轴向气体轴承以及离心压缩机

技术领域

本发明涉及透平机械领域，具体涉及一种轴向气体轴承以及离心压缩机。

背景技术

波箔动压轴向气体轴承具有结构简单、无需油润滑等特点，所以被越来越多的应用于离心压缩机、燃气轮机、鼓风机等各类透平机械领域。波箔动压轴向气体轴承用于实现透平机械无油、无摩擦、高速运行。

发明内容

本发明实施例提供一种轴向气体轴承以及离心压缩机。

本发明一方面提供一种轴向气体轴承，包括至少一个箔片组件，各所述箔片组件沿周向排列且围成环形；各所述箔片组件包括：

第一箔片；

第二箔片，包括主体段、设置于所述主体段一端的第一导流段以及设置于所述主体段另一端的第二导流段；所述第一导流段与所述第一箔片固定相连，所述第二导流段与所述第一箔片具有间隙；其中，所述第一导流段的至少部分区域朝着所述第一箔片倾斜或者弯曲设置，所述第二导流段的至少部分区域也朝着所述第一箔片倾斜或者弯曲设置；以及

第三箔片，安装于所述第一箔片和所述第二箔片之间，且与所述第一箔片连接。

在一些实施例中，所述第一导流段被构造为下述形状之一：直线的、弧形的；和/或，所述第二导流段被构造为下述形状之一：直线的、弧形的。

在一些实施例中，所述第一导流段的切线与所述主体段的工作表面夹角为1°～5°。

在一些实施例中，所述第二导流段的切线与所述主体段的工作表面夹角为1°～5°。

在一些实施例中，沿着所述轴向气体轴承的径向方向，所述第一导流段的宽度相等。

在一些实施例中，沿着所述轴向气体轴承的径向方向，所述第一导流段的横截面相同。

在一些实施例中，沿着所述轴向气体轴承的径向方向，所述第二导流段的宽度相等。

在一些实施例中，沿着所述轴向气体轴承的径向方向，所述第二导流段的横截面相同。

在一些实施例中，所述第三箔片被构造为波浪形的，所述第三箔片的波谷与所述第一箔片固定相连，所述第三箔片的波峰与所述第二箔片抵顶。

在一些实施例中，所述箔片组件包括至少两个，相邻两个所述箔片组件的第一箔片固定相连或者是一体的。

在一些实施例中，各所述箔片组件的所述第二箔片的第一导流段均位于该第二箔片的第二导流段的顺时针方向；或者，各所述箔片组件的所述第二箔片的第一导流段均位于该第二箔片的第二导流段的逆时针方向。

本发明另一方面还提供一种离心压缩机，包括：

扩压器；

轴承支座；

转轴，穿过所述扩压器和所述轴承支座；以及

本发明任一技术方案所提供的轴向气体轴承，所述轴向气体轴承安装于所述扩压器和所述轴承支座之间。

在一些实施例中，离心压缩机还包括：

止推盘，位于所述扩压器和所述轴承支座之间；

第一轴承固定件，位于所述扩压器和所述止推盘之间，所述第一轴承固定件和所述止推盘之间安装有所述轴向气体轴承；以及

第二轴承固定件，位于所述轴承支座和所述止推盘之间，所述第一轴承固定件和所述止推盘之间也安装有所述轴向气体轴承。

上述技术方案提供的轴向气体轴承，其第二箔片的第一导流段和第二导流段都朝着第一箔片倾斜设置，不管气流从第一导流段流到第二导流段，还是从第二导流段流到第一导流段，气流都能够顺利地流到轴向气体轴承的工作表面，即第二箔片的最大延展面，以使得轴向气体轴承对转轴提供支撑力。上述技术方案，不管压缩机处于正常运行工况还是反转情况下，轴向气体轴承都能承受负载，即便透平机械由于停机时的反向冲击或者由于操作不当引起透平机械反转，轴向气体轴承也能正常工作，也不易损坏。

附图说明

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

图1为本发明实施例提供的轴向气体轴承应用于离心压缩机的示意图；

图2为本发明实施例提供的轴向气体轴承的主视示意图；

图3为图2中一个箔片组件的P-P剖视示意图；

图4为图2的A局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图4对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

参见图1～图4，本发明实施例提供一种轴向气体轴承10，其作为动压轴承。轴向气体轴承10的一侧最大延展面作为工作表面123，即后文中第二箔片12远离第一箔片11的表面。轴向气体轴承10的另一侧最大延展面作为安装面111，即后文中第一箔片11远离第二箔片12的表面。

参见图2，轴向气体轴承10包括至少一个箔片组件1。各箔片组件1沿周向排列且围成环形。环形的通孔10用于安装转轴4。对于每个箔片组件1而言，气体从该箔片组件1的进气端流入到该箔片组件1的工作表面123，然后从该箔片组件1的出气端流出，具体流动方向如图2中的箭头W所示。

各箔片组件1包括第一箔片11、第二箔片12以及第三箔片13。第二箔片12包括主体段120、设置于主体段120一端的第一导流段121以及设置于主体段120另一端的第二导流段122。图3中，B区域对应的为主体段120。

第二箔片12的第一导流段121与第一箔片11抵顶，第二导流段122与第一箔片11具有间隙124。其中，第一导流段121的至少部分区域朝着第一箔片11倾斜或者弯曲设置。第二导流段122的至少部分区域也朝着第一箔片11倾斜或者弯曲设置。第三箔片13安装于第一箔片11和第二箔片12之间，且与第一箔片11连接。

上述技术方案，第一导流段121的至少部分区域和第二导流段122的至少部分区域都朝着第一箔片11倾斜设置，那么第一导流段121和第二导流段122中的任意一个都可以作为进气端。正常来说，第一导流段121作为进气端，第二导流段122作为出气端。当离心压缩机出现反转时，第二导流段122也可以作为进气端，第一导流段121作为出气端。

上述技术方案使得不管离心压缩机正转还是反转，轴向气体轴承10都能够起到支撑作用，实现轴向气体轴承10的双向承载，使得轴向气体轴承10反转也不易损坏，提高了轴向气体轴承10的防反转能力，实现了轴向气体轴承10的双向运行，提高了轴向气体轴承10所在的设备反转运行时的可靠性。

在一些实施例中，第二箔片12的第一导流段121和第二箔片12的第二导流段122被构造为下述形状之一：直线的、弧形的。

第一导流段121和第二导流段122的形状可以相同，亦可以不相同。第一导流段121可以为曲线形或者直线形。曲线形过渡平滑，并且不易与止推盘5产生刮擦，同时流体流动更平顺，不易产生漩涡。直线形加工制造简单，并且容易控制倾斜角度。

在一些实施例中，第二箔片12的第一导流段121与主体段120的工作表面123的夹角α为1°～5°，即第一导流段121的倾角为1°～5°。进一步地，夹角α为2°～3°。此处，工作表面123是指主体段120的最大延展面，即图3中B区域所对应的最大延展平面。

在一些实施例中，第二箔片12的第二导流段122与主体段120的工作表面123的夹角β为1°～5°，即第二导流段122的倾角为1°～5°。进一步地，夹角β为2°～3°。

在定义上述的夹角α、β时，工作表面123是指主体段120的最大延展面，即图3中B区域所对应的最大延展平面。在一些实施例中，主体段120整体大致为平板状的结构。

参见图2和图4，在一些实施例中，沿着轴向气体轴承10的径向方向，第一导流段121的宽度N相等。其中，第一导流段121的宽度D为第一导流段121沿着轴向气体轴承10周向方向的弧线长度，即弧长。图2示意了设备正向运转时，气流的流向为W方向，即从第一导流段121流向第二导流段122。对于第一导流段121而言，即在整个M方向上，N1、N2…Nn的尺寸相同。第一导流段121的宽度，即第一导流段121斜坡的宽度主要与第一导流段121斜坡角度以及箔片组件1的高度相关，第一导流段121斜坡宽度从内至外的宽度一致，也即沿着图2所示的轴向气体轴承10的径向方向，第一导流段121斜坡宽度是一致的。所谓的内是至通孔10所在的一侧。所谓的外是指轴向气体轴承10的外部。

采用上述方式设置第一导流段121，使得气流能够更加均匀地流动到该箔片组件1的工作表面123的各个位置，以使得整个轴向气体轴承10承载均衡。

在一些实施例中，沿着轴向气体轴承10的径向方向，第一导流段121的横截面相同，即第一导流段121是等曲率圆弧拉伸形成的。

参见图2和图3，在一些实施例中，沿着轴向气体轴承10的径向方向，第二导流段122的宽度D相等。其中，第二导流段122的宽度D为第二导流段122沿着轴向气体轴承10周向方向的弧线长度，即弧长。第二导流段122具体比如为等曲率弧线或者非等曲率弧线。需要说明的是。对于第二导流段122而言，即在整个径向方向上，第二导流段122各处的宽度D均相同。第二导流段122的宽度，即第二导流段122斜坡的宽度主要与第二导流段122斜坡角度以及箔片组件1高度相关，第二导流段122斜坡宽度从内至外的宽度一致，即在整个径向方向C上，D1、D2…Dn相同。所谓的内是指通孔10所在的一侧。所谓的外是指轴向气体轴承10的外部。

在一些实施例中，沿着轴向气体轴承10的径向方向，第二导流段122的横截面相同，即第二导流段122是等曲率圆弧拉伸形成的。

采用上述方式设置第二导流段122，使得气流能够更加均匀地流出该箔片组件1，以使得整个轴向气体轴承10承载均衡。

参见图3，在一些实施例中，第三箔片13被构造为波浪形的，第三箔片13的波谷与第一箔片11固定相连，第三箔片13的波峰与第二箔片12固定相连。第三箔片13得各个波形得结构比如完全相同，这样一方面使得便于加工制造第三箔片13，另一方面也使得轴向气体轴承10各部分承载能力均衡。

在一些实施例中，每个轴向气体轴承10包括至少两个箔片组件1，具体比如为4个～8个箔片组件1。多个箔片组件1排列围成一圈，每个箔片组件1的进气端挨着相邻箔片组件1的出气端。即，各箔片组件1的第二箔片12的第一导流段121均位于该第二箔片12的第二导流段122的顺时针方向。或者，各箔片组件1的第二箔片12的第一导流段121均位于该第二箔片12的第二导流段122的逆时针方向。

在一些实施例中，相邻两个箔片组件1的第一箔片11固定相连或者是一体的。比如采用焊接或者其他方式实现固定连接。

参见图1，本发明实施例还提供一种离心压缩机，包括扩压器2、轴承支座3、转轴4以及本发明任一技术方案所提供的轴向气体轴承10。轴承支座3套设于转轴4的一端，且与转轴4固定相连。转轴4同时穿过扩压器2和轴承支座3。轴向气体轴承10位于扩压器2和轴承支座3之间，并且转轴4也穿过轴向气体轴承10的通孔10。

参见图1，在一些实施例中，离心压缩机还包括止推盘5、第一轴承固定件6以及第二轴承固定件7。止推盘5位于扩压器2和轴承支座3之间。第一轴承固定件6位于扩压器2和止推盘5之间。第一轴承固定件6和止推盘5之间安装有一个或者多个轴向气体轴承10，具体比如为第一轴向气体轴承101。第二轴承固定件7位于轴承支座3和止推盘5之间，第一轴承固定件6和止推盘5之间也安装有一个或者多个轴向气体轴承10，具体比如为第二轴向气体轴承102。

第一轴向气体轴承101、第二轴向气体轴承102的布置方式相反，具体表现为第一轴向气体轴承101的第二箔片12与第二轴向气体轴承102的第二箔片12面对。以使得第一轴向气体轴承101、第二轴向气体轴承102均能起到支撑作用。

由上述连接方式可以看出，轴向气体轴承10设置有两个，分别位于止推盘5的两侧。

在一些实施例中，第一轴承固定件6被构造为平板状的；和/或，第二轴承固定件7被构造为平板状的。

下面介绍一些具体实施例。

参见图1至图4，离心压缩机包括叶轮15、壳体8、扩压器2、轴承支座3、转轴4、第一轴承固定件6、轴向气体轴承10、止推盘5、轴向气体轴承10、第二轴承固定件7等结构。止推盘5固定于转轴4上，压缩机工作时随转轴4一起旋转。

轴向气体轴承10安装于扩压器2与轴承支座3中间，包括前后两个轴向气体轴承10。两个轴向气体轴承10分别位于止推盘5的两侧，可以承受前后两个方向的载荷，轴向气体轴承10在压缩机因停机或者接电异常情况下，电机发生反转时轴向气体轴承10不会损坏，保证压缩机稳定可靠。

如图2所示，轴向气体轴承10的圆周方向均布多个箔片组件1。轴承截面如图4所示，轴向气体轴承10由第二箔片12、第三箔片、第一箔片组成。轴向气体轴承10工作时，流体与第二箔片12表面接触。根据流体运动方向，轴向气体轴承10分为入口端与出口端。在轴向气体轴承10的入口端，第二箔片12设置入口斜坡；在轴向气体轴承10入口处，第二箔片12同样设置出口斜坡。第二箔片12与第一箔片焊接固定。轴向气体轴承10的出口段第二箔片12为自由端。

当轴承工作时，轴向气体轴承10能够自由变形以适应负载的变化。当电机反转时，轴向气体轴承10的出口端变为入口端，入口端变为出口端。轴向气体轴承10在入口端依然具有入口斜坡，能够为轴承提供楔形角，使流体顺利进入轴向气体轴承10并提供承载力。

压缩机在停机阶段时，气流的反冲力容易使电机出现短时的反转，同时电机接线由于操作失误容易使电机出现反转。本发明实施例提供的轴向气体轴承10在电机反转时依然产生承载力，在电机反转时轴向气体轴承10也不易出现损坏，因此能够大大提升轴承在停机以及恶劣工况的承载能力。

在本发明的描述中，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，仅是为便于描述本发明和简化描述，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发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。