CN1563732A - 高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承 - Google Patents

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Abstract

一种高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承，包括若干有预楔角的扇形轴承座瓦块以及固定在其上的扇形弹性箔片，扇形弹性箔片的背面固定有扇形弹性材料支承片，扇形弹性箔片通过定位销固定在扇形轴承座瓦块上。本发明的扇形轴承座瓦块上设置有预楔角，弹性箔片的背面固定有弹性材料支承片且表面刚度均匀，因此具有良好的静、动态性能和稳定性，即使转子与轴承表面发生摩擦也是面接触，降低了转子及轴承表面的损伤。当透平机械运转时，轴承和转子止推面作相对运动，楔形空间气膜间隙对气膜产生挤压，产生动压效应压力场支承载荷；同时压力场反作用于扇形弹性箔片和弹性材料支承片，使之发生变形；该变形又与气膜间隙耦合，最终达到稳定的平衡。

Description

高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承
技术领域
本发明属于机械领域的止推气体轴承，特别涉及一种高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承。
背景技术
气体轴承是一种采用气体作为润滑介质的流体膜润滑轴承，即在轴和轴承之间形成气膜，使运动面和静止面避免发生直接接触。气体轴承所采用的方法是利用气体的粘性来提高轴承间隙中的压力，从而使物体浮起。目前在高速透平机械领域应用的箔片式止推动压气体轴承中，以美国的波箔型结构应用最为广泛。二十世纪70年代末，美国MiTi(MohawkInnovative Technology Inc.)在美国能源部与NASA的支持下，开发了波箔型止推动压气体轴承。这种波箔型轴承由一组构成轴承表面的扇形箔片和具有许多弹性波的波箔组成，箔片支承在波箔上，波箔为顶层箔片提供了弹性基础并控制了轴承表面的刚度。箔片组件一端固定，另一端自由，固定端比自由端稍低以形成预气楔角。1981年，MiTi改进了弹性波箔元件结构，提出了多级波箔形式，将波箔的柔性支承箔片改为上下两层。这种结构在轴承所受轴向载荷过大时，上层波箔的变形使部分载荷转移到下层波箔上去，大大提高了轴承的承载力和稳定性。1984年，MiTi又开发了多级箔片-多级波箔结构的波箔止推轴承，进一步提高了箔片止推轴承的综合性能。目前，波箔型箔片轴承已被开发应用于波音、Falcon等系列商用飞机和幻影等系列战斗机的机载透平，汽车燃气发动机用高温涡轮增压机以及某些航空航天用的液氢、液氧泵上，被认为是当今发展应用最为广泛和成熟的箔片轴承。动压式气体轴承副有相对移动的两个表面，还有被称为楔形的间隙。在动压轴承工作时，当间隙的形状沿着移动方向逐渐或总体趋势变窄时，由于摩擦面的相对移动，气体因其本身的粘性作用而被带动，并被压缩到楔形间隙内，由此产生了压力场。与静压式气体轴承相比，动压气体轴承不需要外部气源，但要求构成楔形间隙的两表面间存在相对运动，而且其动压效果将随相对运动的速度的增加而愈加明显。这种特性对于存在相对运动表面的结构是十分有利的。箔片动压止推气体轴承是支承在弹性组件的柔性箔片上的，能较好地适应止推盘的扭曲变形及不对中，使箔片轴承具有稳定性高，耐振动，耐冲击，对转子不同心度不敏感，对热变形、放射性不敏感等优点，而且发生轴承事故时其破坏性往往是非灾难性的，轴承产品的修复性好。虽然波箔型箔片止推轴承是目前比较成熟的箔片轴承形式，但轴承构造复杂，精度要求高，轴承的性能与安装情况有很大关系，而且其制作工艺复杂，设计准则、从几何尺寸的确定、材料选取到加工工艺(包括热处理与表面处理)均需开展大量工作，且开发投入大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，轴承表面刚度均匀，既能充分发挥平箔型箔片的优点，又能体现弹性支承结构良好的阻尼特性，改善轴承的结构刚度和动态特性的高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括若干扇形轴承座瓦块以及固定在扇形轴承座瓦块上的扇形弹性箔片，其特点是，扇形轴承座瓦块上设置有预楔角，扇形弹性箔片的背面固定有扇形弹性材料支承片，扇形弹性箔片通过定位销固定在扇形轴承座瓦块的带有预楔角的一端。
本发明的另一特点是：扇形弹性材料支承采用橡胶制成。
由于本发明的扇形轴承座瓦块上设置有预楔角，扇形弹性箔片的背面固定有扇形弹性材料支承片且表面刚度均匀，因此本发明的止推轴承具有良好的静、动态性能和稳定性，而且即使转子与轴承表面发生摩擦也是面接触，大大降低了转子及轴承表面的损伤。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，其中图1a为整体结构示意图，图1b为扇形弹性材料支承片3和扇形弹性箔片4的结构示意图；
图2是本发明的正视图；
图3是本发明扇形弹性箔片4的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，2，3，本发明由若干有预楔角的扇形轴承座瓦块2和扇形弹性箔片4组成，扇形弹性箔片4的背面固定有由橡胶制成的扇形弹性材料支承片3，并通过定位销1固定在轴承座瓦块2的带有预楔角的一端。当透平机械运转时，轴承和转子止推面5作相对运动，由于气体可压缩性和粘性的作用，楔形空间气膜间隙h2-h1对气膜的产生挤压，产生动压效应压力场支承载荷；同时压力场反作用于通过定位销1固定在轴承座瓦块2上扇形弹性箔片4和弹性材料支承片3，从而使之发生变形；该变形又与气膜间隙耦合，最终转子-轴承系统达到稳定的平衡。
本发明的优点主要体现在结构简单，轴承表面刚度均匀，能充分发挥平箔型箔片的优点，并体现了弹性支承结构良好的阻尼特性，改善了轴承的结构刚度和动态特性。而且由于扇形弹性箔片为柔性表面且表面刚度均匀，因此即使转子与轴承表面发生摩擦也是面接触，大大降低了转子及轴承表面的损伤。此外，本发明的动压止推气体轴承制作十分简单，改变扇形弹性箔片4的厚度以及弹性材料支承片3的尺寸，改变轴承和止推面5之间的间隙h1、h2可以得到不同支承性能的动压止推气体轴承。

Claims (2)

1、一种高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承，包括若干扇形轴承座瓦块[2]以及固定在扇形轴承座瓦块[2]上的扇形弹性箔片[4]，其特征在于：扇形轴承座瓦块[2]上设置有预楔角，扇形弹性箔片[4]的背面固定有扇形弹性材料支承片[3]，扇形弹性箔片[4]通过定位销[1]固定在扇形轴承座瓦块[2]的带有预楔角的一端。
2、根据权利要求1所述的高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承，其特征在于：所说的扇形弹性材料支承[3]采用橡胶制成。
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