[发明专利]一种提高空气箔片轴承支承转子系统稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种提高空气箔片轴承支承转子系统稳定性的方法，通过在轴承‑转子系统中转子上钻孔或者刻槽的方式，减少或者消除轴承‑转子系统中的失稳现象。在箔片空气轴承中产生的高压气体会对转子产生一个激励作用，这便是诱发流体失稳的主要原因。在转子上钻孔后，当孔转到轴承中形成的局部高压区时，由于压差的作用，气体会在孔中从高压区流向低压区。此时，激励路径变短，对转子的激励作用将减小，从而降低转子的振动，提高转子的稳定性。同理，在转子轴颈处刻槽后，箔片空气轴承中形成的高压区气体会在压差的作用下沿着刻槽流向轴承两侧的低压区，从而减小气体激励的作用效果，降低转子的振动，提高转子的稳定性。

技术领域

本发明涉及空气动压轴承技术领域，具体涉及一种提高空气箔片轴承支承转子系统稳定性的方法。

背景技术

箔片空气轴承(FAB)是指以周围环境中的空气作为润滑剂并采用箔片作为弹性支承元件的一种动压轴承，通常是由几层金属箔片以不同的形式或形态组合而成,箔片轴承便由此得名。它由两层箔片组成,上层为顶层箔片,由一整张平箔片卷曲而成,故常简称为“平箔”,位于下面的是支撑拱箔起弹性支撑作用,由于其具有波浪状结构常简称为“波箔”。通常将采用波箔作为弹性支撑结构的箔片轴承称为波箔型箔片轴承。与传统意义上的轴承相比,由于其结构设计的优越性,使得轴承的工作温度范围得到很大的拓宽,具有稳定性高、耐振动冲击、启停性能好、装配对中要求低以及后期维护和使用成本低等特点。

由于箔片轴承中润滑气体粘性摩擦引起的环绕转子表面的气体循环流动和转子系统中结构、气膜之间在特定转速区域的共振有可能会造成图1所示的轴承-转子系统的自激振动。自激振动发生时轴颈中心在轴承中具有极大的轴心轨迹和振动幅值，这种自激振动常被称为涡动(Whirl)或振荡(Whip)，这种涡动或震荡便是导致流体诱发失稳的主要原因。涡动和振荡运动的发生机理和表现特征具有明显的区别。转子系统的涡动运动是由于转子转动引起轴径表面润滑气体的循环流动产生垂直于轴心在轴承中径向位移的切向力所激发，所以涡动频率与润滑气体循环流动的平均转速相关。润滑气体循环流动引起的切向力方向与阻尼力相反，其作用类似于负阻尼，不断的为系统振动输入能量，所以能够引起转子振动幅值的迅速增加。转子系统的振荡运动是由于系统结构刚度和润滑气体之间的共振引起，所以振荡频率与箔片轴承的结构刚度相关。

流体诱发失稳现象必须在下述3个物理条件都具备的情况下才有可能发生(见图2)：

(1)一个外回转体1内还有另一个内回转体2,并且两个回转体间存在相对旋转运动；

(2)两个回转体间存在某种粘性流体介质3；

(3)粘性流体在两回转体间流动并形成流体楔。

流体诱发的失稳会产生较大的振幅，通常为次同步的转子自激振动，可导致轴承、叶轮或其他转子零件上的转子与定子发生摩擦。振动还会在转子中产生明显的交变应力，导致疲劳失效。由于其潜在的危害，应该消除或者避免流体诱发的失稳。

发明内容

为了减小或者消除流体诱发的失稳带来的负面影响，本发明通过在转子上钻孔或者刻槽的方式来降低转子-轴承系统中的涡动或振荡现象，从而提高其稳定性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是，在轴承-转子系统中转子上钻孔或者刻槽，其特征在于钻孔的位置在轴颈位于径向轴承中间平面处，钻孔的数量一般是3个或者4个，但在保证转子刚度和强度的前提下可尽量多钻，且在转子上沿圆周方向均匀分布；同样，刻槽所在的位置位于轴颈处，方向沿轴向，刻槽的数量在保证转子刚度和强度的前提下可多刻，但在转子轴颈处沿圆周方向均匀分布。

为了减少或者消除上述轴承转子系统失稳的方法，其实施方式如下所述：

1)当转子在箔片空气轴承中时，由于静态载荷的作用转子会偏离轴承的中心，轴承圆周周围的径向间隙便会存在一个差值。