CN211398291U - 径向轴承以及气悬浮离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种径向轴承以及气悬浮离心压缩机，涉及压缩机领域，用以优化径向轴承的结构。该径向轴承包括轴承套筒、轴承基座以及石墨件。轴承套筒包括通孔。轴承基座包括安装于通孔内壁的筒体以及与筒体通过连接部相连接的轴瓦；连接部被构造为能够在外力作用下使得轴瓦相对于筒体与轴瓦的连接处运动。石墨件安装于轴瓦远离筒体的一侧。上述技术方案提供的径向轴承，其轴瓦和基板之间的连接即能够使得轴瓦不脱离基板，也使得在径向轴承工作过程中，轴瓦受力时，能够相对于基板出现一定的倾斜，进而使得径向轴承的阻尼能够调节，以满足径向轴承工作的要求。

Description

径向轴承以及气悬浮离心压缩机

技术领域

本实用新型涉及压缩机领域，具体涉及一种径向轴承以及气悬浮离心压缩机。

背景技术

静压气体轴承是一种通过轴承与转子之间的压力气膜来支撑转子系统的，其中气体通过轴承表面的小孔(激光微孔，多孔质孔)进入到轴承与转子之间的间隙处，由于转子与轴承之间的间隙(0.02-0.05mm)较小，气体进入间隙后被挤压导致压力升高，从而起到支撑转子的作用。由于气体摩擦系数小，因此静压气体轴承是一种基本无摩擦，损耗小的轴承。

静压气体轴承以其采用的不同的节流方式被分成单小孔节流型、多小孔节流型、微沟槽节流型、微孔节流型、多孔质材料节流型静压气体轴承，其中多孔质静压气体轴承是利用新型多孔质材料作为轴承表面，多孔质材料上分布着成千上万的小孔，其压力分布均匀，并且能够得到一致性良好的润滑气膜，起到良好的转子支撑作用。

多孔质静压气体轴承兼具动压与静压效应，当没有提供外部气源时，由于转子一般采用偏心方式布置，因此在转子运行的过程中，转子与轴承之间会产生楔形区域，因此气体被带入到楔形区域内形成气膜。但由于多孔质静压气体轴承的轴承内表面是石墨层，在转子启停阶段不可避免的会与轴承摩擦，此时多孔质表面会受到严重破坏，此时轴承主要发挥动压效应。当提供外部气源时，轴承供气气体通过气孔进入到多孔质中去并最终渗透进轴承与转子之间的间隙处，从而支撑载荷，此时轴承主要发挥静压效应。因此当整个转子系统正常运行的时候，实际上轴承同时发挥着动压与静压效应。

目前常用的多孔质静压气体轴承多采用单油楔结构，轴承的直接刚度系数Kxx和Kyy随转速升高而增大，直接阻尼系数Cxx和Cyy随转速升高而减小。因为在转速较高时，动压效应对轴承动态特性的影响远大于静压效应，转速越高，气膜的楔形效应及动压效应就越强，轴承的承载能力就越大。在这种情况下再去改变已经形成的气膜厚度分布就越困难，因而轴承就表现出较大的刚度。此外，在高速工况下，轴承间隙中的气体被压缩而挤出轴承转子系统，气膜运动粘度降低，从而导致轴承的阻尼系数减小，阻尼减小，因此轴承的减震性会大大降低。此时转子的振幅将会增加，最终超过轴承与转子之间的间隙(0.02-0.05mm)，从而与轴承发生摩擦，毁坏轴承，影响整个机器的寿命与可靠性。

发明人发现，目前的多孔质静压气体轴承采用在轴承外径上布置一定数量的O型圈来提供额外阻尼，然而由于高转速下，转子的振动加剧，其提供的额外阻尼已无法很好地消除振动，并且由于传统的多孔质静压气体轴承常采用的是单油楔的设计方式，其整个轴承的多孔质表面为一个整体的块，当转子在运行过程中由于意外与轴承发生碰磨时，尽管可能是某个区域的多孔质失效，但也需要更换掉整个多孔质表面，造成整个材料与成本的浪费。

实用新型内容

本实用新型提出一种径向轴承以及气悬浮离心压缩机，用以优化径向轴承的结构。

本实用新型实施例提供一种径向轴承，包括：

轴承套筒，包括通孔；

轴承基座，包括安装于所述通孔内壁的筒体以及与所述筒体相连接的轴瓦；所述轴瓦被构造为能够在外力作用下相对于所述筒体与所述轴瓦的连接处运动；以及

石墨件，安装于所述轴瓦远离所述筒体的一侧。

在一些实施例中，所述连接部是细长的，所述连接部位于所述轴瓦沿着所述筒体的轴向方向的中部，且所述连接部在所述筒体的轴向方向的长度小于所述轴瓦在所述筒体的轴向方向的长度。

在一些实施例中，所述连接部与所述筒体以及所述连接部与所述轴瓦的连接处均圆滑过渡。

在一些实施例中，所述轴承套筒设置有第一进气流道，所述轴承基座设置有第二进气流道；所述第一进气流道和所述第二进气流道连通；所述第一进气流道和所述第二进气流道共同用于将气体引流至所述轴瓦朝向所述石墨件的端面。

在一些实施例中，所述第一进气流道包括：

第一进气孔，贯穿所述轴承套筒的厚度方向；以及

环形槽，开设于所述轴承套筒朝向所述筒体的表面，且与所述第一进气孔连通。

在一些实施例中，所述第二进气流道包括：

第二进气孔，所述筒体以及所述轴瓦共同设置有与所述环形槽连通的所述第二进气孔，所述第二进气孔连通至所述轴瓦背离所述筒体的端面。

在一些实施例中，所述轴瓦的数量为至少两块，两块所述轴瓦沿着所述筒体的圆周分散布置。

在一些实施例中，每块所述轴瓦对应设置有至少一个所述第二进气孔。

在一些实施例中，沿着所述筒体的周向相邻两块所述轴瓦之间具有间隙。

在一些实施例中，所述轴瓦背离所述筒体的表面通过支撑筋与所述石墨件固定相连。

在一些实施例中，所述支撑筋包括多根，各个所述支撑筋同圆心设置。

在一些实施例中，所述轴瓦背离所述筒体的表面设置有凹槽，所述支撑筋安装于所述凹槽内部。

本实用新型实施例还提供一种气悬浮离心压缩机，包括本实用新型任意技术方案所提供的径向轴承。

上述技术方案提供的径向轴承，其轴瓦和基板之间的连接即能够使得轴瓦不脱离基板，也使得在径向轴承工作过程中，轴瓦受力时，能够相对于基板出现一定的倾斜，进而使得径向轴承的阻尼能够调节，以满足径向轴承工作的要求。可见，上述技术方案提供的径向轴承，具有较好的自适应性，并且由于可以形成双层气膜，因此其阻尼性较好，在转速较高的工况下，能够给径向轴承提供额外的高阻尼，大大的提升径向轴承的稳定性、自适应性以及可靠性。实际使用本实用新型实施例提供的径向轴承后，由于该径向轴承结构具有较好自适应性与高阻尼特性，因此其在高转速状态下，能够很好地弥补静压径向轴承在高转速状态下低阻尼的缺点，并且可倾瓦结构具有良好的自适应性与替换性，从而提升多孔质静压气体径向轴承的转速运行范围以及静压气体径向轴承的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的径向轴承的剖视示意图；

图2为图1的A-A剖视示意图；

图3为本实用新型实施例提供的径向轴承的轴承套筒的剖视示意图；

图4为图3的B-B剖视示意图；

图5为本实用新型实施例提供的径向轴承的轴承基座的剖视示意图；

图6为图5的C-C剖视示意图；

图7为图5的D局部放大示意图；

图8为本实用新型实施例提供的径向轴承的石墨件的结构示意图；

图9为图8的俯视示意图；

图10为本实用新型实施例提供的径向轴承与转轴的相对位置的主视示意图；

图11为本实用新型实施例提供的径向轴承与转轴的相对位置的左视示意图；

图12为本实用新型实施例提供的径向轴承的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图12对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本实用新型实施例提供一种径向轴承，包括轴承套筒1、轴承基座2以及石墨件3。轴承套筒1包括通孔11，转轴7安装在该通孔11内。轴承基座2包括安装于通孔11内壁的筒体21以及与筒体21通过连接部23相连接的轴瓦22。连接部23被构造为能够在外力作用下使得轴瓦22相对于筒体21与轴瓦22的连接处运动。石墨件3安装于轴瓦22远离筒体21的一侧。

径向轴承用于安装转轴7。轴承套筒1用于安装轴承基座2，轴承基座2安装有石墨件23。石墨件3远离轴承基座2的表面作为与转轴7配合的表面。

参见图1至图4，轴承套筒1为筒状的，筒体21与轴承套筒1可拆卸连接。轴承基座2安装在第一通孔11的内壁。在一些实施中，轴承套筒1通过过盈配合的方式与筒体21热压在一起。通过过盈配合可以较好地保证轴承套筒1与轴承基座2连接的可靠性，防止二者在运行的过程中发生相对运动影响轴承可靠性。

具体来说，径向轴承套筒1采用过盈配合的方式热套在径向轴承基座2上，通过过盈配合可以较好的保证径向轴承套筒1与径向轴承基座2的连接可靠性，防止二者在运行的过程中发生相对运动影响径向轴承可靠性。

石墨件3安装于轴承基座2。转轴7由石墨件3支撑。

第一通孔11用于安装转轴7。轴承基座2安装于第一通孔11内壁，石墨件3安装于轴承基座2。在径向轴承不工作时，石墨件3与转轴7接触；在工作过程中，石墨件3与转轴7之间填充有支撑气体，以实现工作过程中对转轴7支撑。

上述技术方案提供的径向轴承，为可倾的多孔质静压气体径向轴承结构，其具有良好的自适应性，可以很好地适应压缩机在不同工况下的转子受力变化的情况。在高转速状态下，轴瓦22可以根据受力情况进行自适应调节，并且轴瓦22的外表面与轴承基座2座内表面形成气膜，轴瓦22的内表面与转轴7的轴径之间形成气膜。双层气膜能够耗散一定的振动能量，因此该结构还具有一定的减震性，可以很好解决高转速状态下径向轴承阻尼下降的现象。

轴瓦22与筒体21采用整体式加工，即在一个筒体21上采用切割的方式来切出轴瓦22与连接部23.采用整体切割的方式，连接部23的强度较高。连接部23是细长的。并且在连接部23设置有圆角，圆角可以很好地减小应力集中，防止连接部23断裂。参见图5至图7，下面介绍轴承基座2的具体实现方式。

轴承基座2包括筒体21以及轴瓦22。轴瓦22与筒体21相连接，并且筒体21与轴瓦22的连接部位比较小，如图7所示。这种连接一方面使得在径向轴承工作过程中，筒体21与轴瓦22始终保持连接状态，轴瓦22不会脱落、掉落、移位。另一方面也使得轴瓦22受力之后，轴瓦22能够相对于筒体21改变倾角，进而实现径向轴承的阻尼大小与受力平衡。

具体来说，在一些实施例中，筒体21与轴瓦22通过连接部23连接，连接部23位于轴瓦22沿着筒体21的轴向方向的中部，且连接部23在筒体21的轴向方向的长度L1小于轴瓦22在筒体21的轴向方向的长度L2。

连接部23的尺寸比较小，采用连接部23实现轴瓦22与基板21连接，一方面使得轴瓦22与基板21保持连接状态，在径向轴承工作过程中，轴瓦22不会脱离连接部23，轴瓦22不会脱落。另一方面，也使得轴瓦22在受到气体的作用力时，轴瓦22可以相对于连接部23出现一定的倾斜，即图11中楔形角的大小发生变化，这样就能够改变轴瓦22与转轴7之间的气膜结构，如图11所示，进而改变径向轴承的阻尼系数，使得径向轴承的阻尼能够自适应实际工况的需要。

筒体21与轴瓦22始终连接在一起。筒体21与轴瓦22之间的连接部23的尺寸比较小，那就使得筒体21与轴瓦22之间存在一定的间隙，该间隙似的轴瓦在受到气体作用力时能够围绕筒体与轴瓦的连接部23倾斜摆动，那么就使得轴瓦22的倾斜角度和大小发生变化，从而实现阻尼自适应。

继续参见图7，在一些实施例中，连接部23与筒体21以及连接部23与轴瓦22的连接处均圆滑过渡。连接部23与筒体21圆滑过渡，连接部23与轴瓦22的连接处也圆滑过渡。圆滑过渡可以很好地减小应力集中，防止断裂。

参见图8和图9，下面介绍石墨件3的具体连接以及实现方式。

石墨件3具体采用弧形的片状结构。石墨件3的圆心与轴承套筒1的圆心共线。

石墨件3的数量与轴瓦22的数量相同，每一块轴瓦22都单独设置有一块石墨件3。

上述技术方案，石墨件3可以方便地进行替换，避免了径向轴承某个区域损坏而需要更换整个径向轴承的弊端，节省了原料以及成本，增加了径向轴承的使用寿命。

在一些实施例中，轴瓦22背离筒体21的表面通过支撑筋6与石墨件3固定相连。支撑筋6比如有多根。

支撑筋6比如粘贴于石墨件3，这样使得石墨件3安装到位后，石墨件3与轴瓦22之间具有一定的间隙，以使得气体能够渗透至石墨件3中。

在一些实施例中，支撑筋6包括多根，各个支撑筋6同圆心设置。各个支撑筋6同圆心设置。该结构使得径向轴承的结构更加均衡。

每一块石墨件3都固定有多根支撑筋6，支撑筋6不仅起到支撑作用，使得石墨件3的安装更加稳固，还使得石墨件3与轴瓦22之间具有间隙，使得气体能够顺利经由石墨件3渗透至转轴7所在的空腔。

参见图5和图6，在一些实施例中，轴瓦22背离筒体21的表面设置有凹槽25，支撑筋6安装于凹槽25内部。支撑筋6相互之间具有缝隙61，所以并不影响凹槽25的内凹区域的连贯性，每个凹槽25的各个区域仍然是连通的。

该石墨件3上设置有支撑筋6，支撑筋6之间具有缝隙61。支撑筋6主要作用是起到支撑作用，防止石墨件3在受到压力下发生断裂，而缝隙61则起到将凹槽25导通以使得气体均匀分布于凹槽25中。

在径向轴承工作过程中，凹槽25起到容置外部气体的作用，使得外部气体在凹槽25聚集，随后沿着孔质石墨块3的小孔进入到转轴7所在的位置，以实现气体对转轴7的支撑。凹槽25主要用来将石墨件3粘贴于轴瓦22上，并且起到使气体均匀的进入到石墨件3中去，提高了径向轴承承载的稳定性。

石墨件3通过密封胶一般为环氧树脂型塑料粘贴于凹槽25上，并且石墨件3额外的设置有倒角结构，该倒角结构会与凹槽25处形成放置密封胶的区域，从而很好地使密封胶起到固定与密封的效果。

下面介绍进气流道的实现方式。

参见图5和图6，在一些实施例中，轴承套筒1设置有第一进气流道4，轴承基座2设置有第二进气流道5。第一进气流道4和第二进气流道5连通；第一进气流道4和第二进气流道5共同用于将气体引流至轴瓦22朝向石墨件3的端面。然后气体经由石墨件3的小孔渗透至图11中气膜所示意的空间。

在一些实施例中，第一进气流道4包括第一进气孔41以及环形槽42。第一进气孔41贯穿轴承套筒1的厚度方向。环形槽42开设于轴承套筒1朝向筒体21的表面，且与第一进气孔41连通。

第一进气孔41比如为一个。上述技术方案，径向轴承的外部气体可以通过一个第一进气孔41进入轴承套筒1的环形槽42中并最终分别进入到每块轴瓦22中去，避免了在径向轴承支座上开有多个供气孔导致的需要在整个压缩机上开设有相同多的供气孔的缺点。

该轴承套筒1上开有第一进气孔41，其主要是用来将外部气体通入到径向轴承中去。外部气流从第一进气孔41进入到径向轴承中，随后流向环形槽42。气体在环形槽42流动，随后被输送给各个第二进气流道5。每个轴瓦22都单独供气，即每个轴瓦22都单独设置有第二进气流道5。多个第二进气流道5沿着第一通孔11的周向均匀分布，轴瓦22也沿着第一通孔11的周向均匀分布，那么每个轴瓦22的受力基本均衡。所以最终对转轴7的支撑力在周向方向也比较均衡。

轴承套筒1上还开设有环形槽42，该环形槽42主要是用来将外部气体通过均匀分布的四个第二进气孔52进入到凹槽25中然后通过石墨件3的贯通槽充满整个凹槽25。随后再从石墨件3渗透进入到径向轴承与转子的间隙处形成气膜来支撑转子。由于每套轴瓦22需要分别供气，因此其需要开有四个供气孔，而采用环形气路的方式能够仅在轴承套筒1上开设一个第一进气孔41的情况下将外部气体导通进入到轴瓦22中去，避免了增加外部气路的复杂性。

参见图5，在一些实施例中，第二进气流道5包括第二进气孔52，筒体21以及轴瓦22共同设置有与环形槽42连通的第二进气孔52，第二进气孔52连通至轴瓦22背离筒体21的端面，即石墨件3朝向轴瓦22的端面。

外部气流从第一进气孔41进入到径向轴承中，随后流向环形槽42。气体在环形槽42流动，随后被输送给各个第二进气孔52。每个轴瓦22都单独供气，即每个轴瓦22都单独设置有第二进气孔52。多个第二进气孔52沿着第一通孔11的周向均匀分布，轴瓦22也沿着第一通孔11的周向均匀分布，那么每个轴瓦22的受力基本均衡。所以最终对转轴7的支撑力在周向方向也比较均衡。

承上，在一些实施例中，轴瓦22的数量为至少两块，两块轴瓦22沿着筒体21的圆周分散布置。各块轴瓦22独立安装，相互不影响。在一些实施例中，以设置四块轴瓦22为例。

在一些实施例中，每块轴瓦22对应设置有至少一个第二进气孔52。第二进气孔52将气体引流至其所对应的石墨件3所在的位置。

承上，在一些实施例中，轴承基座2上均匀的分布着四块轴瓦22，此处仅举例说明，并不表示仅有四块。对应的石墨件3与轴瓦22数量相同，该结构的石墨块可以很好地进行替换。当轴瓦22上的某个石墨件3性能出现下降时，可以很好地将其进行更换而不需要更换所有的石墨件3，提升了径向轴承的使用寿命，并且能够很好地降低成本。

参见图1和图5，在一些实施例中，沿着筒体21的周向相邻两块轴瓦22之间具有间隙26。

气体进入到转轴7所在的空间后，由于间隙26的存在，气体会四处流动，最终通孔11内的气体是相互贯通的。

上述技术方案提供的径向轴承，采用将轴承基座2设计成具有多块均匀轴瓦22的多油楔可倾结构，并且每块轴瓦22上单独设计有气腔，石墨件3同样由整块的结构设计成均匀的几块，通过密封胶粘贴于凹槽25上，径向轴承气体通过轴承套筒1上的气孔进入到轴承套筒1后通过在轴承套筒1上开设的环形气路进入到轴瓦22的气孔中并最终进入到轴瓦22的凹槽25中。

本实用新型另一实施例提供一种气悬浮离心压缩机，包括本实用新型任一技术方案所提供的径向轴承。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种径向轴承，其特征在于，包括：

轴承套筒(1)，包括通孔(11)；

轴承基座(2)，包括安装于所述通孔(11)内壁的筒体(21)以及与所述筒体(21)通过连接部(23)相连接的轴瓦(22)；所述轴瓦(22)被构造为能够在外力作用下相对于所述筒体(21)与所述轴瓦(22)的连接处运动；以及

石墨件(3)，安装于所述轴瓦(22)远离所述筒体(21)的一侧。

2.根据权利要求1所述的径向轴承，其特征在于，所述连接部(23)是细长的，所述连接部(23)位于所述轴瓦(22)沿着所述筒体(21)的轴向方向的中部，且所述连接部(23)在所述筒体(21)的轴向方向的长度小于所述轴瓦(22)在所述筒体(21)的轴向方向的长度。

3.根据权利要求2所述的径向轴承，其特征在于，所述连接部(23)与所述筒体(21)的连接处以及所述连接部(23)与所述轴瓦(22)的连接处均圆滑过渡。

4.根据权利要求2所述的径向轴承，其特征在于，所述轴承套筒(1)设置有第一进气流道(4)，所述轴承基座(2)设置有第二进气流道(5)；所述第一进气流道(4)和所述第二进气流道(5)连通；所述第一进气流道(4)和所述第二进气流道(5)共同用于将气体引流至所述轴瓦(22)朝向所述石墨件(3)的端面。

5.根据权利要求4所述的径向轴承，其特征在于，所述第一进气流道(4)包括：

第一进气孔(41)，贯穿所述轴承套筒(1)的厚度方向；以及

环形槽(42)，开设于所述轴承套筒(1)朝向所述筒体(21)的表面，且与所述第一进气孔(41)连通。

6.根据权利要求5所述的径向轴承，其特征在于，所述第二进气流道(5)包括：

第二进气孔(52)，所述筒体(21)以及所述轴瓦(22)共同设置有与所述环形槽(42)连通的所述第二进气孔(52)，所述第二进气孔(52)连通至所述轴瓦(22)朝向所述石墨件(3)的端面。

7.根据权利要求6所述的径向轴承，其特征在于，所述轴瓦(22)的数量为至少两块，两块所述轴瓦(22)沿着所述筒体(21)的圆周分散布置。

8.根据权利要求7所述的径向轴承，其特征在于，每块所述轴瓦(22)对应设置有至少一个所述第二进气孔(52)。

9.根据权利要求7所述的径向轴承，其特征在于，沿着所述筒体(21)的周向方向相邻两块所述轴瓦(22)之间具有间隙。

10.根据权利要求1所述的径向轴承，其特征在于，所述轴瓦(22)背离所述筒体(21)的表面通过支撑筋(6)与所述石墨件(3)固定相连。

11.根据权利要求10所述的径向轴承，其特征在于，所述支撑筋(6)包括多根，各个所述支撑筋(6)同圆心设置。

12.根据权利要求10所述的径向轴承，其特征在于，所述轴瓦(22)背离所述筒体(21)的表面设置有凹槽(25)，所述支撑筋(6)安装于所述凹槽(25)内部。

13.一种气悬浮离心压缩机，其特征在于，包括权利要求1～12任一所述的径向轴承。

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