CN116066470A - 一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，包括轴承座、多个顶层箔片和底层箔片；顶层箔片包括固定连接的圆弧形的箔片结构和金属丝网结构，底层箔片包括安装固定位置和拱形结构，轴承座内侧沿周向分布设置有多个卡槽，金属丝网结构和安装固定位置安装在卡槽内；轴承座的外侧沿周向均布设置有多个与卡槽连通的力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔，力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔分别用于安装力传感器、激光测距探头和铠装热电偶探头。本申请具有能够提高承载力，实时监测运行状态，便于加工和装配，更换成本低的有益效果。

Description

一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法

技术领域

本发明涉及气体轴承技术领域，特别是涉及一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法。

背景技术

径向箔片气体轴承通过顶层箔片与配合转子之间形成的气膜产生的压力，来实现径向箔片气体轴承对配合转子的有效承载。传统的径向箔片气体轴承为整周式的顶层箔片和底层箔片，通过卡槽固定的安装方式将顶层箔片和底层箔片固定于卡槽处，此种装配方式的装配难度较大，同时在使用过程中，如果出现顶层箔片和底层箔片局部的损坏，则需要全部更换该零部件，由此造成的损失较大。同时传统的径向箔片气体轴承整周式的结构不便于前期的工艺加工，箔片的成型和装夹都较为复杂。并且整周式的径向箔片气体轴承结构如果与配合转子贴合间隙较小，容易出现对径向箔片气体轴承磨损严重的问题，会降低径向轴承的寿命甚至导致轴承失效；如果整周式的结构与配合转子贴合的间隙较大，会导致径向气体轴承与配合转子之间无法有效形成气膜，导致径向气体轴承对配合转子的承载能力降低，使得径向气体轴承无法有效支承配合转子。所以如何保证径向箔片气体轴承的承载力的同时提高径向气体轴承的寿命是提高径向气体轴承性能的关键因素，同时还需要兼顾工程应用中对径向气体轴承加工过程简易、安装装配过程简便的要求。在实际使用轴承过程中，高转速下转子系统对轴承的承载能力和振动抑制能力有较高要求，同时轴承的实时工作状态需要进行有效监测，以避免高转速下轴承-转子系统损坏后，无法及时有效地分析出故障的原因。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是如何提供一种能够提高承载力，实时监测运行状态，便于加工和装配，更换成本低的多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，径向箔片气体轴承包括轴承座、多个顶层箔片和底层箔片；所述顶层箔片包括圆弧形的箔片结构和金属丝网结构，所述箔片结构包括位于金属丝网结构两侧的左侧圆弧形箔片结构和右侧圆弧形箔片结构，所述箔片结构和金属丝网结构固定连接；所述底层箔片包括安装固定位置和拱形结构，所述安装固定位置位于端部且与拱形结构固定连接；所述轴承座内侧沿周向分布设置有多个卡槽，所述卡槽的个数与顶层箔片和底层箔片的个数相同，所述金属丝网结构和安装固定位置安装在卡槽内；

所述轴承座的外侧沿周向均布设置有多个力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔，所述力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔分别用于安装力传感器、激光测距探头和铠装热电偶探头，所述力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔正对卡槽设置且与卡槽连通。

其中，所述顶层箔片的箔片结构与转轴接触的位置涂覆有耐磨涂层。

其中，所述金属丝网结构由多根不锈钢丝通过机械绕制、层叠并压制而成型。

其中，所述箔片结构与金属丝网结构焊接连接。

其中，所述底层箔片沿周向的拱形结构可切割成多条宽度不同的拱形结构形状。

其中，一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承的装配方法包括以下步骤：

S1：将底层箔片贴合安装于轴承座内侧，底层箔片的安装固定位置贴合于卡槽一侧，将带有金属丝网结构的顶层箔片贴合安装于轴承座内侧，金属丝网结构安装于轴承座的卡槽内，顶层箔片的箔片结构将底层箔片的拱形结构完全覆盖，同时顶层箔片的金属丝网结构将底层箔片的安装固定位置挤压固定在轴承座的卡槽内；

S2：依次装配其他底层箔片和顶层箔片，在装配其他顶层箔片时，新安装的顶层箔片的左侧圆弧形箔片结构将已安装的顶层箔片的右侧圆弧形箔片结构压紧固定，顶层箔片的箔片结构将所有底层箔片的拱形结构覆盖且顶层箔片的金属丝网结构将底层箔片的安装固定位置锁紧于轴承座的卡槽内，完成所有顶层箔片和底层箔片在轴承座上的安装固定；

S3：将力传感器通过螺纹结构安装于轴承座上的力传感器安装孔；

S4：将激光测距探头和铠装热电偶探头安装于轴承座上的激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔。

综上，本多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法所提供的径向箔片气体轴承结构简单，易于装拆，独特的多瓦搭接结构能够通过多瓦之间的配合实现对配合转轴的预紧，从而有效提高气体轴承的承载力。同时多瓦的结构便于工艺加工和装配，后期使用过程中出现局部损坏时可部分替换而无需整体更换，有效降低成本，具备非常强的工程应用价值。此外，该轴承能够在高转速下提供有效地承载和振动抑制作用，并通过智能监测系统对轴承在实际工作过程中的运行状态进行实时监测，能够有效保证高转速下轴承-转子系统运行的安全性而且便于后期分析试验结果。

附图说明

图1为本发明所述的一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承的结构示意图。

图2为顶层箔片的示意图。

图3为底层箔片的示意图。

图4为轴承座的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“上、下”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图1-4所示，一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，径向箔片气体轴承包括轴承座1、多个顶层箔片2和底层箔片3；顶层箔片2包括圆弧形的箔片结构21和金属丝网结构22，金属丝网结构22由多根不锈钢丝通过机械绕制、层叠并压制而成型，箔片结构21包括位于金属丝网结构22两侧的左侧圆弧形箔片结构和右侧圆弧形箔片结构，箔片结构21和金属丝网结构22通过焊接固定连接；底层箔片3包括安装固定位置31和拱形结构32，安装固定位置31位于端部且与拱形结构32固定连接；轴承座1内侧沿周向分布设置有多个卡槽11，卡槽11的个数与顶层箔片2和底层箔片3的个数相同，金属丝网结构22和安装固定位置31安装在卡槽11内；

轴承座1的外侧沿周向均布设置有多个力传感器安装孔12、激光测距探头安装孔13和铠装热电偶探头安装孔14，力传感器安装孔12、激光测距探头安装孔13和铠装热电偶探头14安装孔分别用于安装力传感器5、激光测距探头6和铠装热电偶探头7，力传感器安装孔12、激光测距探头安装孔13和铠装热电偶探头安装孔14正对卡槽11设置且与卡槽11连通。力传感器5用于监测轴承承载力情况；激光测距探头6用于监测轴承起飞状态；铠装热垫片探头7用于监测轴承实时温度。

径向箔片气体轴承安装配合的转轴4，顶层箔片与转轴接触的位置涂覆有耐磨涂层。

本实施例中，底层箔片3沿周向的拱形结构32可切割成多条宽度不同的拱形结构形状。同时拱形结构32也可根据需要设计成拱形结构参数变化的结构，可以优化底层箔片的刚度分布，利于提高轴承的结构阻尼和承载力。

本实施例中，一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承的装配方法包括以下步骤：

S1：将底层箔片3贴合安装于轴承座1内侧，底层箔片3的安装固定位置31贴合于卡槽11一侧，将带有金属丝网结构22的顶层箔片2贴合安装于轴承座1内侧，金属丝网结构22安装于轴承座1的卡槽11内，顶层箔片2的箔片结构21将底层箔片3的拱形结构32完全覆盖，同时顶层箔片2的金属丝网结构22将底层箔片3的安装固定位置31挤压固定在轴承座1的卡槽11内；顶层箔片2的形状类似于瓦片，在顶层箔片2的金属丝网结构22处分为左侧圆弧形箔片结构和右侧圆弧形箔片结构，在轴承实际运行过程中，顶层箔片2的左侧圆弧形箔片结构21受到挤压后，以顶层箔片2的金属丝网结构22为轴，右侧圆弧形箔片结构21翘起，右侧圆弧形箔片结构21与转子4的间隙减小，有利于轴承承载力的提升；

S2：依次装配其他底层箔片3和顶层箔片2，在装配其他顶层箔片2时，新安装的顶层箔片2的左侧圆弧形箔片结构将已安装的顶层箔片2的右侧圆弧形箔片结构压紧固定，顶层箔片2的箔片结构21将所有底层箔片3的拱形结构32覆盖且顶层箔片2的金属丝网结构22将底层箔片3的安装固定位置31锁紧于轴承座1的卡槽11内，完成所有顶层箔片2和底层箔片3在轴承座1上的安装固定；

径向箔片气体轴承安装完成后，顶层箔片由于圆弧形箔片结构沿径向没有有效约束，所以顶层箔片会向圆心处延展，将与径向箔片气体轴承配合的转轴配合安装以后，转轴可以有效将顶层箔片的圆弧形的箔片结构压紧，从而径向轴承的箔片结构有效实现了对转轴的预紧作用。在实际工作过程中，初始状态下转轴与径向箔片气体轴承的顶层箔片圆弧形箔片结构紧密贴合，径向轴承的预紧作用使得径向轴承与转轴的间隙很小，可以有效提高轴承的承载能力。在转轴运行过程中，实现高速旋转后，顶层箔片上产生的气膜压力能够实现对转轴的有效承载，同时顶层箔片受到反作用力影响沿径向向外延展，金属丝网结构与轴承座卡槽实现贴合，转轴与顶层箔片之间不再接触，从而实现径向轴承对转轴的支承悬浮作用。由于高速运行过程中，径向轴承的顶层箔片不再与转轴之间有接触，因此顶层箔片的耐磨寿命能够得到大幅提高，同时底层箔片在转轴运行过程中，独特的拱形结构能够有效为支承转子提供足够的刚度和阻尼作用，保证转轴在高速下平稳的运行。随着轴承应用设备的转速在高转速下进一步提升，随之而出现的问题便是大承载力的要求以及强振动的抑制问题，由于顶层箔片受到反作用力影响向外延展，导致顶层箔片上焊接的金属丝网结构被压缩，金属丝网结构能够为整个轴承提供足够的结构刚度，从而进一步提高轴承的承载能能力。另外金属丝网结构能够作为干摩擦金属阻尼器为轴承提供阻尼，与轴承的底层箔片共同作用，有效抑制高转速下转子的振动，避免转子振动产生的不良后果。同时金属丝网结构的不锈钢丝之间有足够的缝隙，能够在轴承工作过程中，为冷却气体提供天然的冷却通道，有效带走轴承摩擦产生的热量，保证轴承转子系统的问题并提高轴承的寿命。

智能监测系统包括力传感器、激光测距探头和铠装热电偶探头。

S3：将力传感器5通过螺纹结构安装于轴承座1上的力传感器安装孔12；力传感器5的测力单元在顶层箔片的金属丝网结构22受力时，将金属丝网结构22传递给测力单元的力测量出来；

轴承在承受大载荷的时候，金属丝结构贴合于轴承座卡槽内侧并受到挤压，安装于轴承座卡槽内侧的力传感器能够准确及时测出金属丝结构承受的挤压力，该力即为轴承箔片所承受的实际载荷。轴承在应用之前经过极限载荷测试试验测定了其极限载荷，通过轴承运行中实际载荷与极限载荷的大小对比，在监测到实际载荷达到极限载荷的80％时智能监测系统能够及时提示，实际载荷达到极限载荷的90％时则触发设备的停机指令，有效避免轴承因为超载而失效；

S4：将激光测距探头6和铠装热电偶探头7安装于轴承座上的激光测距探头安装孔13和铠装热电偶探头安装孔14。轴承座1沿轴向的一侧预埋激光测距探头6，沿轴向的另一侧预埋铠装热电偶探头7。激光测距探头6能够在轴承运行过程中实时监测顶层箔片的金属丝网结构与激光测距探头的距离，当设备的转轴被轴承支承悬浮起来后，转轴与轴承的顶层箔片不再接触，顶层箔片被沿径向方向向外挤压，金属丝网结构与激光测距探头的距离缩短，当沿轴承座周向均布的多个激光测距探头测试的距离均达到1mm时，智能监测系统能够及时提示轴承起飞，即轴承的顶层箔片与转子之间无接触摩擦，此时转轴实现有效悬浮，轴承顺利达到正常工作状态。当激光测距探头6测试的距离为0时，此时轴承承受大载荷，轴承的底层箔片3已经无法提供足够的支承刚度，需要通过顶层箔片2的金属丝网结构22继续提供支撑刚度才能保证轴承继续正常工作，此时监测系统提示需要重点关注力传感器的监测结果，以避免轴承承受载荷超过极限载荷。

铠装热电偶探头7能够实时测试轴承的箔片结构的温度，当沿轴承座1周向均布的多个铠装热电偶探头7测得的温度数值出现达到200℃时，智能监测系统能够有效提示，当温度数值达到250℃时，则触发设备的停机指令，有效避免轴承与转子之间因为磨损超温而使得涂层失效。通过同时观察侧装装置的监测结果，可以判断轴承与转子之间的磨损超温是否因为轴承超载，利于后期分析轴承故障的原因。

最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等统计数的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，其特征在于，径向箔片气体轴承包括轴承座、多个顶层箔片和底层箔片；所述顶层箔片包括圆弧形的箔片结构和金属丝网结构，所述箔片结构包括位于金属丝网结构两侧的左侧圆弧形箔片结构和右侧圆弧形箔片结构，所述箔片结构和金属丝网结构固定连接；所述底层箔片包括安装固定位置和拱形结构，所述安装固定位置位于端部且与拱形结构固定连接；所述轴承座内侧沿周向分布设置有多个卡槽，所述卡槽的个数与顶层箔片和底层箔片的个数相同，所述金属丝网结构和安装固定位置安装在卡槽内；

所述轴承座的外侧沿周向均布设置有多个力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔，所述力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔分别用于安装力传感器、激光测距探头和铠装热电偶探头，所述力传感器安装孔、激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔正对卡槽设置且与卡槽连通。

2.根据权利要求1所述的一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，其特征在于，所述顶层箔片的箔片结构与转轴接触的位置涂覆有耐磨涂层。

3.根据权利要求2所述的一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，其特征在于，所述金属丝网结构由多根不锈钢丝通过机械绕制、层叠并压制而成型。

4.根据权利要求1所述的一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，其特征在于，所述箔片结构与金属丝网结构焊接连接。

5.根据权利要求1所述的一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，其特征在于，所述底层箔片沿周向的拱形结构可切割成多条宽度不同的拱形结构形状。

6.根据权利要求1所述的一种多瓦搭接式径向箔片气体轴承及其装配方法，其特征在于，装配方法包括以下步骤：

S1：将底层箔片贴合安装于轴承座内侧，底层箔片的安装固定位置贴合于卡槽一侧，将带有金属丝网结构的顶层箔片贴合安装于轴承座内侧，金属丝网结构安装于轴承座的卡槽内，顶层箔片的箔片结构将底层箔片的拱形结构完全覆盖，同时顶层箔片的金属丝网结构将底层箔片的安装固定位置挤压固定在轴承座的卡槽内；

S2：依次装配其他底层箔片和顶层箔片，在装配其他顶层箔片时，新安装的顶层箔片的左侧圆弧形箔片结构将已安装的顶层箔片的右侧圆弧形箔片结构压紧固定，顶层箔片的箔片结构将所有底层箔片的拱形结构覆盖且顶层箔片的金属丝网结构将底层箔片的安装固定位置锁紧于轴承座的卡槽内，完成所有顶层箔片和底层箔片在轴承座上的安装固定；

S3：将力传感器通过螺纹结构安装于轴承座上的力传感器安装孔；

S4：将激光测距探头和铠装热电偶探头安装于轴承座上的激光测距探头安装孔和铠装热电偶探头安装孔。

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