專利名稱：高剛度靜壓氣體止推軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種止推軸承，特別涉及一種高速透平機(jī)械(中、小型氣體透平膨脹機(jī))用靜壓氣體止推軸承。
中、小型氣體透平膨脹機(jī)由于工作氣體流量較小，為保證較高的熱力性能，要求很高的工作轉(zhuǎn)速，一般在數(shù)萬轉(zhuǎn)/分以上，一般的軸承如滾動(dòng)軸承和油軸承因摩擦阻力大均難以滿足要求。因此軸承的設(shè)計(jì)制造成為中小型氣體透平膨脹機(jī)設(shè)計(jì)制造的主要難點(diǎn)之一。氣體軸承由于其極小的摩擦阻力，得以廣泛應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，現(xiàn)有的中小型氣體透平膨脹機(jī)一般均采用靜壓氣體軸承，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響氣體透平膨脹機(jī)工作的可靠性與穩(wěn)定性。靜壓氣體軸承按功能可分為承受徑向載荷的徑向軸承和承受軸向載荷的止推軸承。目前氣體透平膨脹機(jī)廣泛采用的靜壓氣體止推軸承的結(jié)構(gòu)形式為單槽多孔供氣環(huán)形止推軸承。該止推軸承在環(huán)形止推軸承面上有一圈均布供氣小孔，所有供氣小孔由一環(huán)形槽連通。壓力氣體進(jìn)入供氣孔，由小孔節(jié)流后導(dǎo)入軸承間隙，然后連續(xù)地從軸承內(nèi)、外邊緣排入大氣。氣體在整個(gè)止推軸承表面沿徑向的壓力分布近似于一三角形，壓力在槽半徑處最大，然后向內(nèi)、外逐漸下降，最后在軸承的內(nèi)、外邊緣上達(dá)到大氣壓力。該結(jié)構(gòu)形式的止推軸承結(jié)構(gòu)最簡單，且耗氣量較小，同時(shí)能提供一定的承載力，故至今被廣泛采用。然而，該止推軸承的剛度較小，特別是角剛度小，故難以承受較大的軸向載荷脈動(dòng)及不能有效抑制徑向軸承引發(fā)的轉(zhuǎn)子錐形渦動(dòng)。而上述問題在氣體透平膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是無法避免的，一旦止推軸承失效，轉(zhuǎn)子與軸承就會(huì)卡結(jié)，機(jī)器無法運(yùn)轉(zhuǎn)。因此采用上述單槽多孔供氣環(huán)形止推軸承的透平膨脹機(jī)的可靠性與穩(wěn)定性就會(huì)降低。
本實(shí)用新型的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種高剛度的靜壓氣體止推軸承——雙槽及多槽錯(cuò)排多孔供氣環(huán)形止推靜壓氣體軸承，該軸承克服了現(xiàn)有靜壓氣體止推軸承承載力不大，剛度小的缺陷，顯著提高了氣體透平膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性及穩(wěn)定性，且具有結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量較小，與現(xiàn)有軸承能方便互換的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型包括了一種高剛度靜壓氣體止推軸承結(jié)構(gòu)形式一雙槽及多槽錯(cuò)排多孔氣供環(huán)形止推軸承；以及一種采用上述新型靜壓氣體止推軸承的軸承組件結(jié)構(gòu)，該軸承組件與現(xiàn)有氣體透平膨脹機(jī)采用的靜壓氣體軸承具有良好的互換特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的雙槽錯(cuò)排多孔供氣環(huán)形止推靜壓氣體軸承結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是A-A視圖。
圖3是本實(shí)用新型的雙槽錯(cuò)排多孔供氣環(huán)形止推靜壓氣體軸承沿徑向氣體壓力分布示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的多槽錯(cuò)排多孔供氣環(huán)形止推靜壓氣體軸承結(jié)構(gòu)。
圖5是本實(shí)用新型的靜壓氣體軸承的實(shí)施例。
參照
圖1、2、4，本實(shí)用新型包括一環(huán)形止推盤3，環(huán)形止推盤3上開有兩排或兩排以上的環(huán)形槽4，沿環(huán)形槽4均勻配置有供氣小孔1，供氣小孔1和進(jìn)氣孔5相連通。不同環(huán)形槽上的供氣小孔1可以分布在同一半徑上，也可以是相錯(cuò)排列，供氣小孔1的直徑為0.1-0.8毫米，每排供氣小孔的個(gè)數(shù)為4-18。另外，圖中2是軸孔。
各環(huán)形槽4上的小孔1在圓周上均勻分布，不同環(huán)形槽4上的小孔1交錯(cuò)排列。交錯(cuò)排列能減小氣體出小孔1時(shí)的擴(kuò)散效應(yīng)，提高軸承的性能。從另一角度來說，在滿足一定承載力和剛度的前提下，可以適當(dāng)減小孔數(shù)及孔徑，從而減小軸承的耗氣量，提高氣體軸承的經(jīng)濟(jì)性。從工藝的簡單出發(fā)，內(nèi)、外圈小孔排列也可是徑向?qū)ΨQ的，這樣排列的軸承同樣具有較大的承載力和較高的剛度，雙槽各自連通內(nèi)外圈小孔，保證氣體在小孔1中節(jié)流，使軸承具有較大的承載力和剛度，同時(shí)有效抑制氣錘現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高止推軸承的穩(wěn)定性，小孔1的孔徑及每圈小孔的數(shù)目可根據(jù)設(shè)計(jì)要求的間隙尺寸、承載力、剛度以及耗氣量來具體確定。
本實(shí)用新型的多槽錯(cuò)排多孔供氣靜壓氣體止推軸承的工作原理是使加壓氣體從外部經(jīng)小孔節(jié)流，導(dǎo)入軸承間隙，在軸承間隙內(nèi)產(chǎn)生靜壓面，使轉(zhuǎn)子在軸向浮起，小孔節(jié)流的作用就是使軸承產(chǎn)生剛度。間隙內(nèi)產(chǎn)生的氣體靜壓面沿徑向的壓力分布如圖3所示。由圖3可見，徑向壓力分布近擬于一梯形，壓力在內(nèi)、外槽之間最大，然后從外槽向外內(nèi)槽向內(nèi)壓力下降，最后在軸承的內(nèi)、外邊緣上達(dá)到大氣壓力。與單槽止推軸承相比，多槽軸承的壓力分布使壓力峰值在整個(gè)間隙承載面上更為均勻，單位有效承載面積的承載力更大，軸向剛度和角剛度大為提高，圖3中，Pa是大氣壓力、Po是軸承供氣壓力、Pd是軸承供氣小孔1的出口壓力。
本實(shí)用新型的實(shí)施例如圖5所示，該氣體軸承組件集多排切向小孔供氣靜壓氣體徑向軸承與多槽錯(cuò)排多孔供氣環(huán)形止推軸承于一體，該實(shí)施例包括一環(huán)形止推盤3，環(huán)形止推盤3與徑向軸承襯套7配置為一體，襯套7與外套6成緊配合，外套6及襯套7上配置有互為相通的進(jìn)氣孔9和供氣小孔8，環(huán)形止推盤3上的進(jìn)氣孔5和徑向軸承的進(jìn)氣孔9相連通。該氣體軸承組件工作時(shí)徑向軸承與止推軸承采用同一氣路供氣，結(jié)構(gòu)簡單；軸承體采用軸承套與軸承襯分離的結(jié)構(gòu)減小了節(jié)流小孔的加工深度，解決了加工小直徑小孔的工藝難題；氣體軸承組件采用徑向軸承與止推軸承一體的結(jié)構(gòu)，便于保證徑向軸承內(nèi)孔圓柱面與止推軸承平面的垂直度，工藝性好且安裝方便。
由此可見，由于本實(shí)用新型提高了止推軸承的承載能力，加大了止推軸承的軸向剛度和角剛度，使高速氣體透平膨脹機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更為可靠和穩(wěn)定；由于本發(fā)明采用了集徑向軸承與新型止推軸承于一體的氣體軸承組件，具有結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性好，拆裝方便，便于互換的特點(diǎn)。
最佳實(shí)施例“380制氧機(jī)”用空氣增壓透平膨脹機(jī)透平進(jìn)氣壓力0.62MP 進(jìn)氣溫度30K透平排氣壓力0.051MP 氣量600M轉(zhuǎn)速93400rpm轉(zhuǎn)子直徑25mm氣解軸承組件外徑48mm氣體軸承組件長度
權(quán)利要求1.高剛度靜壓氣體止推軸承，包括一環(huán)形止推盤(3)環(huán)形止推盤(3)上開有供氣小孔，供氣小孔和進(jìn)氣孔相通，本實(shí)用新型的特征是，所說的環(huán)形止推盤(3)上開有兩排或兩排以上的供氣小孔(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的止推軸承，其特征在于，所說的環(huán)形止推盤(3)上開有兩排或兩排以上的環(huán)形槽(4)，沿環(huán)形槽(4)均勻開有供氣小孔(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的止推軸承，其特征在于，所說的不同排上的供氣小孔(1)成交錯(cuò)排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的止推軸承，其特征在于，所說的不同排上的供氣小孔(1)成徑向排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的止推軸承，其特征在于，所說的供氣小孔(1)的直徑為0.1-0.8毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的止推軸承，其特征在于，所說的供氣小孔(1)每排為4-18個(gè)。
專利摘要一種高速透平機(jī)械用的高剛度靜壓氣體止推軸承，包括一環(huán)形止推盤，環(huán)形止推盤上開有兩排或兩排以上的供氣小孔，不同排上的供氣小孔成徑向排列或交錯(cuò)排列，供氣小孔和進(jìn)氣孔相通，克服了現(xiàn)有靜壓氣體止推軸承承載力不大、剛度小的缺陷，顯著提高了氣體透平膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性及穩(wěn)定性，且具有結(jié)構(gòu)簡單、耗氣量小、與現(xiàn)有軸承能方便互換的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01D25/16GK2261529SQ95245209
公開日1997年9月3日 申請(qǐng)日期1995年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月25日
發(fā)明者陳純正, 姚海, 張鳳華, 吳其蒙, 劉國均 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué), 蘇州制氧機(jī)廠