位置的移动而产生的偏转中的较大一个，并且气膜厚度将保持相对恒定。

随着波箔上的负载增加，负载起作用以使波纹变平，这在轴颈轴承垫23的情况下、在推力轴承垫12和轴颈垫垫片27的情况下引起波箔和轴承垫和轴承壳11之间的摩擦。摩擦引起热量和能量耗散，这有效地阻尼轴的摆动行为。轴承垫在波箔上的倾斜功能允许垫自我调整并且与轴对准，这增强了系统的稳定性。通过该设计，轴承组件实现了外部加压气体轴承以高速和更高的负载能力的操作。