CN111608930B - 一种气体轴承式离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机，涉及压缩机技术领域。该离心压缩机采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，气体径向轴承分布于电机转子或轴的跨距两侧，叶轮端径向轴承和非叶轮端气体径向轴承提供径向承载。气体止推轴承提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承提供了止推力克服此轴系的气体力，油槽的压力通过平衡管平衡到低压的蒸发压力侧，通过油泵的作用，将低压的润滑油提升到较高的压力后，实现油膜轴承的供油，供油压差即为供油压力和蒸发压力的差值。

Description

一种气体轴承式离心压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种气体轴承式离心压缩机。

背景技术

气体轴承已有应用于制冷系统的离心压缩机的设计中，气体轴承可以带着陆轴承，例如波纹式着陆轴承，滚珠着陆轴承，耐磨衬套等，当轴系转动之前以及刚开始转动到低速时，压缩机和制冷系统尚未建立足够大的高低压差，带波纹片支撑的耐磨轴承衬套等着陆轴承和转动的轴之间存在机械干摩擦相对转动，当离心压缩机的轴系转动速度逐渐增大，离心压缩机建立了足够大的高低压差后，那么从压缩机高压排气侧排除的制冷剂气体的一部分会被引入到气体轴承的气流通道内，就会产生了足够大的气浮力，将轴系悬浮起来，此时气体轴承的气浮力就提供给离心压缩机的轴系足够的径向支撑力和轴向支撑力。

气体轴承可以不带着陆轴承，气体轴承没有设计耐磨轴承衬套允许低速轴系转动的干摩擦运行。任何时候轴承和轴之间都是有一层气膜产生气浮力，将轴系支撑托举提来，因此，制冷系统需要配备有一个气体泵，离心压缩机启动之前，从制冷系统的高压侧抽取气体并通过气体泵加压后引入到气体轴承的气流通道内，高压气体在轴和轴承之间形成的稳定的高压气膜以提供给离心压缩机的轴系足够的径向支撑力和轴向支撑力。

气体轴承和油膜轴承的原理都是一样的，都是高压动压油膜或高压动压气膜轴承设计。高压供油进入到轴承或高压供气进入到轴承，形成稳定的动压油膜或气膜，动压油膜的厚度，止推轴承的油膜面楔形角，径向轴承的油膜环楔形角，轴或轴承的偏心角和偏心率，油膜的刚度和阻尼具有自适应的稳定特性，保证轴系的稳定承载和运行。动压轴承应用于离心压缩机和制冷系统中，由于运行工况的变化导致排气压力和吸气压力波动，变工况偏离设计工况运行；同时由于空调负载的变化，压缩机需要卸载降低转速，变负载偏离设计工况运行；变工况和变负载的运行，产生的轴向径向载荷（针对径向轴承）和轴向载荷（针对止推轴承）处于随时变化中，此时气膜或油膜厚度、油膜或气膜面楔形角、油膜或气膜环楔形角、轴心相对于轴承中心的偏心角和偏心率都会变化，气膜和油膜的刚度和阻尼也会变化，以自动地适应载荷的变化，保持轴系的稳定运行。

为了实现高压动压油膜轴承设计或高压动压气膜轴承设计，确保稳定可靠的轴承的轴向承载力力和径向承载力，在轴承和轴之间形成稳定刚度和阻尼的油膜或者气膜；必须恒定的控制供油压差或者供气压差，必须恒定地控制供气温度和供油温度。所以对于动压油膜轴承设计的离心式压缩机，在供油压力和油槽压力之间设定供油压差控制，通过改变油泵的供油油量来保证稳定的供油压差，例如270-300kPa的供油压差，45℃-55℃的供油稳定，因此需要油冷，油加热等装置来保证。

对于气体轴承来说，现有的技术方案有以下几个问题：

（1）气体轴承的供气源是直接从制冷系统的排气压力高压侧、经济器中间压力侧、或者蒸发器低压压力侧抽取气体，然后通过气体泵加压后泵入气体轴承，气体比热容和惰性较小，供气气体的温度、压力、流量得不到恒定控制的；因为气体的温度、压力、流量的波动比液体的波动大得多，进气状态不稳定极易导致出气状态不稳定。

（2）一些设计上，气体泵仅在启动和启动后建立压差的某段时间内运行，一旦压缩机启动后，制冷系统的运行稳定，高低压差稳定后，气体泵并不投入运行，此时引入到气体轴承的气体量、气体温度和压力都是随着制冷系统的运行工况和负载变化的，那么气体动压轴承的运行并不稳定，导致可靠性和稳定性和自适应性的诸多问题。

（3）气体的密度较低，容积流量小，当气体泵的入口压力和流量变化较大时，气体泵通过改变转速和流量，气体泵的排气压力控制并不稳定，受到背压的影响；一旦吸入口的流量较小，背压较高，无论改变气体泵的运行，排气压力会出现周期性的波动和回流；

（4）气体的密度较小，有时候需要配置体积较大的气体泵来实现大流量的气体的增压，导致机组的管路和体积变大，经济型较差。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种气体轴承式离心压缩机。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种气体轴承式离心压缩机。

采用动压气体轴承应用于半封闭式或者开启式离心式压缩机系统。

（1）采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，气体径向轴承8和9分布于电机转子或轴的跨距两侧，叶轮端径向轴承8和非叶轮端气体径向轴承9提供径向承载。气体止推轴承10提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承10提供了止推力克服此轴系的气体力。反向气体止推轴承11提供了朝向非叶轮端的反向的止推轴承力，当压缩机在小流量大压差工况下，如果发生脱流失速或者喘振时，压缩机的排气压力将会出现周期性的振荡，叶轮出口的排气压力会出现向吸气侧的倒灌，此时压缩机轴系的瞬态气体力将是数倍的朝向叶轮端的反向气体力，因此反向止推轴承11提供了止推力克服此轴系的瞬态气体力。随叶轮轴系高速转动的止推套环12的两侧端面分别面向两侧的止推轴承10和反向止推轴承11。两个轴承之间的平衡保证轴系轴向对中。

（2）气体止推轴承10和11以及止推套环12可以放置于叶轮端，如图1所示；也可以放置于非叶轮端，如图2所示。放置在图2叶轮端有个益处是，当整个轴系由于温度产生伸长时，叶轮端可以通过止推轴承的轴向对中，也就是叶轮的位置精确的对中在现有位置上，而将所有的轴系伸长向自由端（非叶轮端）伸展，可以保证叶轮的轮毂和轮盖不会和固定元件的间隙不发生变化，保证叶轮的机械间隙和安全运行。

（3）a．气体止推轴承主要由两部分组成：壳体201和若干个止推片组成（图1所示为8个止推片）；每个止推片又由两部分组成：带偏心扇面的止推片底部支撑202，带偏心扇面的止推片顶盖板203，202的扇面和203的扇面通过卡套等其他方式卡装在一起形成一个单独的完整的止推片202+203，如图所示。

b.每个止推片202+203安装在止推轴承壳体201的各个独立的圆孔内，202底部的支撑柱装入壳体201孔内，两底面完全接触，通过螺钉204和205将止推片底部支撑202稳定可靠的安装在壳体201各孔内。止推片底部支撑202的扇面的底平面和壳体201的顶平面设计有间隙尺寸W。止推片底部支撑202的顶部部分是偏心扇面，底部部分是固定圆柱，中间部分称为弹性形变柔性杆圆柱，此柔性杆圆柱的直径小于底部固定圆柱的直径，此柔性杆的直径需要根据止推力设计计算来确定，此圆柱可以在材料弹性变形范围内偏斜，以便配合扇面和止推套环平面形成楔形气膜空间208，以产生止推力。间隙尺寸W就是为了保证形成楔形气膜空间208时，扇面底部和壳体底部不会相碰，不影响柔性杆的偏斜。柔性杆的偏斜需要被控制，通过柔性杆的直径，材料的最大弹性变形强度，止推力的大小来计算得到。

c.止推片底部支撑202的柔性杆圆柱为中心点和止推轴承壳体的中心点连接的中心轴线为界，中心轴两侧扇面面积是不同的，如图所示，扇面的中心轴线和柔性圆柱的中心轴线的夹角为尺寸e，轴系的转动方向，柔性圆柱的中心轴线反向于轴系转动方向的扇面的面积更大，以便柔性杆圆柱和扇面反向于转动速度偏斜一个角度，形成楔型空间208，这个楔形空间即是气膜空间，角度为尺寸F，楔形空间的角度F越大，止推力越大，柔性杆偏移越大，尺寸W设计要求更大，但是柔性杆圆柱的偏移必须保证在其材料的弹性强度极限范围和安全许可范围内。

c.止推片底部支撑202内部有气流通道205和206，止推片底部支撑202和止推片顶盖板203包围的气流通道207，气体轴承的总进气口200，沿着壳体内部的环形通道205将气体供给到每一个独立的止推片，然后通过气流通道206和207进入到各气流孔208。形成完成的气流流动。气流孔208的设计在扇面上的分布，以柔性杆圆柱的中心轴线的方向与轴系转动方向相反的扇面上的气孔的直径随着偏离中心轴线的增大逐渐变小，以柔性杆圆柱大的中心轴线的方向与轴系转动方向相同的扇面上的气孔的直径随着偏离中心轴线的增大逐渐变大。这时为了保证气流流量的分配和楔型空间的布局向匹配。

d.止推力的产生是由于止推套环12高速旋转起来之后，和固定的止推轴承的各止推片的止推面之间形成的很薄的一侧楔形气膜产生的止推力，止推片位置的线速度越高，止推力越大。因此止推轴承的止推力与以下几个因素有关：气膜厚度，楔形角角度F，偏心角角度E，止推片中心距离止推壳体的平均直径G，扇面的面积。气膜厚度越薄，止推力越大，楔形空间的气膜厚度是不同的，气膜最薄处的气膜的止推力越大，所以要求气流流量供应越大，气孔尺寸越大。楔形角度F越大，气膜最薄处的止推力越大。偏心角度E越大，止推力越大。线速度是由轴系转速和直径G决定的，在给定转速下，直径G越大，也就是止推轴承的尺寸越大，止推力就会越大。扇面的面积越大，止推力越大。理解了止推力的设计原理，就知道应该如何的合理正确的设计止推轴承了。

（4）采用气体轴承的离心压缩机对应的制冷系统如下设计：

a，从制冷系统的高压冷凝器出口的储液罐或者液相管路、对于带经济器的制冷系统，也可以从经济器的液相管路，引出一小部分过冷的制冷剂液体，经过文丘里节流器16，制冷剂液体小部分闪发为制冷剂气体，形成高速的制冷剂气液混合物，此过程压力略有降低，但气液混合物的流速显著提升，有助于气液混合物均和混合，最终流经各气体轴承上密集分布加工的数个高压喷嘴供气气孔109，气液混合物节流降压，制冷剂液体经高压喷嘴供气孔109进一步闪发为气体后，形成高速气流，在径向轴承8和轴13之间形成高压高速环面楔形动压气膜，在止推轴承10和止推套环12之间形成高压高速平面楔形动压气膜，实现气体轴承的承载。

b,采用气体增压引射气体回路111。从压缩机排气压力侧通过气体增压引射管路111，引出高压气体，通过气体增压引射流量调节阀18调节流量和压力后进入到引射器16，当控制系统检测到供气压差不足时，通过调节阀18可以调节引射泵液的高压气体的流量，引射器16的作用也是通过高压气体的泵液作用，将供液管路105中的液体增压吸入到引射器16中并连通高压气体一起进入到气体轴承的供气回路107，供气回路107的气体和液体的流量以及压力都得到提升，保证气体轴承的供气压差稳定在范围内，通过调节阀18的线性调节作用，可以做到精确的供气压差控制。

c，采用制冷剂液体泵7，制冷剂液体流经小型液体泵7加压后经过节流孔塞闪发为制冷剂液体和气体的混合物，由于制冷剂气体的闪发，气体和液体的混合物的流速增加并混合均匀，再被引入到气体轴承，包括气体径向轴承和气体止推轴承的主供气通道内，再经过周向和轴向布置的无数个给定直径尺寸的微小的密布的供气通道口，制冷剂液体和气体会进一步的全部闪发为制冷剂气体，气体充满轴和轴承的间隙空间内，形成的气膜起到了轴承承载作用

d,液体泵7可以是容积式液体泵，如齿轮泵，也可以是速度型液体泵，如离心泵。液体泵的扬程比较稳定，可以通过旁通阀和变频控制来保持泵出液体的压力，相比采用液体泵加压，然后气化来提供气体轴承的供气，其供气流量和供气压力会更加稳定可靠。当制冷系统的运行工况变化，例如冷凝压力波动，压缩机的负载变化，吸入的液体量和液体压力，通过液体泵的调节，出口压力和流量会保持稳定，有助于而稳定的控制气体轴承的载荷。

e.当制冷系统的压差下就能保证足够的供气压力的条件下，液体泵7必要时是可以关闭的。液体泵的目的是为了维持恒定的供气压力以保证轴承运行始终是稳定的。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中，环形的气体供气通道可以设计成外部管路而不需要通过加工孔的方式。也可以每个止推片单独的供气，方便止推轴承本身的加工；

（2）本发明中，将低压的制冷剂提升到较高的制冷剂压力后，实现气体轴承的供气。这种设计类似于高压动压油膜轴承的设计，油槽的压力通过平衡管平衡到低压的蒸发压力侧，通过油泵的作用，将低压的润滑油提升到较高的压力后，实现油膜轴承的供油，供油压差即为供油压力和蒸发压力的差值；

（3）本发明中，由于制冷系统的控制目标是保持冷冻水的出水温度稳定，也就是蒸发压力稳定，那么油槽的压力始终比较稳定，不会出现较大的稳定，油泵前的压力较低，整个管路也可以按照低压压力来设计。采用低压液体引射或者泵引液的设计，从控制角度看也会较为稳定。

附图说明

图1为止推轴承的结构图；

图2为体止推轴承片视图；

图3为气体止推轴承面楔形动压气膜和压力梯度分布；

图4为气体径向轴承环面楔形动压气膜和压力梯度分布；

图5为气体径向轴承截面图；

图6为气体轴承的离心压缩机结构布局图；

图7为气体轴承的离心压缩机结构布局图；

图8为制冷系统的流程图－高压压力液相管路引出液体并带气体增压；

图9为制冷系统的流程图－中压压力液相管路引出液体并带气体增压；

图10为制冷系统的流程图－高压压力液相管路引出液体并带液体泵；

图11为制冷系统的流程图－中压压力液相管路引出液体并带液体泵；

图12为制冷系统的流程图－高压压力液相管路引出液体并带液体泵和气体增压；

图13为制冷系统的流程图－中压压力液相管路引出液体并带液体泵和气体增压；

图14为制冷系统的流程图－低压压力液相管路引出液体并带液体泵；

图15为制冷系统的流程图－低压压力液相管路引出液体并带液体泵和气体增压；

图16为着陆轴承的结构图。

其中：1-离心压缩机；2-冷凝器；3-闪蒸式经济器；4-一级节流膨胀阀5-二级节流膨胀阀；6-蒸发器；7-液体泵；8-叶轮端气体径向轴承；9-非叶轮端气体径向轴承；10-止推轴承；11-反向止推轴承；12-止推套环；13-电机或转子轴组件；14-电机定子；15-叶轮；16-文丘里节流器；17-单向阀；18-气体增压引射流量调节阀；19-叶轮端着陆轴承；20-叶轮端着陆轴承；100-排气管路；101-吸气管路；102-冷凝器出口液相管路；103-经济器气相管路；104-经济器液相管路；105-气体轴承供液总管；106-液体泵排液总管；107-气体轴承供气总管；108-轴承供气分配管路；109-各气体轴承的高压喷嘴供气气孔；110-气体轴承回气总管；111-气体增压引射管路；112-蒸发器引液管；200-总气体供气口；201-止推轴承壳体；202-底部支撑圆柱；203-止推片顶部扇面；204-紧固螺钉；205-环形气体供气通道；206-气流通道；207-气流通道；208-止推轴承高压供气喷嘴；209-止推轴承面楔形气膜；210～211-径向轴承压力梯度分布；212-径向轴承压力梯度分布；213-径向轴承环楔形动压气模；214-径向轴承高压供气喷嘴；301-蒸发压力传感器；302-中间压力传感器；303-供液压力传感器；304-供气压力传感器。

具体实施方式

本实施例提供的一种气体轴承式离心压缩机，图1中止推轴承包含壳体201和多个安装的底部支撑圆柱或柔性杆圆柱202和203。止推片的数量根据止推力大小设计，环形设计为4个以上的止推片，止推扇面可以是扇形也可以是圆形，根据止推力大小设计，止推面的面积越大，止推力越大。205为环形的气体供气通道，200为总气体供气口。总进气通道200从气体轴承的总供气通到107引出一部分高压高速气体，并通过环形布置的205通道均匀的将这些高压高速气体分配到各个止推片202的内部气流通道206。从为了方便制造，环形的气体供气通道可以设计成外部管路而不需要通过加工孔的方式。也可以每个止推片单独的供气，方便止推轴承本身的加工。

图2～图4所示为止推片的结构设计，底部支撑圆柱或柔性杆圆柱202和止推片顶部扇面（圆面）203装配后组成完成的单个独立的止推片，底部通过螺钉204固定，底部支撑圆柱或柔性杆圆柱202的中部颈部的柔性杆圆柱是可以偏斜，尺寸W，e以确保正确的止推力设计和面楔形动压气膜的产生。高速高压的气流经总进口200然后通过环形气流通道205，分配到各个底部支撑圆柱或柔性杆圆柱202的气流通道206和207，最后供给气体到每一个独立的止推轴承高压喷嘴气孔208，喷嘴气孔208的布局根据面楔形动压气膜设计，扇面偏心角和轴系的转向等设计和布局。

图4~图5所示为径向轴承的设计。对于高速轻载的离心压缩机的设计，气体径向轴承的，斜底部的高压气膜楔形空间压力梯度212和斜向上方的高压气膜楔形空间压力梯度213产生的径向承载力如图4所示，顶部的高压气膜213形成楔形空间产生压力梯度和斜向下的径向承载力如图4所示，两个高压气膜楔形区域是为了确保高速轻载离心压缩机径向载荷的转子动力学稳定性，提供了更高的轴承刚度和阻尼。相对应的在轴承的斜下部设置多个高压供气喷嘴孔214和斜上方设置多个高压供气喷嘴214用于产生高压楔形气膜。高压供气喷嘴的直径和数量位置需要根据压力梯度212和213的分布来确定。

图6~图7中，采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，气体径向轴承8和9分布于电机转子或轴的跨距两侧。着陆轴承19和20分布于电机转子或轴的跨距两侧内侧，着陆轴承的间隙要略小于气体轴承。尺寸D为着陆轴承的间隙，尺寸D1为气体轴承的间隙，D1>D（见图16）。叶轮端径向轴承8和非叶轮端气体径向轴承9提供径向承载。气体止推轴承10提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承10提供了止推力克服此轴系的气体力。反向气体止推轴承11提供了朝向非叶轮端的反向的止推轴承力，当压缩机在小流量大压差工况下，如果发生脱流失速或者喘振时，压缩机的排气压力将会出现周期性的振荡，叶轮出口的排气压力会出现向吸气侧的倒灌，此时压缩机轴系的瞬态气体力将是数倍的朝向叶轮端的反向气体力，因此反向止推轴承11提供了止推力克服此轴系的瞬态气体力。随叶轮轴系高速转动的止推套环12的两侧端面分别面向两侧的止推轴承10和反向止推轴承11，两个轴承之间的平衡保证轴系轴向对中。

在图8~图15中，离心压缩机1排除的高温高压的制冷剂气体经排气管路100进入到冷凝器2中，在冷凝器2中，高温高压的制冷剂气体将热量排放到冷凝水后凝结为高温高压的制冷剂液体，流经冷凝器出口液相管路102后，如制冷系统设计有经济器3，则经液相管路102的制冷剂液体会流经一级节流膨胀阀4节流降压为中间压力的气体或液体的混合物并进入到闪蒸式经济器3的壳体内，在闪蒸式经济器3内，气体从壳体顶部流经压缩机经济器补气管路103进入到压缩机的中间压力补气口，而饱和液体进入到通过闪蒸式经济器的液相管路104，再流经二级节流阀5节流降压到低压的蒸发压力后制冷剂进入到蒸发器6，蒸发换热后制冷剂气体通过吸气管路101返回到离心压缩机1中，完成完整的制冷系统。

在图8和图9中，气体径向轴承8和9，气体止推轴承10和11，它们的高压供气回路如下：从高压的冷凝器出口液相管路102（图8，或者中间压力的经济器液相管路104（图9），引出高压的制冷剂饱和液体或过冷液体（图8），或者中压的制冷剂饱和液体或过冷液体（图9），由于高压和低压的压差的驱动力，使得一小部分的液体通过供液管路102（图8）或者104（图9）进入到气体轴承的供液总路105，制冷剂液体流经文丘里节流器16后会有大量的制冷剂液体闪发气体，未闪发的制冷剂液体和闪发后的制冷剂气体混合后流速提高，压力降低，并高速流经到气体轴承的供气总管107，然后气液混合物被分别分配到各个轴承，径向轴承8和9，止推轴承10和11。气体轴承8-11上的环向和轴向布置有若干个微小的高压喷嘴供气气孔109，高压喷嘴气孔的目的是完全将气液混合物中的剩余的制冷剂液体闪发为气体，最终高压供气到径向轴承环向楔形间隙内，以及止推轴承和止推套环12的面楔形间隙内，形成具有足够刚度和阻尼的高压气膜，形成稳定的气体承载力。

可选的，在图8和图9中，采用气体增压引射气体回路111。从压缩机排气压力侧通过气体增压引射管路111，引出高压气体，通过气体增压引射流量调节阀18调节流量和压力后进入到引射器16，当控制系统检测到供气压差不足时，通过调节阀18可以调节引射泵液的高压气体的流量，引射器16的作用也是通过高压气体的泵液作用，将供液管路105中的液体增压吸入到引射器16中并连通高压气体一起进入到气体轴承的供气回路107，供气回路107的气体和液体的流量以及压力都得到提升，保证气体轴承的供气压差稳定在范围内，通过调节阀18的线性调节作用，可以做到精确的供气压差控制。

可选的，在图10和图11中，可以在气体轴承供液总管105上，设置液体泵7，提高供液压力，液体泵启动时，流经106管路进入到107供气总管；液体泵不启动时，流经旁通管路110进入到107供气总管。单向阀17的目的是保证当液体泵不运行时，制冷剂通过压差流经管路110进入到107；而当液体泵运行时，避免流体倒流。最终地液体泵的目的是必要时提高气体轴承的供气压力，当离心压缩机出现喘振运行，或者突然的载荷变化导致，或者低压差工况运行时，此时仅依靠制冷系统的高低压压差的驱动力，气体轴承的供气压力偏低，承载力偏小时，可以启动液体泵，液体增压后，提供更高的气体轴承的供气压力，提高轴承的承载力。

可选的，图12和图13中，制冷系统带液体泵7和气体增压引射回路111。可以实现更稳定和可靠的气体轴承的供气压差控制和稳定运行。图14和图15中，当采用带液体泵的设计时，可以直接从蒸发器的底部液相区域引出低压的制冷剂液体，并经过液体泵7的液体增压和气体增压引射回路111，将低压的制冷剂提升到较高的制冷剂压力后，实现气体轴承的供气。这种设计类似于高压动压油膜轴承的设计，油槽的压力通过平衡管平衡到低压的蒸发压力侧，通过油泵的作用，将低压的润滑油提升到较高的压力后，实现油膜轴承的供油，供油压差即为供油压力和蒸发压力的差值，这样由于制冷系统的控制目标是保持冷冻水的出水温度稳定，也就是蒸发压力稳定，那么油槽的压力始终比较稳定，不会出现较大的稳定，油泵前的压力较低，整个管路也可以按照低压压力来设计。采用低压液体引射或者泵引液的设计，从控制角度看也会较为稳定。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种气体轴承式离心压缩机，其特征在于：所述压缩机采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，叶轮端气体径向轴承（8）和非叶轮端气体径向轴承（9）分布于电机转子或轴的跨距两侧，着陆轴承分布于电机转子或轴的跨距两侧内侧，着陆轴承的间隙要小于气体轴承；尺寸D为着陆轴承的间隙，尺寸D1为气体轴承的间隙，D1>D；叶轮端气体径向轴承（8）和非叶轮端气体径向轴承（9）提供径向承载；止推轴承（10）提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承（10）提供了止推力克服此轴系的气体力；反向止推轴承（11）提供了朝向非叶轮端的反向的止推轴承力，当压缩机在小流量大压差工况下，发生脱流失速或者喘振时，压缩机的排气压力将会出现周期性的振荡，叶轮出口的排气压力会出现向吸气侧的倒灌，此时压缩机轴系的瞬态气体力将是数倍的朝向叶轮端的反向气体力，因此反向止推轴承（11）提供了止推力克服此轴系的瞬态气体力；随叶轮轴系高速转动的止推套环（12）的两侧端面分别面向两侧的止推轴承（10）和反向止推轴承（11）；止推轴承（10）和反向止推轴承（11）之间的平衡保证轴系轴向对中；

所述压缩机采用叶轮端气体径向轴承（8）、非叶轮端气体径向轴承（9）和止推轴承（10）应用于离心式压缩机中，止推轴承（10）上安装有多个独立的止推片顶部扇面（203），分别用紧固件安装于止推轴承壳体（201）孔内，每个独立的止推片顶部采用偏心设计的扇面或者圆面止推片，即底部支撑圆柱（202）的圆心与止推轴承壳体（201）圆心连接的轴线，止推片顶部扇面（203）的中心与止推轴承壳体（201）圆心连接的轴线，两个轴线形成了偏心角E，E设计为0º~+15º；轴系运行时，止推力将导致底部支撑圆柱（202）中间的颈部柔性杆圆柱在其材料的设计安全弹性强度范围内，偏斜一个小的角度，随之止推片顶部扇面（203）的外侧端平面也会偏斜，并与止推轴承壳体（201）外表面形成一个偏斜角F，这样就在止推片顶部扇面（203）的端面和止推套环（12）的端面形成了一个面楔形动压气膜空间，此动压气膜是高速旋转的止推套环（12）和止推片顶部扇面（203）的端面形成的一个动态剪切力的动压气膜空间，此楔形动压气膜产生强大的止推力；因此止推片顶部扇面（203）底部和止推轴承壳体（201）之间设计有间隙W，以保证柔性杆圆柱偏斜到最大角度F，设计间隙W大于0.02mm；每个单独的止推片内部加工有环形气体供气通道（205）、第一气流通道（206）、第二气流通道（207）以及轴承高压供气喷嘴（208），将高压的气体通过环形气体供气通道（205）最终引导到各个独立的轴承高压供气喷嘴（208）；轴承高压供气喷嘴上根据偏离柔性杆轴线的角度，设置不同直径或通流截面积的轴承高压供气喷嘴（208），目的是轴承高压供气喷嘴（208）的通流截面积与环面楔形动压气膜厚度相匹配；

所述叶轮端气体径向轴承（8）的斜底部的环面楔形动压气膜产生楔形空间的压力梯度和斜向上方的径向承载力，顶部的高压气膜形成楔形空间的压力梯度和斜向下方的径向承载力，两个环面楔形动压气膜区域是为了确保高速轻载离心压缩机径向载荷的转子动力学稳定性，提供了更高的轴承刚度和阻尼；相对应的在叶轮端气体径向轴承（8）的斜下部设置多个径向轴承高压供气喷嘴（214）和斜上方设置多个径向轴承高压供气喷嘴（214）用于产生环面动压楔形气膜；叶轮端气体径向轴承（8）高压供气喷嘴的直径和数量位置需要根据压力梯度的分布改变。

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