CN203082018U - 具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，包括轴承座和固定在轴承座上的若干个瓦块，瓦块上覆盖有箔片元件；箔片元件的顶层为具有光滑表面的金属平箔片，中间层为粘弹性箔片，底层是为轴承提供结构刚度和结构阻尼的金属箔片。底层箔片对转子的轴向支承力通过粘弹性箔片传递给顶层箔片，能够显著改善泡状突起（或波纹突起）处的应力集中状况，一方面明显提高顶层箔片和底层箔片运行可靠性，另一方面，也能提高箔片动压气体轴承的承载力。本实用新型提供的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，粘弹性箔片能够有效吸收转子-轴承系统运行时振动和冲击，抑制转子振幅的增大，从而大大提升高速旋转机械的运行稳定性。

Description

具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承

技术领域

本实用新型属于动压气体轴承技术领域，涉及一种具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承。 

背景技术

箔片动压气体轴承有着转速高、寿命长、稳定性好等优点，在高速旋转机械(如透平膨胀机、透平压缩机、涡轮增压机等)上有着广泛的应用。目前常用的箔片动压气体轴承结构为波箔型箔片轴承，其制作工艺复杂、加工水平要求高、资金投入巨大，再加上波箔轴承应用的场合为高科技以及军工产品，其研究结果和设计准则鲜有报导。 

为开发适应于国内加工水平、结构简单、易于制造的箔片动压气体轴承，西安交通大学提出了一种具有轴向支撑的动压气体止推轴承结构并进行了相关试验研究，该轴承结构如图1a～图1c所示，结果表明这种箔片动压气体止推轴承结构非常简单、具有较高的稳定性，但是和其他箔片动压气体止推轴承相比，承载力稍显不足。特别是当轴向加载超过一定限度，底层箔片的泡状突起很容易把顶层箔片顶破，对顶层箔片造成机械损伤，或者底层箔片的泡状突起被顶层箔片压扁，从而严重影响了该动压气体轴承的承载性能，箔片元件破坏的情况如图2a～图2b所示。 

实用新型内容

本实用新型解决的问题在于提供一种具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，能够有效吸收转子-轴承系统运行时振动和冲击，抑制转子振幅的增大，从而大大提升高速旋转机械的运行稳定性。 

本实用新型是通过以下技术方案来实现： 

一种具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，包括轴承座和固定在轴承座上的若干个瓦块，瓦块上覆盖有箔片元件； 

箔片元件的顶层为具有光滑表面的金属平箔片，中间层为粘弹性箔片，底层是为轴承提供结构刚度和结构阻尼的金属箔片。 

所述的粘弹性箔片为耐高温的粘弹性橡胶箔片。 

所述的底层的金属箔片为具有泡状突起的金属箔片，或者为具有波纹状突起的金属箔片。 

所述的箔片元件中，底层的金属箔片对转子的轴向支承力通过粘弹性箔片传递给金属平箔片，改善金属箔片的突起处的应力集中状况。 

所述的箔片元件中，粘弹性箔片吸收转子-轴承系统运行时振动和冲击，抑制转子振幅的增大。 

所述的箔片元件还通过定位销与瓦块相连接。 

所述的瓦块为扇形瓦块，每个瓦块上设有一组箔片元件。 

所述的扇形瓦块一端设有预楔角，预楔角为0.5～1.5°。 

所述的扇形瓦块安装于箔片动压气体止推轴承。 

所述当止推盘相对于箔片动压气体止推轴承做高速转动时，不断有气体从入口带入楔形间隙产生动压效应，使得楔形间隙内的气体压力大于环境压力。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果： 

本实用新型提供的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其箔片元件中通过粘弹性箔片的设计，底层箔片对转子的轴向支承力通过粘弹性箔片传递给顶层箔片，能够显著改善泡状突起（或波纹突起）处的应力集中状况，一方面明显提高顶层箔片和底层箔片运行可靠性，另一方面，也能提高箔片动压气体轴承的承载力。解决了底层箔片的泡状突起很容易把顶层箔片顶破，对顶层箔片造成机械损伤，或者底层箔片的泡状突起被顶层箔片压扁的缺陷。 

此外，本实用新型提供的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，粘弹性箔片能够有效吸收转子-轴承系统运行时振动和冲击，抑制转子振幅的增大， 从而大大提升高速旋转机械（如微型透平膨胀机、微型透平压缩机等）的运行稳定性。 

当止推盘相对于止推轴承做高速转动时，由于气体的粘性和可压缩性，不断有气体从左侧入口带入右侧的楔形间隙产生动压效应，使得间隙内的气体压力大于环境压力，一方面能为转子-轴承系统提供轴向力，另一方面也使箔片元件产生变形以及各箔片元件的相对位移。箔片元件的变形和位移，能够吸收多余的能量，抑制转子轴向振幅的增大，从而能使整个转子-轴承系统保持良好的稳定性。 

附图说明

图1a～图1c为正常工作的具有轴向支承的动压气体止推轴承，其中图1a、图1b分别为顶层平箔片和底层泡状突起箔片的俯视图，图1c为整个箔片元件的剖视图； 

图2a～图2b为承载力超过一定限度后被破坏的箔片元件；其中图2a为被顶破的顶层平箔片，图2b为压坏的底层泡状突起箔片； 

图3a～图3c分别为具有粘弹性结构的箔片动压气体止推轴承三种箔片元件的俯视图； 

图4a～图4c为具有粘弹性结构的箔片动压气体止推轴承装配图； 

其中，1为金属平箔片，2为粘弹性箔片，3为具有泡状突起结构的金属箔片，4为定位销，5为瓦块，6为止推盘。 

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。 

参见图3a～图3c、图4a～图4c，一种具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其特征在于，包括轴承座和固定在轴承座上的若干个瓦块5，瓦块5上覆盖有箔片元件； 

箔片元件的顶层为具有光滑表面的金属平箔片1，中间层为粘弹性箔片2，底层是为轴承提供结构刚度和结构阻尼的金属箔片3。 

具体的，顶层的金属平箔片1为轴承提供支承表面，中间层的粘弹性箔片2为能耐高温的粘弹性橡胶箔片，底层的金属箔片3为具有泡状突起鼓泡的金属箔片，或者为具有波纹状突起鼓泡的金属箔片，或者能够为轴承提供结构刚度和结构阻尼的其他形式的金属箔片。 

所述的箔片元件中，底层的金属箔片对转子的轴向支承力通过粘弹性箔片2传递给金属平箔片1，改善金属箔片的突起处的应力集中状况。粘弹性箔片2吸收转子-轴承系统运行时振动和冲击，抑制转子振幅的增大。 

在制作时，首先把粘弹性橡胶箔片固定在顶层金属平箔片1上，然后金属平箔片1和底层的金属箔片3一同通过定位销4固定在瓦块5上，最后把所有的瓦块组装在轴承座上即可完成该轴承的装配工作。 

具体的，瓦块5为扇形瓦块，每个瓦块上设有一组箔片元件。所述的扇形瓦块一端设有预楔角，预楔角为0.5～1.5°。 

具体以止推轴承来进行说明，将组装好的具有粘弹性结构的箔片的扇形瓦块安装于气体止推轴承，轴承座端面安装有三个以上扇形瓦块。止推盘6相对于止推轴承做高速转动，由于气体的粘性和可压缩性，不断有气体从左侧入口带入右侧的楔形间隙产生动压效应，使得间隙内的气体压力大于环境压力，一方面能为转子-轴承系统提供轴向力，另一方面也使箔片元件产生变形以及各箔片元件的相对位移。箔片元件的变形和位移，能够吸收多余的能量，抑制转子轴向振幅的增大，从而能使整个转子-轴承系统保持良好的稳定性。 

Claims (6)

1.一种具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其特征在于，包括轴承座和固定在轴承座上的若干个瓦块（5），瓦块（5）上覆盖有箔片元件；

箔片元件的顶层为具有光滑表面的金属平箔片（1），中间层为粘弹性箔片（2），底层是为轴承提供结构刚度和结构阻尼的金属箔片（3）。

2.如权利要求1所述的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其特征在于，所述的粘弹性箔片（2）为耐高温的粘弹性橡胶箔片。

3.如权利要求1所述的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其特征在于，所述的底层的金属箔片（3）为具有泡状突起的金属箔片，或者为具有波纹状突起的金属箔片。

4.如权利要求1所述的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其特征在于，所述的箔片元件中，所述的箔片元件还通过定位销（4）与瓦块（5）相连接。

5.如权利要求1所述的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其特征在于，所述的瓦块（5）为扇形瓦块，每个瓦块上设有一组箔片元件。

6.如权利要求1所述的具有粘弹性结构的箔片动压气体轴承，其特征在于，所述的扇形瓦块一端设有预楔角，预楔角为0.5～1.5°。

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