CN110005699A - 一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涡轮机械技术领域的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，包括如下部分：底板；若干沿底板的支撑板面的环向均布的、且相互接近的支承组件；其中，每个支承组件包括顶箔片以及支撑部，顶箔片的外侧面由平面区域和楔形区域组成；支撑部由楔形支承波箔和平面支承波箔组成，楔形支承波箔支撑且贴装顶箔片的楔形区域，平面支承波箔支撑且贴装顶箔片的平面区域；楔形支承波箔、平面支承波箔相互独立设置，且楔形支承波箔的结构刚度小于平面支承波箔的结构刚度。以解决在大载荷下顶箔片的楔形区域与平面区域的相接处磨损严重的问题。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮机械技术领域，具体来说，是与涡轮机械的转子配套的推力空气轴承。
背景技术
气体箔片轴承由于其耐高温、转速高、无油润滑、摩擦损耗小等特点广泛应用于空气循环机、空压机、微型燃气轮机等涡轮机械中。但对于某些微型燃气轮机和空压机等设备轴向力越来越高，要求推力轴承的承载能力也越来越高。如图4、5所示，空气动压箔片轴承是利用楔形效应，随着转子3的转速升高，周围环境中的带有一定粘性的气体被拖入楔形支承气腔4中，转子3的转速升到一定时楔形支承气腔4中的气体气压变大形成支承起转子3的气膜，以便对转子3的轴向形成足够的支承。其中，推力空气箔片轴承的顶箔片201一端固定于底板1上，顶箔片201另外一端与底板1分开并由平面支承波箔202支撑起来，顶箔片201的楔形区域201a与转子3之间形成楔形结构的楔形支承气腔4，顶箔片201的平面区域201b与转子3之间形成平面结构的平面支承气腔5。
然而随着载荷的增大，根据轴承表面的气压分布(如图5所示)，由于平面支承波箔202和楔形支承波箔203一体化成型，平面支承波箔202的变形量大于楔形支承波箔203的变形量，这样使得顶箔片201的楔形区域201a与平面区域201b相接处磨损严重，长时间工作在此状况下不仅损害轴承甚至会烧坏转子和整机设备。原因是具有一定粘性的气体在高转速的作用下不断被拖入楔形支承气腔4之中，经过楔形结构的作用，气体从间隙较大的楔形支承气腔4进入间隙较小的平面支承气腔5中，气压不断增加，最终至平面支承气腔5后端释放气体使得气压下降，因而形成了楔形支承气腔4气压小、平面支承气腔5气压大的气压分布，以至于顶箔片201的平面区域201b结构变形大，顶箔片201的楔形区域201a变形小，在反复的、高频的形变的过程中，顶箔片201的平面区域201b与楔形区域201a相接处成为受损最严重之处。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，以解决在大载荷下顶箔片的楔形区域与平面区域的相接处磨损严重的问题。
本发明的目的是这样实现的：一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，包括如下部分：
整体为圆环形结构的、与转子同轴设置的底板，该底板一板面为固定板面且固定安装在轴承固定基础上，该底板另一板面为支撑板面且朝向转子；
若干沿底板的支撑板面的环向均布的、且相互接近的支承组件；
其中，每个支承组件包括顶箔片以及支撑部，所述支撑部一侧固定贴装在底板的支撑板面上，所述顶箔片的内侧面固定贴装支撑部另一侧，所述顶箔片的外侧面朝向转子且在轴向上活动支承转子，所述顶箔片的外侧面由平面区域和楔形区域组成，所述平面区域平行于底板的支撑板面，所述楔形区域相对于平面区域倾斜，且楔形区域的最高端与平面区域一端相接，所述平面区域另一端与底板分离且用于释放气体压力；
所述支撑部由楔形支承波箔和平面支承波箔组成，所述楔形支承波箔支撑且贴装顶箔片的楔形区域，所述平面支承波箔支撑且贴装顶箔片的平面区域；
所述楔形支承波箔、平面支承波箔相互独立设置，且所述楔形支承波箔的结构刚度小于平面支承波箔的结构刚度。
进一步地，所述楔形支承波箔的材质刚度小于平面支承波箔的材质刚度。
进一步地，所述楔形支承波箔、平面支承波箔均设置为波浪形的板状结构，所述楔形支承波箔的板厚小于平面支承波箔的板厚。
进一步地，所述楔形支承波箔、平面支承波箔的相对侧正对且相互接近。
进一步地，所述楔形支承波箔上与平面支承波箔相对的一侧向外延伸为外延支撑部，所述外延支撑部为平板状结构，所述外延支撑部下表面固定贴装底板的支撑板面，所述平面支承波箔贴装在外延支撑部上表面。
进一步地，任意一个支承组件中顶箔片的楔形区域的最低端搭靠并焊接在相邻支承组件的平面支承波箔一端的边缘之上。
进一步地，所述顶箔片的楔形区域和平面区域平滑接续，所述楔形支承波箔的最高处位置靠近平面区域与楔形区域相接处，所述平面支承波箔上与楔形支承波箔的最高处相对的一侧靠近平面区域与楔形区域相接处，所述楔形支承波箔的最高端高度尺寸与平面支承波箔的高度尺寸相接近。
进一步地，所述顶箔片、楔形支承波箔、平面支承波箔均由高弹性材料制成。
本发明的有益效果在于：其一，将支撑顶箔片的支撑部分开设置，楔形支承波箔、平面支承波箔相互独立，且楔形支承波箔的结构刚度小于平面支承波箔的结构刚度，使得顶箔片的楔形区域能够随着平面区域的形变而形变，从而避免在大载荷下平面区域与楔形区域相接处易磨损的问题；其二，任意一个支承组件中顶箔片的楔形区域的最低端搭靠并焊接在相邻支承组件的平面支承波箔一端的边缘之上，减小了焊接所需的底板表面，增加了轴承的有效承载面积，并且减小了楔形区域的楔形高度，有利于提高轴承的楔形效应从而提升轴承的承载能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是第一种实施例示意图。
图3是第二种实施例示意图。
图4是现有技术中气压分布示意图。
图5是现有技术中楔形支承气腔与平面支承气腔的示意图。
图中，1底板，2支承组件，201顶箔片，201a楔形区域，201b平面区域，202平面支承波箔，203楔形支承波箔，203a外延支撑部，3转子，4楔形支承气腔，5平面支承气腔，6轴承固定基础。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
在第一种实施例中，如图1、2所示，一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，包括如下部分：
整体为圆环形结构的、与转子3同轴设置的底板1，底板1一板面为固定板面且固定安装在轴承固定基础6上，底板1另一板面为支撑板面且朝向转子3；
若干沿底板1的支撑板面的环向均布的、且相互接近的支承组件2。
其中，每个支承组件2包括顶箔片201以及支撑部，顶箔片201和支撑部贴覆底板1的支撑板面，并且所有顶箔片201以及支撑部均为带有一定弧度的弧形结构以适配底板1的圆环形支撑板面，支撑部一侧固定贴装在底板1的支撑板面上，顶箔片201的内侧面固定贴装支撑部另一侧，顶箔片201的外侧面朝向转子3且在轴向上活动支承转子3，顶箔片201的外侧面由平面区域201b和楔形区域201a组成，平面区域201b平行于底板1的支撑板面，楔形区域201a相对于平面区域201b倾斜，且楔形区域201a的最高端与平面区域201b一端相接，平面区域201b另一端与底板1分离且用于释放气体压力。
上述支撑部由楔形支承波箔203和平面支承波箔202组成，楔形支承波箔203支撑且贴装顶箔片201的楔形区域201a，平面支承波箔202支撑且贴装顶箔片201的平面区域201b。
上述楔形支承波箔203、平面支承波箔202相互独立设置，且楔形支承波箔203的结构刚度小于平面支承波箔202的结构刚度。使得顶箔片201的楔形区域201a能够随着平面区域201b的形变而形变，从而避免在大载荷下平面区域201b与楔形区域201a相接处易磨损的问题。
上述楔形支承波箔203的材质刚度小于平面支承波箔202的材质刚度。通过控制选材来调控楔形支承波箔203、平面支承波箔202的结构刚度。
上述楔形支承波箔203、平面支承波箔202均设置为波浪形的板状结构，楔形支承波箔203的板厚小于平面支承波箔202的板厚，通过控制楔形支承波箔203、平面支承波箔202的料厚来控制各自的结构刚度。
上述楔形支承波箔203、平面支承波箔202的相对侧正对且相互接近。
任意一个支承组件2中顶箔片201的楔形区域201a的最低端搭靠并焊接在相邻支承组件2的平面支承波箔202一端的边缘之上，减小了焊接所需的底板1表面，增加了轴承的有效承载面积，并且减小了楔形区域201a的楔形高度，有利于提高轴承的楔形效应从而提升轴承的承载能力。
上述顶箔片201的楔形区域201a和平面区域201b平滑接续，楔形支承波箔203的最高处位置靠近平面区域201b与楔形区域201a相接处，平面支承波箔202上与楔形支承波箔203的最高处相对的一侧靠近平面区域201b与楔形区域201a相接处，楔形支承波箔203的最高端高度尺寸与平面支承波箔202的高度尺寸相接近。
上述顶箔片201、楔形支承波箔203、平面支承波箔202均由高弹性材料制成，顶箔片201由高弹性金属材料制成(比如轴承钢，具有高弹性模量以及高耐磨性)。
上述顶箔片201的楔形区域201a与平面区域201b的面积比为1:1，使得整个轴承的支撑刚度更加符合气膜压力分布，顶箔片201的楔形区域201a与平面区域201b的形变更加均匀化，可允许的形变量更大，提升了轴承的承载能力。
上述楔形支承波箔203、平面支承波箔202的安装时针方向相反。
在第二种实施例中，与第一种实施例的不同之处在于：如图3所示，上述楔形支承波箔203上与平面支承波箔202相对的一侧向外延伸为外延支撑部203a，外延支撑部203a为平板状结构，外延支撑部203a下表面固定贴装底板1的支撑板面，平面支承波箔202贴装在外延支撑部203a上表面，并且平面支承波箔202通过焊接的方式与外延支撑部203a上表面相固定，使得楔形支承波箔203、平面支承波箔202的安装更为牢固。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，比如楔形支承波箔203和平面支承波箔202均采用高弹性材质的垫状结构或其它结构，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，包括如下部分：
整体为圆环形结构的、与转子(3)同轴设置的底板(1)，该底板(1)一板面为固定板面且固定安装在轴承固定基础(6)上，该底板(1)另一板面为支撑板面且朝向转子(3)；
若干沿底板(1)的支撑板面的环向均布的、且相互接近的支承组件(2)；
其中，每个支承组件(2)包括顶箔片(201)以及支撑部，所述支撑部一侧固定贴装在底板(1)的支撑板面上，所述顶箔片(201)的内侧面固定贴装支撑部另一侧，所述顶箔片(201)的外侧面朝向转子(3)且在轴向上活动支承转子(3)，所述顶箔片(201)的外侧面由平面区域(201b)和楔形区域(201a)组成，所述平面区域(201b)平行于底板(1)的支撑板面，所述楔形区域(201a)相对于平面区域(201b)倾斜，且楔形区域(201a)的最高端与平面区域(201b)一端相接，所述平面区域(201b)另一端与底板(1)分离且用于释放气体压力；
所述支撑部由楔形支承波箔(203)和平面支承波箔(202)组成，所述楔形支承波箔(203)支撑且贴装顶箔片(201)的楔形区域(201a)，所述平面支承波箔(202)支撑且贴装顶箔片(201)的平面区域(201b)；
其特征在于：所述楔形支承波箔(203)、平面支承波箔(202)相互独立设置，且所述楔形支承波箔(203)的结构刚度小于平面支承波箔(202)的结构刚度。
2.根据权利要求1所述的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，其特征在于：所述楔形支承波箔(203)的材质刚度小于平面支承波箔(202)的材质刚度。
3.根据权利要求1所述的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，其特征在于：所述楔形支承波箔(203)、平面支承波箔(202)均设置为波浪形的板状结构，所述楔形支承波箔(203)的板厚小于平面支承波箔(202)的板厚。
4.根据权利要求3所述的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，其特征在于：所述楔形支承波箔(203)、平面支承波箔(202)的相对侧正对且相互接近。
5.根据权利要求3所述的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，其特征在于：所述楔形支承波箔(203)上与平面支承波箔(202)相对的一侧向外延伸为外延支撑部(203a)，所述外延支撑部(203a)为平板状结构，所述外延支撑部(203a)下表面固定贴装底板(1)的支撑板面，所述平面支承波箔(202)贴装在外延支撑部(203a)上表面。
6.根据权利要求3所述的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，其特征在于：任意一个支承组件(2)中顶箔片(201)的楔形区域(201a)的最低端搭靠并焊接在相邻支承组件(2)的平面支承波箔(202)一端的边缘之上。
7.根据权利要求3所述的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，其特征在于：所述顶箔片(201)的楔形区域(201a)和平面区域(201b)平滑接续，所述楔形支承波箔(203)的最高处位置靠近平面区域(201b)与楔形区域(201a)相接处，所述平面支承波箔(202)上与楔形支承波箔(203)的最高处相对的一侧靠近平面区域(201b)与楔形区域(201a)相接处，所述楔形支承波箔(203)的最高端高度尺寸与平面支承波箔(202)的高度尺寸相接近。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种具有自适应楔形的推力空气箔片轴承，其特征在于：所述顶箔片(201)、楔形支承波箔(203)、平面支承波箔(202)均由高弹性材料制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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