[发明专利]一种多层鼓泡箔片动压气体止推轴承

说明书

技术领域

本发明属于机械设计中的动压气体轴承领域，特别设计一种多层鼓泡箔片动压气体止推轴承。

背景技术

随着航空航天、能源动力等领域技术的发展，为了保持高速运转机械的稳定性和可靠性，对润滑技术也提出了越来越高的要求。当转子转速非常高、或相对运动速度很大时，如飞机涡轮发动机或微小型燃气轮机，因为高速运动造成的摩擦使油温急速升高而不能形成有效的润滑膜，油轴承已经不能满足需要；当工作环境需要较高的纯净度时，例如氦液化装置、空间制冷机等用的透平机械，若采用油轴承，会对工作环境造成污染。此时，就需要其他型式的轴承来进行润滑。由于磁轴承结构复杂、造价昂贵，限制了其推广，故气体轴承成为较好的选择。

气体轴承利用气体粘性来提高其间隙内的气体压力，而使转子浮起，按其工作原理可分为静压气体轴承和动压气体轴承两种。静压气体轴承需要一套供气系统，增加了装置的复杂性，还需要耗费一定量的压力气体，使其经济性和可用性降低。对于一些特定的场合，如燃气轮机、航空涡轮制冷器、空间微型透平制冷机等，采用动压气体轴承已是必然的选择。动压气体轴承可分为刚性表面动压气体轴承和柔性表面动压气体轴承。目前应用最为广泛的动压气体轴承是柔性表面动压气体轴承，也可称为弹性箔片轴承或箔片轴承（Compliant Foil Bearing，CFB）。箔片轴承是一种自作用柔性表面动压气体轴承，其柔性表面一般采用金属箔片制成，靠弹性流体动力润滑机理工作，这是和刚性表面动压气体轴承的主要区别。柔性表面使得轴承在工作时能够随工作条件的变化自动建立不同的气膜厚度，从而使得轴承可以适应一定范围内转子的角偏差且随着转速的变化产生一定的适应性刚度；箔片轴承结构产生的阻尼效应可以抑制转子的振动，使其具有优异的稳定性。

鼓泡动压箔片动压气体止推轴承具有一般箔片动压气体轴承的吸收震动能力强、稳定性高等优点。但是传统的单层鼓泡箔片轴承鼓泡支承刚度较大，鼓泡支点几乎没有变形余度，在启停阶段及运行过程中容易造成轴承表面过度摩擦，引起轴承及转子的摩擦损毁；而且单层箔片轴承表面刚度一致，不能适应轴承局部支承刚度随载荷的变化需求，存在一定缺陷，对所承载载荷的适应能力较差并且难以承受不确定的冲击载荷，限制了其在透平机械中的应用。因此继承传统箔片动压气体轴承的优势，发展能够适应不同载荷，局部和整体刚度及阻尼高度可调，具有更加优异稳定性及良好装配性能的双层及多层鼓泡箔片动压气体轴承是非常必要的。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明提供了一种载荷适应范围宽的多层鼓泡箔片动压气体止推轴承，具有高运转稳定性、弹性支承性能和动态特性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

包括轴承座和设置于轴承座中带有转子止推板的轴，轴承座与转子止推板之间设置有若干组结构相同的弹性元件，弹性元件沿轴承座周向均匀设置；所述弹性元件包括设置于轴承座上方的多层鼓泡箔片和设置于顶层鼓泡箔片与转子止推板之间的平箔箔片，平箔箔片贴合在弹性鼓泡箔片上；每层鼓泡箔片上均设有鼓泡凸起；弹性元件一端通过定位元件固定于轴承座上，另外一端自由。

所述多层鼓泡箔片中，相邻鼓泡箔片中下层鼓泡凸起定点与上层鼓泡箔片的鼓泡间过渡底边贴合，底层鼓泡箔片的鼓泡间过渡底边与轴承座表面贴合。

所述弹性元件的延展方向与轴旋转方向相同。

所述平箔箔片与轴承座形成夹角，调整鼓泡箔片首个鼓泡的形状、大小及位置来调节所述夹角大小。

所述每层鼓泡箔片上鼓泡凸起排列方式包括均匀排列或非均匀排列。

所述每层鼓泡箔片上鼓泡凸起均匀排列方式包括：径向顺排、周向顺排、径向叉排。

所述鼓泡凸起包括空心半球凸起、空心球冠凸起、空心圆台凸起、空心柱体凸起、空心棱柱凸起、空心椭圆柱凸起中的一种或几种。

所述的轴承座上开设有若干定位孔，所述的定位元件为销钉；弹性元件的一端通过销钉固定与轴承座上的定位孔中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的多层鼓泡箔片动压气体止推轴承，由于采用了分段布置的平箔及鼓泡箔片组成的弹性元件，所以改善了轴承的刚度分布和装配特性，还提供了轴承预载荷，有效的抑制转子的不稳定涡动。相比于单层箔片轴承，多层鼓泡箔片轴承由多层支承产生多重适应性刚度，扩大了轴承的刚度变化范围，改善了箔片轴承的刚度特性；另外，多层鼓泡箔片轴承的阻尼除了产生于弹性元件与顶层箔片和轴承座之间外，还产生于弹性元件层与层之间，增大了其阻尼产生和变化的范围，提高了轴承的承载能力、稳定性。