CN111637150A - 具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统 - Google Patents
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Abstract
具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,包括支承转子的箔片动压气体轴承,箔片动压气体轴承外设有鼠笼弹性阻尼支承结构;鼠笼弹性阻尼支承结构包括鼠笼密封腔、弹性条、金属橡胶、鼠笼压盖、鼠笼安装边或鼠笼折叠槽;鼠笼密封腔套在箔片动压气体轴承上,鼠笼密封腔一侧设有鼠笼压盖;双层鼠笼弹性阻尼支承结构的金属橡胶在鼠笼密封腔内部,鼠笼密封腔另一侧通过弹性条同鼠笼折叠槽连接;单层鼠笼弹性阻尼支承结构的金属橡胶在鼠笼密封腔和机座之间,鼠笼密封腔另一侧通过弹性条同鼠笼安装边连接;金属橡胶和端盖相接;本发明增进系统的阻尼和承载力,使高速转子更好得通过一阶甚至多阶临界转速,大大提高无油支承轴承系统的性能。
Description
技术领域
本发明涉及箔片动压气体轴承技术领域,特别涉及具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统。
背景技术
近年来,随着高速旋转机械在航空航天,能源装备等领域越来越广泛的应用,工作环境日益苛刻,对润滑和支承的要求逐步提高。在无油润滑系统中,相较于电磁轴承等复杂昂贵的支承方式,箔片动压气体轴承具有转速高、自适应好、无磨损、成本低、可靠性高、耐高温等优点,是无油润滑的关键技术之一。
传统的箔片动压气体轴承包括轴承套,顶层箔片和底层箔片。其中顶层箔片为整周式箔片,用来形成完整的气膜润滑,底层箔片有很多种支承结构,主要有波箔式和搭接式等,以此提供轴承系统一定的刚度和阻尼。如波箔式箔片动压气体轴承通过模具将金属箔片加工成圆拱式形状,与顶层箔片接触形成承载能力。
但是,传统的箔片动压气体轴承存在以下缺点:首先,仅由底层箔片形成支承结构容易造成箔片轴承支承刚度过小,承载能力低,可优化性能差;其次,各种底层箔片结构通过与顶层箔片接触摩擦获得的阻尼过小,不足以对高速转子系统运行时的冲击振动进行调节。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的是提供具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,增加系统的阻尼,提高其承载力并加强抑制振动能力,使高速转子更好得通过一阶甚至多阶临界转速,大大提高无油支承轴承系统的性能。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案是:
具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,包括支承转子1的箔片动压气体轴承3,箔片动压气体轴承3外设有鼠笼弹性阻尼支承结构2,鼠笼弹性阻尼支承结构2安装在机座5内,箔片动压气体轴承3、鼠笼弹性阻尼支承结构2的外侧设有端盖4,端盖4套装在转子1上,端盖4和机座5通过螺栓6固定连接;
所述的鼠笼弹性阻尼支承结构2由鼠笼密封腔21、弹性条22、金属橡胶23、鼠笼压盖24、鼠笼安装边25、鼠笼折叠槽26组成;鼠笼密封腔21套在箔片动压气体轴承3上,鼠笼密封腔21一侧设有鼠笼压盖24;
鼠笼弹性阻尼支承结构2为单层或双层结构,双层鼠笼弹性阻尼支承结构2的金属橡胶23在鼠笼密封腔21内部,鼠笼密封腔21另一侧设有鼠笼折叠槽26,鼠笼折叠槽26和鼠笼密封腔21之间安装有弹性条22;
单层鼠笼弹性阻尼支承结构2的金属橡胶23在鼠笼密封腔21和机座5之间,鼠笼密封腔21另一侧设有鼠笼安装边25,鼠笼安装边25和鼠笼密封腔21之间安装有弹性条22;
鼠笼密封腔21、金属橡胶23同箔片动压气体轴承3在轴向处于同一位置。
所述的弹性条22的宽度,长度,数目参数由系统所需刚度推导计算或有限元软件计算所得。
所述的鼠笼弹性阻尼支承结构2与箔片动压气体轴承3为过盈装配,金属橡胶23与鼠笼密封腔21为过盈装配。
所述的鼠笼弹性阻尼支承结构2的鼠笼压盖24对箔片动压气体轴承3起限位作用。
所述的鼠笼弹性阻尼支承结构2设有防转销。
在放置金属橡胶23的环形空腔已经确定物理尺寸的情况下,通过将多层金属橡胶23叠层放置,或对金属橡胶23增加橡胶垫圈8方式改变阻尼;在不改变金属橡胶23振动挤压方式的基础上,橡胶垫圈8包括L型或环形。
所述的端盖4和金属橡胶23部分接触,过盈量通过改变螺栓6的压紧程度调整,以此优化金属橡胶23提供的阻尼。
所述的机座5和端盖4之间加密封圈7。
所述的箔片动压气体轴承3底层箔片32包括搭接式、拱箔式结构形式;顶层箔片31和底层箔片32固定方式有点焊、销钉固定、开槽插入形式;箔片动压气体轴承3通过改变底层箔片32结构对轴承性能进行优化调整。
本发明的有益效果为:
与现有的箔片动压气体轴承相比,本发明提供了多层刚度支撑和明显改善的阻尼,解决了一般箔片动压气体轴承承载力和阻尼不足的问题,可以改善无油润滑系统工作中和过临界时抑制振动的能力。
附图说明
图1为本发明双层鼠笼弹性阻尼支承结构的剖视图。
图2为本发明单层鼠笼弹性阻尼支承结构的剖视图。
图3为本发明整体结构示意图及箔片动压气体轴承局部放大图。
图4为本发明密封垫圈及金属橡胶结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示,具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,包括包括支承转子1的箔片动压气体轴承3,箔片动压气体轴承3外设有鼠笼弹性阻尼支承结构2,鼠笼弹性阻尼支承结构2安装在机座5内,箔片动压气体轴承3、鼠笼弹性阻尼支承结构2的外侧设有端盖4,端盖4套装在转子1上,端盖4和机座5通过螺栓6固定连接;
所述的鼠笼弹性阻尼支承结构2由鼠笼密封腔21、弹性条22、金属橡胶23、鼠笼压盖24、鼠笼安装边25、鼠笼折叠槽26组成;鼠笼密封腔21套在箔片动压气体轴承3上,鼠笼密封腔21一侧设有鼠笼压盖24;
鼠笼弹性阻尼支承结构2为单层或双层结构,双层鼠笼弹性阻尼支承结构2的金属橡胶23在鼠笼密封腔21内部,鼠笼密封腔21另一侧设有鼠笼折叠槽26,鼠笼折叠槽26和鼠笼密封腔21之间安装有弹性条22;
单层鼠笼弹性阻尼支承结构2的金属橡胶23在鼠笼密封腔21和机座5之间,鼠笼密封腔21另一侧设有鼠笼安装边25,鼠笼安装边25和鼠笼密封腔21之间安装有弹性条22;
鼠笼密封腔21、金属橡胶23同箔片动压气体轴承3在轴向处于同一位置,鼠笼密封腔21为完整环面,双层鼠笼弹性阻尼支承结构如图1所示,单层鼠笼弹性阻尼支承结构如图2所示。
如图3所示,所述的箔片动压气体轴承3由顶层箔片31、底层箔片32和轴承套33组成。
如图1所示,在转子1转动时,由气膜压力形成动压对转子1进行支承。一般来说,顶层箔片31为近似的整圆以便形成气膜,刚度和阻尼由底层箔片32提供,如果振动过大,底层箔片32无法提供足够的刚度和阻尼,振动便通过轴承套33传导出去,使鼠笼密封腔21产生变形,同时以一定频率挤压金属橡胶23,消耗吸收了振动能量。在实施例1中,鼠笼折叠槽26的相对挤压带来了刚度和除金属橡胶23的额外阻尼,故增加了系统的阻尼效果和自适应性。
如图2所示,当箔片动压气体轴承3产生振动时,鼠笼密封腔21产生挤压变形,同时金属橡胶23产生挤压;振动对鼠笼密封腔21挤压同时弹性条22产生变形,鼠笼安装边25由螺栓6固定在机座5上,故弹性条22相当于梁支承于鼠笼弹性阻尼支承结构2和机座5之间,提供足够的刚度;金属橡胶23在鼠笼密封腔21和机座5之间,吸收振动能量,提供了足够的阻尼。
所述的箔片动压气体轴承3所提供的刚度阻尼由数值计算求得,所述的鼠笼弹性阻尼支承结构2的弹性条22的宽度,长度,数目参数由系统所需刚度推导计算或有限元软件计算所得。
所述鼠笼弹性阻尼支承结构2与箔片动压气体轴承3为过盈装配,避免在振动情况下间隙造成的非线性现象。
如图1所示,所述的机座5和端盖4之间加密封圈7,防止外部环境对运行中的箔片动压气体轴承系统造成影响。
如图1所示,鼠笼弹性阻尼支承结构2的鼠笼压盖24对箔片动压气体轴承3起限位作用。
所述的鼠笼弹性阻尼支承结构2设有防转销,改善其性能。
如图4所示,在放置金属橡胶23的环形空腔已经确定物理尺寸的情况下,可以通过将多层金属橡胶23叠层放置,或对金属橡胶23增加橡胶垫圈8等方式改变阻尼;在不改变金属橡胶23振动挤压方式的基础上,橡胶垫圈8可有多种结构形式,包括L型,简单环形等。金属橡胶23一般由金属丝网制成,其丝网材料,丝网直径,丝网间隙等参数由需要阻尼计算所得,也可采用其他阻尼类型材料。阻尼参数需要用数值计算或有限元计算获得。
所述的金属橡胶23与鼠笼密封腔21为过盈装配,使箔片动压气体轴承3的振动可以确保传导到金属橡胶23上,达到抑制振动的目的。
所述的端盖4和金属橡胶23部分接触,故过盈量通过改变螺栓6的压紧程度调整,以此优化金属橡胶提供的阻尼,
所述的箔片动压气体轴承3底层箔片32包括搭接式,拱箔式等多种结构形式;顶层箔片31和底层箔片32固定方式有点焊,销钉固定,开槽插入等多种形式;包括单瓦多瓦等多种气体轴承;箔片动压气体轴承3可以通过改变底层箔片32结构对轴承性能进行优化调整。
装配时鼠笼弹性阻尼支承结构2和箔片动压气体轴承3先进行过盈装配;再将鼠笼弹性阻尼支承结构2通过螺栓6固定或者端盖4定位等方式,与机座5整体配合固定。在无油高速润滑系统中,将鼠笼弹性阻尼支承结构2和箔片动压气体轴承3组合成的系统装配简单,实用性强,能增进系统的承载力和阻尼,具有良好的自适应性,从而优化了整机系统的性能。
以上所举实例仅为本发明的优选实例,大凡依本发明权利要求及发明说明书内所作的简单的等效变化与修饰,皆应属本发明保护覆盖的范围。
Claims (9)
1.具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,包括包括支承转子(1)的箔片动压气体轴承(3),其特征在于:箔片动压气体轴承(3)外设有鼠笼弹性阻尼支承结构(2),鼠笼弹性阻尼支承结构(2)安装在机座(5)内,箔片动压气体轴承(3)、鼠笼弹性阻尼支承结构(2)的外侧设有端盖(4),端盖(4)套装在转子(1)上,端盖(4)和机座(5)通过螺栓(6)固定连接;
所述的鼠笼弹性阻尼支承结构(2)由鼠笼密封腔(21)、弹性条(22)、金属橡胶(23)、鼠笼压盖(24)、鼠笼安装边(25)、鼠笼折叠槽(26)组成;鼠笼密封腔(21)套在箔片动压气体轴承(3)上,鼠笼密封腔(21)一侧设有鼠笼压盖(24);
鼠笼弹性阻尼支承结构(2)为单层或双层结构,双层鼠笼弹性阻尼支承结构(2)的金属橡胶(23)在鼠笼密封腔(21)内部,鼠笼密封腔(21)另一侧设有鼠笼折叠槽(26),鼠笼折叠槽(26)和鼠笼密封腔(21)之间安装有弹性条(22);
单层鼠笼弹性阻尼支承结构(2)的金属橡胶(23)在鼠笼密封腔(21)和机座(5)之间,鼠笼密封腔(21)另一侧设有鼠笼安装边(25),鼠笼安装边(25)和鼠笼密封腔(21)之间安装有弹性条(22);
鼠笼密封腔(21)、金属橡胶(23)同箔片动压气体轴承(3)在轴向处于同一位置。
2.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:所述的弹性条(22)的宽度,长度,数目参数由系统所需刚度推导计算或有限元软件计算所得。
3.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:所述的鼠笼弹性阻尼支承结构(2)与箔片动压气体轴承(3)为过盈装配,金属橡胶(23)与鼠笼密封腔(21)为过盈装配。
4.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:所述的鼠笼弹性阻尼支承结构(2)的鼠笼压盖(24)对箔片动压气体轴承(3)起限位作用。
5.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:所述的鼠笼弹性阻尼支承结构(2)设有防转销。
6.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:在放置金属橡胶(23)的环形空腔已经确定物理尺寸的情况下,通过将多层金属橡胶(23)叠层放置,或对金属橡胶(23)增加橡胶垫圈(8)方式改变阻尼;在不改变金属橡胶(23)振动挤压方式的基础上,橡胶垫圈(8)包括L型或环形。
7.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:所述的端盖(4)和金属橡胶(23)部分接触,过盈量通过改变螺栓(6)的压紧程度调整,以此优化金属橡胶(23)提供的阻尼。
8.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:所述的机座(5)和端盖(4)之间加密封圈(7)。
9.根据权利要求1所述的具有弹性阻尼支承结构的箔片动压气体轴承系统,其特征在于:所述的箔片动压气体轴承(3)底层箔片(32)包括搭接式、拱箔式结构形式;顶层箔片(31)和底层箔片(32)固定方式有点焊、销钉固定、开槽插入形式;箔片动压气体轴承(3)通过改变底层箔片(32)结构对轴承性能进行优化调整。
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GR01 | Patent grant | ||
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