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CN111566315A - 具有用于叶片的静压滑动轴承的旋转滑动叶片机器 - Google Patents

具有用于叶片的静压滑动轴承的旋转滑动叶片机器 Download PDF

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CN111566315A CN201880085833.9A CN201880085833A CN111566315A CN 111566315 A CN111566315 A CN 111566315A CN 201880085833 A CN201880085833 A CN 201880085833A CN 111566315 A CN111566315 A CN 111566315A
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Abstract

本发明涉及一种用于流体处理的旋转滑动叶片机器(1)，包括具有带有转子(9)的空腔(4)的壳体(2)。叶片(12)布置在转子(9)中的向外指向的槽(13)中，并且叶片和转子之间的相对滑动提供了在旋转方向上具有可变容积的空间。每个叶片由叶片(12)每侧上的静压滑动轴承(20，20')支撑。由于工艺流体的压力变化，叶片(12)朝向和远离轴承垫(27，27'，87)倾斜。本发明使轴承垫调整其相对于叶片(12)的位置，并且还使轴承流体室(21，21'，81)的容积改变，这又实现轴承流体向滑动轴承流体膜的供应。

Description

具有用于叶片的静压滑动轴承的旋转滑动叶片机器
本发明涉及一种用于流体处理的旋转滑动叶片机器，包括：壳体，其具有形成空腔的内壁，该空腔具有用于工艺流体的入口和出口；位于所述空腔中的转子，所述转子具有转子轴线，所述转子的外表面与所述壳体的内壁之间的距离沿所述旋转方向变化；以及叶片，所述叶片布置在所述转子中的向外指向的槽中，在旋转期间，在所述叶片与所述转子之间存在相对滑动，所述叶片在所述转子的外表面与所述壳体的内壁之间延伸。
在叶片、转子的外表面和壳体的内壁之间限定了封闭空间。由于转子的外表面和壁之间的距离在旋转方向上变化，所以封闭空间的容积也在旋转方向上变化。在操作期间，这些空间填充有工艺流体。入口和出口的位置和形状适于提供从入口到出口的工艺流体流。
转子的外表面和壳体的内壁之间的可变距离可以通过空腔和圆柱形转子以及偏心地安装在空腔中的转子来实现。或者，空腔可以具有其它形状，例如椭圆形。空腔的端部由连接到壳体的端盖封闭。转子和叶片在轴向方向上延伸贯穿整个空腔。根据旋转滑动叶片机器的实际使用的要求，密封件可设置在叶片的外边缘、叶片的侧部和转子的侧部。
转子可由外部驱动器驱动。然后，转子驱动叶片，并且叶片移动工艺流体。在这种情况下，如果工艺流体是液体，则旋转叶片机器用作泵，并且如果工艺流体是气体或2相，即液体和气体的混合物，则旋转叶片机器用作压缩机。在其它使用中，工艺流体可驱动叶片，从而驱动转子，转子可做外功。在这种情况下，如果工艺流体是液体，则旋转叶片机器用作液压马达，并且如果工艺流体是气体或2相，则旋转叶片机器用作膨胀机。
US3130673A描述了一种旋转叶片泵，其中叶片在其槽中自由滑动，从而在旋转期间由于离心力而靠在转子的内壁上。此外，泵中的压力作用在叶片的内侧上，并迫使它们抵靠内壁。
GB190621345A描述了一种具有壳体的旋转叶片泵，该壳体具有圆柱形空腔和两个叶片，该两个叶片可围绕位于空腔中心的心轴独立地旋转。叶片具有等于腔的内半径的长度。具有圆柱形壁的从动转子偏心地位于外壳中，心轴在壁内。叶片在两个直径上相对的开口中穿过转子的壁。在旋转过程中，转子驱动叶片围绕心轴旋转。心轴和用于驱动转子的轴从相对侧延伸到空腔中。这样，在旋转期间，心轴不与转子干涉，并且轴不与叶片干涉。
WO9943926A1描述了一种旋转活塞机器，其包括具有空腔的壳体、容纳在壳体中的且具有转子和外周面的转子、与所述空腔连通的入口和出口通道、径向可滑动地容纳在转子的槽中的一个或多个叶片以及至少一个工作室，，每个叶片从壳体的内表面径向延伸到转子轴线，工作室为空腔的一部分并且由壳体的内表面、转子的外周表面和至少一个叶片的侧表面限定。每个叶片绕轴线铰接地连接到控制臂的一端，并且在另一端可枢转地轴颈连接在固定的轴杆中，该轴杆具有与居中地延伸穿过壳体的空腔的轴线重合的中心轴线，该轴线与转子轴线平行地延伸并且与转子轴线间隔开，并且转子本身构成用于动力输出或动力输入的单元。
对于所有的旋转滑动叶片机器，压力从入口到出口变化。因此，在叶片上存在变化的压差，这导致作用在叶片上的变化的切向力。通常，在旋转期间还存在切向力的方向的改变。
作用在每个叶片上的切向力在叶片中产生弯曲力矩。切向力和弯曲力矩被作用在槽中的叶片上的力吸收。这些力主要包括在狭槽的外端处与切向力相反地作用的一个力，以及在狭槽的内端处与切向力沿相同方向作用的一个力。切向力和弯曲力矩还使叶片在其槽中倾斜，这将滑动面积减小到槽中的力的周围的面积。由于切向力在旋转期间改变方向，所以叶片在其槽中来回倾斜。还存在由惯性力引起的动态力，其作用在叶片上。
槽中的力在叶片和转子之间在槽中相对滑动期间增加摩擦，这可减少滑动并增加叶片的磨损。一种减小摩擦的方法是使用滑动轴承。滑动轴承可以是干式、固态润滑的、由液体润滑剂润滑的或由工艺流体润滑的。
一种润滑狭槽中的叶片的方法是使用流体动力轴承，即具有轴承垫的轴承，其中通过叶片的运动在垫和叶片之间形成润滑剂膜。然而，叶片运动方向的连续变化将防止形成足够厚的润滑剂膜，因此流体动力轴承是不适合的。另一种润滑方式是使用传统的静压轴承，即具有轴承垫的轴承，其中通过连续供应加压润滑剂在垫和叶片之间形成润滑剂膜。然而，为了使其工作，在用于高性能的旋转滑动叶片机器中，润滑剂将需要具有高压，并且高压润滑剂的供应将需要高压泵和高压润滑剂到机器的旋转部件的传送，这将是昂贵和复杂的，特别是由于对旋转密封件的需要。此外，在叶片两侧上的润滑剂的恒定高压将在叶片倾斜期间引起润滑剂的高泄漏，并且还将不是有利的，因为它将产生除由于跨过叶片的压差引起的切向力之外的力。
此外，在许多服务中，为了不污染工艺流体，可能不希望使用液体工艺流体之外的润滑剂。实例包括在工业过程中使用旋转滑动叶片机器作为发电中的蒸汽膨胀机或作为热泵中的压缩机。
本发明的目的是提供一种具有润滑叶片的旋转滑动叶片机器，其中不需要供应高压润滑剂和将高压润滑剂传递到机器的旋转部件。本发明的另一个目的是提供一种具有润滑叶片的旋转滑动叶片机器，其中工艺流体不被污染。本发明的另一个目的是提供一种具有润滑叶片的旋转滑动叶片机器，其中该设计在组装和维护方面是有效和有利的。本发明的另一个目的是至少提供现有技术的替代方案。
本发明的其它特征、优点和目的以及它们是如何实现的，将从说明书、附图和权利要求书中显现出来。
因此，本发明涉及一种用于流体处理的旋转滑动叶片机器，包括：
-壳体，所述壳体具有形成空腔的内壁，所述空腔具有用于工艺流体的入口和出口；
-转子，所述转子具有位于所述空腔中的转子轴线，所述转子的外表面与所述壳体的内壁之间的距离在旋转方向上变化；
叶片，所述叶片布置在所述转子中的向外指向的槽中，在旋转期间，在所述叶片与所述转子之间存在相对滑动，所述叶片在所述转子的外表面与所述壳体的内壁之间延伸。
根据本发明，旋转滑动叶片机器包括用于每个叶片的至少一对静压滑动轴承，每对静压滑动轴承包括在叶片的每侧上的一个静压滑动轴承，每个静压滑动轴承包括：
-具有可变容积的轴承流体室；
-轴承流体供应管线，所述轴承流体供应管线在轴承流体供应部与所述轴承流体室之间具有流动限制部；
-轴承垫，所述轴承垫具有面向所述叶片的轴承面和面向所述轴承流体室的相对侧，所述轴承垫能够朝向和远离所述轴承流体室移动，所述轴承垫朝向所述轴承流体室的移动对应于所述轴承流体室容积的减小，所述轴承垫远离所述轴承流体室的移动对应于所述轴承流体室容积的增大；
-在所述轴承流体室与所述轴承衬垫面之间的轴承流体通道，用于将轴承流体供应至所述轴承垫面与所述叶片之间的轴承流体膜。
在旋转期间，工艺流体的压力变化引起叶片上的变化的切向力，其使叶片朝向和远离轴承垫倾斜。当叶片朝向轴承垫倾斜时，叶片推动轴承流体室朝向轴承垫，这减小了轴承流体室的容积，轴承流体供应管线的流动限制了轴承流体返回到轴承流体供应部，导致轴承流体室中的轴承流体的加压，使其成为高压轴承流体，并且高压轴承流体从轴承流体室通过轴承流体通道流到轴承垫面，并流到滑动轴承流体膜。
此外，当叶片远离轴承垫倾斜时，处于供应压力的轴承流体从轴承流体供应管线流向轴承流体室，这增加了轴承流体室的容积，这又朝向叶片推动轴承垫，同时，供应压力轴承流体从轴承流体室通过轴承流体通道流向轴承垫面，并流向滑动轴承流体膜。
在一个实施例中，轴承流体室的可变容积通过由柔性膜形成的轴承流体室的壁来实现。轴承垫的面向轴承流体室的一侧可以邻接膜，或者连接到膜。或者，膜可以采取其它形状，例如具有环形柔性外部和刚性中心部，其可以连接到轴承垫。
在另一个实施例中，轴承流体室由具有底部的缸体和容纳在缸体中的具有底部的柱塞形成。轴承流体供应管线连接到缸体中靠近其底部或在其底部中的开口，轴承垫连接到柱塞，并且轴承流体通道在柱塞中的开口和轴承垫表面之间延伸。在该实施例中，当叶片朝向轴承垫倾斜时，叶片朝向轴承垫和柱塞推动缸体底部，轴承流体供应管线的流动限制轴承流体返回到轴承流体供应部，柱塞对缸体中的轴承流体加压，使其成为高压轴承流体，并且高压轴承流体从缸体通过轴承流体通道流到轴承垫面，并流到滑动轴承流体膜。此外，当叶片远离轴承垫倾斜时，处于供应压力的轴承流体从轴承流体供应管线流向缸体，这推动柱塞和轴承垫朝向叶片，同时，供应压力的轴承流体从缸体通过轴承流体通道流到轴承垫面，并流到滑动轴承流体膜。
轴承流体供应管路的流动限制可以由轴承流体供应管路自身通过使轴承流体供应管路的直径、长度和形状适应静压滑动轴承的实际设计来提供。替代地或附加地，轴承流体供应管线的流动限制可以由不同的流动限制器提供。该流动限制器可以由例如管路的收缩部的节流器或例如簧片阀的止回阀形成。
轴承流体通道还可具有流动限制。这可以通过使轴承流体通道的直径、长度和形状适应静压滑动轴承的实际设计而由轴承流体通道本身提供。替代地或附加地，轴承流体通道的流动限制可以由不同的流动限制器提供。该限流器可以由例如管路的收缩部的节流器或例如簧片阀的止回阀形成。
轴承垫面可以是平坦的，并且轴承流体通道可以使其出口在平坦面中的开口中。替代地，轴承垫面可具有凹部，并且轴承流体通道可使其出口在凹部中的开口中。
除了静压滑动轴承的设计之外，根据本发明的旋转滑动叶片机器可具有任何设计。叶片可以是径向的或倾斜地指向外部。此外，叶片可以通过离心力液压地或机械地被推动朝向壳体的内壁。在一些旋转滑动叶片机器中，叶片在旋转期间也将枢转。在这种机器中，根据本发明的旋转滑动叶片机器的静压滑动轴承可形成轴承设备的一部分，该轴承设备还包括用于叶片的枢转轴承。
叶片的数量取决于实际设计，并且通常在2和10之间。
现在将参照附图描述具有特定设计的旋转滑动叶片机器的本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的旋转滑动叶片机器的截面图；
图2是示出了作用在旋转滑动叶片机器中的叶片上的力的横截面图；
图3a、3b是示出根据本发明的旋转滑动叶片机器的静压滑动轴承的横截面图；
图4a是更详细地示出图1的静压滑动轴承的剖视图；
图4b是示出图4A的静压滑动轴承的变型的剖视图；
图5是示出根据本发明的旋转滑动叶片机器的静压滑动轴承的截面图；以及
图6是根据本发明的具有静压滑动轴承的盒的透视图。
图1是沿轴向方向观察的根据本发明的旋转滑动叶片机器1的横截面图。壳体2具有内壁3，该内壁形成具有腔轴线43的圆柱形空腔4。入口通道6从用于工艺流体的入口5延伸到空腔4，出口通道8从空腔4延伸到用于工艺流体的出口7。固定心轴10位于空腔4的中央，六个中心臂可独立地围绕心轴10旋转，所述中心臂包括围绕心轴10的环部分44和从环部分44径向向外延伸的杆部分45。最前面的中心臂44、45以实线示出，而其它中心臂的环部分隐藏在最前面的中心臂的环部分的后面。其它中心臂的大部分杆部分以虚线示出。
圆柱形转子9连接到未示出的轴颈轴，并在空腔4中沿方向11围绕转子轴线42偏心旋转。叶片12通过静压滑动轴承20可滑动地布置在转子9的径向槽13中。每个叶片12的内部通过枢轴46可枢转地连接到中心臂的杆部分45的叶片环49，这意味着叶片12保持在距心轴10和空腔轴线43恒定距离处，并且每个叶片12可围绕轴线43独立地旋转。静压轴承20将叶片12保持在槽13中的适当位置，并确保叶片12指向外。离心力也有助于推动叶片12向外。叶片12延伸到壳体2的内壁3，密封头47在叶片12和壁3之间密封。在转子9旋转期间，叶片12绕枢轴46枢转并在静压轴承20中滑动，以适应由于转子9的偏心而引起的转子9和空腔4之间的各种相对位置。
由于转子9偏心地安装在空腔4中，转子9的外表面14和壳体2的内壁3之间的距离在旋转方向11上变化。在叶片12、壁3和转子外表面14之间形成空间15，并且由于表面14和壁3之间的距离在旋转方向11上变化，空间15的容积也在旋转方向11上变化。在旋转滑动叶片机器的使用期间，空间15填充有工艺流体。空间15的变化的容积确保了工艺流体的净流量是从入口5到出口7。在入口5处，空间15具有入口压力，而在出口7处，空间15具有出口压力。因此，空间15的压力围绕转子9变化。
图2是示出了作用在图1的旋转滑动叶片机器中的顶部叶片上的力的简化横截面视图，并且该图也适用于叶片从转子指向外的现有技术的旋转滑动叶片机器。从轴向看，叶片12位于槽13中。由于图2的目的是示出作用在叶片12上的力，因此图2中省略了图1所示的滑动轴承。为了说明的目的，叶片12和槽13的壁之间的间隙被放大。叶片12一侧的空间15'具有压力p1，叶片12另一侧的空间15"具有高于压力p1的压力p2。因此，在叶片12上存在压差，压差的力可由切向合力R表示，其大小等于压差和暴露于压差的叶片面积的乘积。切向力R使叶片12倾斜，如图所示。切向力R还产生弯曲力矩，其使叶片12略微弯曲。R和弯曲力矩在槽13的顶部处的反作用力F1和槽13的内端处的较小反作用力F2吸收。而F1与R方向相反，而F2与R方向相同。
由于平衡：
F1＝F2+R
由于空间15'、15″中的压力在旋转过程中变化，所以叶片12上的压差在旋转过程中也变化。此外，由于转子外表面14和壳体内壁3之间的距离在旋转过程中变化，叶片12暴露于压差的面积也变化。因此，切向力R在旋转过程中变化。通常，压差在旋转过程中改变方向，并且切向力R也因此改变方向。当切向力R变化并改变方向时，槽13中的力F1和F2也变化并改变方向，并且叶片12沿相反方向倾斜。因此，叶片12在旋转过程中来回倾斜。除了由于压差产生的力之外，还有由振动、向心加速度、科里奥利(Coriolis)力和其它惯性力引起的动态力，这些动态力有助于槽13中的力和叶片12的倾斜。槽中的力增加了叶片12和转子9之间在它们相对滑动过程中的摩擦，并且这种增加的摩擦可以减少滑动并增加叶片的磨损。
图3a、3b是示出根据本发明的旋转滑动叶片机器的一对静压滑动轴承的截面图。图3a、3b的静压滑动轴承与图1的静压滑动轴承稍有不同。如参照图2所讨论的，叶片12在旋转期间在槽13中前后倾斜。为了说明的目的，叶片12和槽13的壁之间的间隙、叶片12的倾斜和轴承垫的行程被放大。
图3a示出了在轴向方向上看居中地定位在转子9中的槽13中的叶片12，其具有外表面14。一个静压轴承20、20'位于叶片12的每一侧上，静压轴承20包括相对于槽13横向布置的缸体21。缸体21可以设置在转子9本身中，或者设置在位于转子9中的本体中。缸体21具有开口顶部22和底部23。轴承流体供应管线24在轴承流体供给管线36和缸体底部23中的开口26之间延伸。带有凹部28的轴承垫27面向叶片12。柱塞29具有底部31和与轴承垫27成一体的顶部30。可选地，柱塞29和轴承垫27可以是单独的部件，并且例如通过螺纹机械连接。柱塞29容纳在缸体21中，O形环35密封在柱塞29和缸体21之间。柱塞29具有在柱塞底部的开口33和轴承垫凹部28之间延伸的轴承流体通道32，轴承流体通道32具有由收缩部形成的限流部34。根据实际设计，限流部34可以具有其它形状或设计，或者可以省去。
簧片阀25覆盖缸底23中的开口26，并防止轴承流体从缸21流到轴承流体供应管线24。簧片阀25是一种止回阀，其可以用作轴承流体供应限制器。或者，止回阀可以包括在轴承流体供应管线24中，轴承流体供应管线24可以由通道、孔或管形成。
轴承流体供给管线36在转子9的轴向方向上延伸，并且是将轴承流体供给到静压轴承的通道、孔或管的分支网络的一部分。轴承流体从固定供应源供给，并在旋转期间经由固定和旋转部件以及它们之间的密封件而传递到转子。
在旋转滑动叶片机器的操作期间，处于供应压力的轴承流体从轴承流体供给管线36通过轴承流体供应管线24供应到缸体21的由柱塞底部31限定的部分中，进一步通过轴承流体通道32并进入凹部28。轴承流体从凹部28分配在轴承垫27的表面和叶片12之间，其中流体形成轴承流体膜。在轴承垫27的边缘处，轴承流体从轴承流体膜泄漏到槽13中，并且最终终止于空腔中的空间15'，在该处，轴承流体与工艺流体混合。
静压轴承20'与静压轴承20相同，并且以相同的方式起作用。相应的元件用相同的附图标记加撇。
图3b示出了当叶片12向轴承20即向轴承垫27倾斜时图3a的静压轴承20、20'。这增加了轴承垫27和叶片12之间的轴承流体膜内的压力。轴承流体膜内增加的压力将轴承垫27推向缸体21，并将柱塞29推入缸体21，这将缸体21内的轴承流体加压到高压轴承流体ph。高压关闭簧片阀25，并且没有轴承流体通过轴承流体供应管线24流入或流出缸体21。缸体21中的高压还使得轴承流体通过轴承流体通道32流到凹部28，在该处它补充轴承流体膜。这从缸体21中去除流体并降低缸体21中的压力，因此轴承流体膜将轴承垫27进一步推向缸体21，并将柱塞29进一步推入缸体21中。这一直持续到叶片12以另一方式倾斜。
同时，叶片12倾斜离开静压轴承20'，即离开轴承垫27'。因此，轴承垫27'和叶片12之间的轴承流体膜中的压力降低。缸体21'中的压力是轴承流体供应压力ps。由于轴承垫27'和叶片12之间的轴承流体膜中的压力降低，所以供应压力ps足够高以将柱塞29'和轴承垫27'向外推向叶片12。同时轴承流体从缸体21'通过轴承流体通道32'流入凹部28'，在该处补充轴承流体膜。这降低了缸体21'中的压力，并且因此处于供应压力ps的更多轴承流体从轴承流体供应管线24'进入缸体21'。这推动柱塞29'和轴承垫27'进一步朝向叶片12，并向轴承流体膜供应更多的轴承流体。这种情况持续到叶片12以另一方式倾斜。
可以使用收缩部或其它节流器来代替簧片阀作为限流器25。如果是这样，由于轴承流体从缸21到轴承流体供应管线24的少量回流，由柱塞29在缸21中建立的高压ph将逐渐释放。然而，叶片12以高频率来回倾斜，因此，在任何显著量的轴承流体已经返回到轴承流体供应管线24之前，流动方向将已经改变。
当叶片12迫使静压轴承20、20'中的一个的轴承垫27、27'朝向缸体21、21'移动时，另一个静压轴承的轴承垫朝向叶片12移动，反之亦然。这样，该对静压轴承20、20'使它们的轴承垫27、27'的位置适应叶片12的位置，并且同时保持允许叶片12滑动的轴承流体膜。一个特别的优点是轴承垫27、27'使它们的位置适应于形成静压轴承、叶片和槽的零件的生产偏差和热变形。
通常，作用在表面和流体之间的力等于流体中的压力和表面面积的乘积。然而，对于静压轴承垫，轴承流体膜压力在该区域上变化，并且在轴承垫的边缘处最低。为了简化力的计算，假定轴承流体膜中的恒定压力和轴承垫的有效面积。
现在将参照图3B讨论作用于静压轴承20、20'中的力。
对于轴承20，作用在轴承流体膜和叶片12之间以及轴承流体膜和轴承垫27之间的力是
pb×Ae
其中
pb是叶片12和轴承垫27之间的轴承流体膜压力，并且
Ae是轴承垫27的有效面积，在图3B中用阴影表示。
对于轴承20'，作用在轴承流体膜和叶片12之间以及作用在轴承流体膜和轴承垫27'之间的力是
pb'×Ae
其中
pb'是叶片12和轴承垫27'之间的轴承流体膜压力，并且
Ae是轴承垫27'的有效面积，在图3B中阴影部分，与轴承垫27尺寸相同。
当叶片12朝轴承垫27倾斜时，如图3b所示，等于图2中反作用力F1的反向的切向力Ft从叶片12作用在轴承20的轴承流体膜上。从轴承20'的轴承流体膜作用在叶片12上的力加到该力上。因此，从叶片12的作用在轴承20的轴承流体膜上的合力是：
Ft+(pb'×Ae)
该力等于从轴承垫27的作用在轴承20的轴承流体膜上的力，即
Ft+(pb'×Ae)＝pb×Ae
可以看出，轴承20'的轴承流体膜压力pb'增加了静压轴承20的负载，并增加了对轴承20的轴承流体膜压力pb的需求。然而，轴承流体膜压力在运行期间变化。当叶片12朝向轴承20倾斜并且轴承流体压力pb增加时，叶片12同时远离轴承20'倾斜，并且轴承流体压力pb'减小。轴承20'的轴承流体膜压力pb'的减小降低了轴承20的所需压力pb。这是很大的优点，因为对于给定尺寸的旋转滑动叶片机器，它减小了轴承上的载荷并且减小了轴承的所需尺寸。此外，叶片已经倾斜离开的轴承中的轴承流体膜压力的这种减小还减少了轴承流体从该轴承的泄漏。这也意味着根据本发明的静压轴承能够适应于在操作期间旋转滑动叶片机器上的不对称负载循环或可变负载。
在操作期间，切向力Ft的方向以高频率改变，并且轴承垫和柱塞以相同的高频率来回移动。每当轴承垫和柱塞改变其速度和运动方向时，它们被加速。这种加速使得静压轴承的力的计算复杂化。然而，在运动期间的一些位置处，加速度为零，并且然后从轴承流体膜作用在轴承垫上的力等于从缸体中的轴承流体作用在柱塞上的力。
然后，当叶片12朝向轴承垫27倾斜时，以下适用：
pb×Ae＝ph×Ap
其中pb和Ae如上定义，
ph是由于柱塞29的加压而在缸体21中产生的高压，
Ap是柱塞底部31、31'的面积。
同时，叶片12倾斜远离轴承垫27'，并且以下适用：
pb'×Ae＝ps×Ap
其中pb'、Ae和Ap如上定义，
ps是来自轴承流体供应管线24'的缸体21'中的供应压力。
此外，为了在叶片12朝轴承20倾斜时使轴承流体从缸体21流到轴承20的轴承流体膜，必须应用以下内容：
pb＜ph
并且，为了在叶片12远离轴承20'倾斜时轴承流体从缸体21'流到轴承20'的轴承流体膜，必须应用以下：
pb'＜ps
已经发现，为了确保轴承的良好功能，优选地：
Ap＜Ae
Ae通常为轴承垫面积的60-80％。
通常，转速为500rpm至3600rpm。工艺流体压力通常为1-16巴。轴承流体供应压力ps必须高于工艺流体压力，并且通常为10-40巴。通常，轴承流体高压ph为10-100巴。
根据本发明的静压轴承提供其自身需要的高压轴承流体。因此，轴承流体可以在中等供应压力下经由旋转密封件供应至转子，这在技术上比在高压下供应轴承流体简单得多。
图4a是更详细地示出图1的顶部叶片12及其静压滑动轴承的剖视图。可以看出，一对外部静压轴承20、20'位于槽13的顶部附近，一对内部静压轴承50、50'位于槽13的内端附近。参照图2，外部静压轴承20、20'提供反作用力F1，内部静压轴承50、50'提供反作用力F2。
图4a的静压滑动轴承与图3a、3b的静压滑动轴承功能相似，但存在一些差异。图4a的静压轴承20的轴承垫27包括轴承金属的面37和与柱塞29成一体的轴承垫基部39。缸体21具有延伸部41，并且轴承流体供应管线24连接到该延伸部。在缸体21中没有簧片阀，而是在轴承流体供应管线24中有限流器25。
可更换的插入件48在柱塞29内以螺纹连接38拧入轴承垫27中心的轴承垫基部39，插入件48具有连接缸体21与轴承垫凹部28的轴承流体通道32。插入件48还具有与合适的键例如六角键匹配的内螺纹驱动器40，以便能够插入和取出。插入件48可以以不同的方式制成，轴承流体通道32具有不同的流动限制，以适应不同的操作条件。可以看出，外部静压轴承20、20'具有不同的插入件48、48'，并且内部静压轴承50、50'也具有不同的插入件58、58'。这适应于不同静压轴承的不同力。
图4b是示出图4b的静压滑动轴承的变型的剖视图。在图4b中，外部静压轴承20的轴承垫基部39通过叶片12一侧的连接杆55与内部静压轴承50的轴承垫基部59相连，外部静压轴承20'的轴承垫基部39'通过叶片12另一侧的连接杆55'与内部静压轴承50'的轴承垫基部59'相连。图4b示出了一体的轴承垫基部39、59和连接杆55，以及一体的轴承垫基部39'、59'和连接杆55'。替代地，轴承垫基部可以例如通过螺栓连接而机械地连接到连接杆。
图5是示出根据本发明的旋转滑动叶片机器的静压滑动轴承的不同实施例的截面图。与上述静压滑动轴承一样，有一对静压滑动轴承，其在叶片12的每一侧上包括一个静压滑动轴承。然而，图5中仅示出了一个静压滑动轴承。
图5的静压滑动轴承包括形成在转子9中的轴承流体室81。轴承流体室81具有可变容积，这通过由柔性膜80形成其壁之一来实现。膜80是由钢制成的具有圆形波纹的圆形。膜80的边缘90例如通过焊接而附接到转子9的面91。
具有限流器85的轴承流体供应管线84连接到轴承流体室81的延伸部83。带有凹部88的可移动轴承垫87面向叶片，轴承垫87的相对侧面向轴承流体室81。轴承垫87面向轴承流体室81的一侧具有与膜80的中央部分86邻接的轴套89。在所示实施例中轴套89也连接到中央部分86。这种连接可以通过焊接或螺栓连接实现。
对轴承流体的流动具有限制作用的轴承流体通道82从轴承流体室81延伸，通过膜80的中心部分86，通过轴承垫87，并到达轴承垫凹部88，用于将轴承流体供给到轴承垫87和叶片12之间的轴承流体膜。
当叶片12朝向轴承垫87倾斜时，轴承垫87与叶片12之间的轴承流体膜的压力增加，并且轴承垫87被推动朝向轴承流体室81。膜80向内弯曲并压缩轴承流体室81。轴承流体供应管线84的限流器85限制轴承流体返回到轴承流体供应管线84，导致轴承流体室81中的轴承流体的加压，使其成为高压轴承流体。然后，高压轴承流体从轴承流体室81通过轴承流体通道82流到轴承垫凹部88，并流到轴承垫87和叶片12之间的轴承流体膜。
当叶片12远离轴承垫87倾斜时，轴承垫87与叶片12之间的轴承流体膜的压力减小。然后，轴承流体室81的压力通过使膜80向外弯曲而使轴承流体室81膨胀，并朝向叶片12推动轴承垫87。这降低了轴承流体室81的压力，并且处于供应压力的轴承流体从轴承流体供应管线84流向轴承流体室81。这增加了轴承流体室81的压力，这又推动轴承垫87进一步朝向叶片12。同时，供应压力轴承流体从轴承流体室81通过轴承流体通道82流向轴承垫凹部88，并流向轴承垫87与叶片12之间的轴承流体膜。
轴承流体可以是油基的。然而，为了不污染工艺流体，轴承流体可以是对工艺流体无害的流体。在一个替代方案中，轴承流体是工艺流体或来源于工艺流体。一个示例是当旋转滑动叶片机器用作蒸汽膨胀机时。轴承流体则可以是水。如果工艺流体是气相或2相，例如在蒸汽膨胀机中就可能是这种情况，则工艺流体可以在用作轴承流体之前被液化。轴承流体可以从旋转滑动叶片机器上游或下游的工艺流体获得。这样，可以在不需要泵的情况下提供供给压力。或者，工艺流体可以通过泵加压以提供压力。
当使用无油润滑剂例如水时，可能需要比使用油基润滑剂时更高的轴承流体膜压力。本发明提供了一种不需要高压供给的高压轴承流体膜，因此当使用无油润滑剂时本发明是有利的。
旋转滑动叶片机器的轴向范围取决于实际设计。在一个实施例中，对于每个叶片，两对或更多对静压滑动轴承布置在旋转滑动叶片机器的轴向方向上。因此，在叶片的每一侧上，可以有两个、三个或更多的外部静压轴承，以及相同构造的内部静压轴承。这样，可以提供覆盖叶片在轴向方向上的范围的轴承布置。
在一个实施例中，多于一个的轴承流体室连接到轴承垫或与轴承垫成一体。作为示例，相同的轴承垫可以在叶片的整个轴向长度上延伸，并且轴承垫可以连接到具有相应缸体的两个柱塞，缸体位于相同的半径处但位于不同的轴向位置处。
图6示出了一个实施例，其中根据本发明的静压轴承包括在一个盒子70中，盒子70包括一个主体75，该主体包含用于叶片的静压轴承和一个头部72，该头部形成盒子70的顶部，并用于将其保持在转子9中的适当位置。箭头71限定了盒子70的纵向，该纵向平行于转子轴线42。沿着头部72的边缘可以看到用于将头部72紧固到转子9上的螺栓73。用于叶片12的槽13沿盒子70的纵向延伸。在盒子的端部可以看到用于轴承流体供给管线(36，图3a、3b)的连接件76。
在转子的组装期间，盒70插入转子9中，并且因此便于静压轴承的安装。盒70是可更换的，并且由此能够实现维护静压轴承和叶片的有利方式。在将盒安装在转子中之后，可将叶片插入槽中。或者，每个盒包括其叶片，即，叶片形成盒的一部分。

Claims (12)

1.一种用于流体处理的旋转滑动叶片机器(1)，包括：
-壳体(2)，所述壳体(2)具有形成空腔(4)的内壁(3)，所述空腔(4)具有用于工艺流体的入口(5)和出口(7)；
-转子(9)，所述转子(9)具有位于所述空腔(4)中的转子轴线(42)，所述转子(9)的外表面(14)与所述壳体(2)的内壁(3)之间的距离在旋转方向上变化；
-叶片(12)，所述叶片(12)布置在所述转子(9)中的向外指向的槽(13)中，在旋转期间在所述叶片与所述转子之间存在相对滑动，所述叶片在所述转子(9)的所述外表面(14)与所述壳体的所述内壁(3)之间延伸；
其特征在于，用于每个叶片(12)的至少一对静压滑动轴承(20、20')，每对静压滑动轴承在所述叶片(12)的每侧上包括一个静压滑动轴承(20、20')，每个静压滑动轴承包括：
-具有可变容积的轴承流体室(21，21'，81)；
-轴承流体供应管线(24，24'，84)，所述轴承流体供应管线具有在轴承流体供应部(36，36')与所述轴承流体室(21，21'，81)之间的流动限制部(25，25'，85)；
-轴承垫(27、27'、87)，所述轴承垫具有面向所述叶片(12)的轴承面(28、28'、88)和面向所述轴承流体室(21、21'、81)的相对侧，所述轴承垫能够朝向和远离所述轴承流体室移动，所述轴承垫朝向所述轴承流体室的移动对应于所述轴承流体室容积的减小，所述轴承垫远离所述轴承流体室的移动对应于所述轴承流体室容积的增大；
-在所述轴承流体室(21，21'，81)与所述轴承垫面(28，28'，88)之间的轴承流体通道(32，32'，82)，用于将轴承流体供应至所述轴承垫面(28，28'，88)与所述叶片(12)之间的轴承流体膜；
其中，在旋转期间：
-所述工艺流体的压力变化引起所述叶片(12)上的变化的切向力(R)，所述变化的切向力使所述叶片朝向和远离所述轴承垫(27、27'、87)倾斜；
-当所述叶片(12)朝向所述轴承垫(27，27'，87)倾斜时，所述叶片朝向所述轴承垫推动所述轴承流体室(21，21'，81)，这减小了所述轴承流体室的容积，所述轴承流体供应管线(24，24'，84)的所述流动限制部(25，25'，85)限制轴承流体返回至所述轴承流体供应部(36，36')，从而导致所述轴承流体室(21，21'，81)中的所述轴承流体的加压，使其成为高压轴承流体，并且高压轴承流体从所述轴承流体室通过所述轴承流体通道(32，32'，82)流到所述轴承垫面(28，28'，88)，并流到所述滑动轴承流体膜；
-当所述叶片(12)远离所述轴承垫(27、27'、87)倾斜时，处于供应压力的轴承流体从所述轴承流体供应管线(24、24'、84)流动到所述轴承流体室(21、21'、81)，这增加了所述轴承流体室的容积，这转而朝向所述叶片推动所述轴承垫，同时供应压力轴承流体从所述轴承流体室通过所述轴承流体通道(32、32'、82)流到所述轴承垫面(28、28'、88)，并且流到所述滑动轴承流体膜。
2.根据权利要求1所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述轴承流体室(82)的一个壁是由柔性膜(80)形成的。
3.根据权利要求2所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述轴承垫(87)的面向所述轴承流体室(81)的一侧邻接所述膜(80)。
4.根据权利要求2所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述轴承垫(87)的面向该轴承流体室(81)的一侧被连接到所述膜(80)上。
5.根据权利要求1所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述
-所述轴承流体室由具有底部(23，23')的缸体(21，21')和容纳在所述缸体(21，21')中的具有底部(31，31')的柱塞(29，29')形成；
-所述轴承流体供应管线(24、24')在所述缸体(21、21')的底部(31、31')附近或在所述缸体的底部(31、31')中连接至所述缸体中的开口(26、26')；
-所述轴承垫(27、27')连接到所述柱塞(29、29')；
-所述轴承流体通道(32、32')在所述柱塞(29、29')中的开口(33、33')与所述轴承垫面(28、28')之间延伸；
其中，在所述旋转期间：
-当所述叶片(12)朝向所述轴承垫(27)倾斜时，所述叶片朝向缸体底部(23)推动所述轴承垫和所述柱塞(29)，所述轴承流体供应管线(24)的所述流动限制部(25)限制轴承流体返回至所述轴承流体供应部(36)，所述柱塞(29)对所述缸体(21)中的所述轴承流体加压，使其成为高压(ph)轴承流体，并且高压轴承流体从所述缸体通过所述轴承流体通道(32)流到所述轴承垫面(28)并流到所述滑动轴承流体膜；
-当该叶片远离所述轴承垫(27')倾斜时，处于供应压力(ps)的轴承流体从所述轴承流体供应管线(24')流到所述缸体(21')，这朝向所述叶片(12)推动所述柱塞(29')和所述轴承垫(27')，同时供应压力轴承流体从所述缸体通过所述轴承流体通道(32')流到所述轴承垫面(28)，并且流到所述滑动轴承流体膜。
6.根据权利要求5所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述柱塞底部(31，31')的面积(Ap)小于所述轴承垫(27，27')的有效面积(Ae)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述轴承流体供应管线(24、24'、84)的流动限制至少部分地由不同的流动限制器(25、25'、85)提供。
8.根据前述权利要求中任一项所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述轴承流体通道(32、32'、82)具有流动限制。
9.根据权利要求8所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，所述轴承流体通道(32，32'，82)的流动限制至少部分地由不同的流动限制器(34，34')提供。
10.根据前述权利要求中任一项所述的旋转滑动叶片机器(1)，对于每个叶片，包括一对外部静压滑动轴承(20、20')和一对内部静压滑动轴承(50、50')。
11.根据权利要求10所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，在所述叶片(12)的每侧上，所述外部静压滑动轴承(20、20')和所述内部静压滑动轴承(50、50')的轴承垫(27、57；27'、57')互连(55、55')。
12.根据前述权利要求中任一项所述的旋转滑动叶片机器(1)，其中，用于每个叶片(12)的静压滑动轴承(20、20'、50')被包括在可更换的盒(70)中。
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