动力设备

技术领域

本公开涉及轴承技术领域，特别涉及一种动力设备。

背景技术

凭借着无油化、高转速、耐高温等优点，气体轴承自20世纪60年代起得到快速发展，并在高速透平、压缩机等动力设备中有着十分广阔的应用前景。

根据润滑气膜生成机理的不同，气体轴承分为静压气体轴承和动压气体轴承。

静压气体轴承是利用外部气源给轴承供气产生压力支承载荷，动压气体轴承是利用气体在转子与动压气体轴承的内表面间的楔形间隙产生的压力气膜来支承载荷。

动压气体轴承的工作原理如图1和图2所示。图1为相关技术的动压气体轴承与转子配合时的局部结构示意图。图2为图1所示的动压气体轴承与转子配合时的产生动压气膜的原理示意图。当转子1’高速运转时，由于转子1’受力，如重力，使得转子1’中心与动压气体轴承2’中心发生偏心，在动压气体轴承2’的内表面和转子1’之间形成楔形轴承间隙。当转子1’在做高速旋转运动时，由于气体粘性，不断将具有一定粘度的气体带入楔形间隙，而气体的不断进入使得气膜产生一定的压力，当气膜压力足以平衡转子1’载荷时，转子1’与动压气体轴承2’完全分离，形成动压气膜3’以支撑转子1’运转。

由上述原理可知，动压气体轴承其实是滑动轴承的一种，工作的关键在于形成支撑力足够的动压气膜。换言之，在转速较低时，如启动和停机过程，无法形成动压气膜，此时转轴与轴承发生干摩擦，轴承发生磨损，故频繁启停会影响轴承寿命，严重时会导致轴承失效。此外，其他因素也会导致轴承发生失效的可能，如转子发生共振、不平衡量过大、转轴变形等，而轴承一旦失效，机器将无法工作，严重时甚至发生事故。故实时测试轴承的运行可靠性，对于保证转子的平稳运行以及提前预防失效事故有着重要意义。

测试轴承的运行可靠性的最直接的方式是采用位移传感器对转子的振幅进行实时监控，根据转子振幅的大小判断其是否正常运行，但该方案的位移传感器价格较高，而且还需要配备更昂贵的采集器、显示器等。故研究一种便捷、成本低廉的动压气体轴承磨损检测技术，对于提高产品可靠性有着重要意义。

发明内容

本公开提供一种动力设备，包括转子和用于支撑所述转子的轴支组件，所述轴支组件包括：

轴承支座，具有轴承安装孔；

动压气体轴承，所述动压气体轴承安装于所述轴承安装孔内，包括轴承壳体和设置于所述轴承壳体内的箔片组件，所述箔片组件形成所述动压气体轴承的轴孔，所述转子可转动地安装于所述轴孔内；和

轴承磨损检测装置，包括压力传感器，所述压力传感器被配置为检测所述转子与所述箔片组件之间的轴承间隙的气膜压力以根据所述气膜压力判断所述动压气体轴承的磨损状态。

在一些实施例中，所述轴承壳体具有连通其径向内周面和径向外周面的测压孔，所述压力传感器的传感器进气口通过所述测压孔与所述轴承间隙连通。

在一些实施例中，所述轴承安装孔的孔壁与所述动压气体轴承的轴承壳体的外周面之间设有储气腔，所述测压孔与所述储气腔连通；

所述传感器进气口与所述储气腔连通。

在一些实施例中，所述轴承壳体具有与同一所述储气腔连通的多个所述测压孔。

在一些实施例中，所述轴承安装孔的孔壁与所述动压气体轴承的轴承壳体的外周面之间沿轴向设有多个所述储气腔，各所述储气腔与沿所述动压气体轴承的轴向设置的多个所述测压孔分别连通；

所述轴承磨损检测装置包括多个所述压力传感器，多个所述压力传感器与所述多个储气腔分别连通。

在一些实施例中，所述轴承磨损检测装置包括多个所述压力传感器，多个所述压力传感器被设置为检测所述轴承间隙的沿所述动压气体轴承的轴向方向不同位置的气膜压力。

在一些实施例中，所述轴承壳体具有位于所述轴承壳体轴向中部的轴承进气孔，多个所述压力传感器分布于所述轴承进气孔的轴向两侧。

在一些实施例中，所述轴承壳体具有位于所述轴承壳体轴向中部的轴承进气孔，所述动力设备还包括多个密封圈，所述多个密封圈位于所述轴承支座与所述轴承壳体之间并分别设置于所述轴承进气孔的沿所述动压气体轴承的轴向的两侧。

在一些实施例中，所述轴承壳体具有位于所述轴承壳体轴向中部的轴承进气孔，所述动力设备还包括设置于所述轴承壳体轴向两端的两个梳齿密封部件，所述梳齿密封部件具有轴封孔，所述轴封孔的孔壁设置有密封梳齿，所述梳齿密封部件的靠近所述动压气体轴承的端面与所述动压气体轴承的对应端面抵靠，所述转子安装于所述轴封孔内，所述转子的外周面与所述密封梳齿配合。

在一些实施例中，所述转子与所述梳齿密封部件配合的部位包括台阶面，所述密封梳齿包括与所述台阶面的靠近所述动压气体轴承的端面配合的一阶齿和位于所述一阶齿的远离所述动压气体轴承的一侧的二阶齿。

在一些实施例中，包括沿所述转子的轴向布置的多个所述轴支组件。

在一些实施例中，所述动力设备包括压缩机。

基于本公开提供的动力设备，设置了轴承磨损检测装置，利用转子的转速与气膜压力呈正相关的关系，通过压力传感器检测转子与箔片组件之间的轴承间隙内的气膜压力以根据气膜压力判断动压气体轴承的磨损状态，利于便捷、成本低廉地实时监控动力设力备的系统稳定性。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

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

图1为相关技术的动压气体轴承与转子配合时的局部结构示意图。

图2为图1所示的动压气体轴承与转子配合时的产生动压气膜的原理示意图。

图3为本公开实施例的动力设备的局部剖视结构示意图。

图4为图3的I部放大结构示意图。

图5为图3所示的动力设备中动压气体轴承的轴承壳体的立体结构示意图。

图6为图5所示的轴承壳体的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图3至图6所示，本公开实施例提供一种动力设备。该动力设备包括转子2和用于支撑转子2的轴支组件。动力设备例如为压缩机。

如图3至图6所示，轴支组件包括轴承支座5、动压气体轴承7和轴承磨损检测装置。轴承支座5具有轴承安装孔。动压气体轴承7安装于轴承支座5的轴承安装孔内。动压气体轴承7包括轴承壳体71和设置于轴承壳体71内的箔片组件72。箔片组件72形成动压气体轴承7的轴孔。转子2可转动地安装于动压气体轴承7的轴孔内。轴承磨损检测装置包括压力传感器6。压力传感器6被配置为检测转子2与箔片组件72之间的轴承间隙内的气膜压力以根据气膜压力判断动压气体轴承7的磨损状态。

根据动压气体轴承的特性可知，转子的转速越快，转子与动压气体轴承之间的气膜压力越大，所能提供的支撑力也越大，故转子的转速与动压气膜的气膜压力呈正相关关系。对于一个结构参数确定的动压气体轴承和转子来说，转子的转速与气膜压力应有确定的关系，而动压气体轴承发生磨损时，其形成的气膜压力会偏离原值。本公开实施例的动力设备中，设置了轴承磨损检测装置，利用转子2的转速与气膜压力呈正相关的关系，通过压力传感器6检测转子2与箔片组件72之间的轴承间隙内的气膜压力以根据气膜压力判断动压气体轴承7的磨损状态，利于便捷、成本低廉地实时监控动力设力备的系统稳定性。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，轴承壳体71具有连通其径向内周面和径向外周面的测压孔711，压力传感器6的传感器进气口通过测压孔711与轴承间隙连通。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，轴承安装孔的孔壁与动压气体轴承7的轴承壳体71的外周面之间设有储气腔51。测压孔711与储气腔51连通；压力传感器6的传感器进气口与储气腔51连通。

通过储气腔51实现压力传感器6的进气口与测压孔711连通，利于保持压力传感器6测量的气膜压力稳定，减少测得的气膜压力的波动。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，轴承壳体71具有与同一储气腔51连通的多个测压孔711。一个储气腔51与多个测压孔711连通，利于综合各测压孔711的压力，从而利于更准确地测量相应位置的气膜压力。

在一些实施例的动力设备中，轴承磨损检测装置包括多个压力传感器6，多个压力传感器6检测前述轴承间隙的沿动压气体轴承7的轴向方向不同位置的气膜压力。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，轴承安装孔的孔壁与动压气体轴承7的轴承壳体71的外周面之间沿轴向设有多个储气腔51。各储气腔51与沿动压气体轴承7的轴向设置的多个测压孔711分别连通。轴承磨损检测装置包括多个压力传感器6，多个压力传感器6与多个储气腔51分别连通。

采用多个压力传感器可以实现对动压气体轴承7的气膜压力的沿轴向的多段检测，利于更有效地实时监控动力设备的稳定性。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，轴承壳体71具有位于轴承壳体71轴向中部的轴承进气孔712，多个压力传感器6分布于轴承进气孔712的轴向两侧。采用多压力传感器6检测动压气体轴承7是否磨损，利于综合多个压力数据，避免单个压力传感器6受到干扰而显示异常的情况。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，轴承壳体71具有位于轴承壳体71轴向中部的轴承进气孔712，动力设备还包括密封装置，密封装置包括多个密封圈8，多个密封圈8位于轴承支座5与动压气体轴承7的轴承壳体71之间并分别设置于轴承进气孔712的沿动压气体轴承7的轴向的两侧。

通过密封圈8密封轴承支座5与动压气体轴承7的轴承壳体71之间的配合间隙，利于避免轴承间隙内气体外泄，利于提升气膜压力稳定性，同时密封圈8可以为动压气体轴承7提供额外阻尼。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，轴承壳体71具有位于轴承壳体71轴向中部的轴承进气孔712。动力设备还包括设置于轴承壳体71轴向两端的两个梳齿密封部件。梳齿密封部件具有轴封孔，轴封孔的孔壁设置有密封梳齿。梳齿密封部件的靠近动压气体轴承7的端面与动压气体轴承7的对应端面抵靠，转子2安装于轴封孔内，转子2的外周面与密封梳齿配合。

在轴承壳体71的轴向两端分别设置梳齿密封部件，利于降低动压气体轴承7的气体出口的气流压力突变，进而提高动压气体轴承7气膜分布和压力检测的稳定性。

如图3至图6所示，在一些实施例的动力设备中，转子2与梳齿密封部件配合的部位包括台阶面，梳齿密封部件的密封梳齿包括与台阶面的靠近动压气体轴承7的端面配合的一阶齿和位于一阶齿的远离动压气体轴承7的一侧的二阶齿。

转子2与梳齿密封部件配合的部位设置台阶面、梳齿密封部件对应设置一阶齿和二阶齿，利于降低出口气流压力突变，进而更有利于提高动压气体轴承7气膜分布和压力检测的稳定性。

在一些实施例的动力设备中，包括沿转子2的轴向布置的多个轴支组件。如图3所示，本公开实施例中，在转子2的轴向两端各自布置一个轴支组件。该设置利于使两侧动压气体轴承7受力均匀，便于压力检测。

下面结合图3至图6进一步说明本公开一具体实施例。

如图3至图6所示，本公开实施例的动力设备包括动力设备壳体1、转子2、电机定子3和两个轴支组件。两个轴支组件分别支撑于动力设备壳体1与转子2之间并分别位于转子2的左右两端以将转子2支撑于动力设备壳体1上。

动力设备壳体1为不规则腔体零件，一般铸造而成，对动力设备的核心部件起支撑、保护作用。

电机定子3固定安装于动力设备壳体1内部，电机定子3具有转子安装孔。转子2可转动地安装于电机定子3的转子安装孔内。转子2为轴类、实心零件，与电机定子3组成电机。工作时，转子2在电磁场作用下做高速旋转运动。

为了详细说明本公开实施例的轴支组件，以下仅以位于转子2左端的轴支组件为例说明本实施例，位于转子2右端的轴支组件的组成、各组成部分的结构、功能等均可以参考描述位于转子2左端的轴支组件的相应内容。

如图3至图6所示，轴支组件包括第一梳齿密封4、轴承支座5、压力传感器6、动压气体轴承7、密封圈8和第二梳齿密封9。

动压气体轴承7安装在轴承支座5的轴承安装孔内。动压气体轴承7包括轴承壳体71和箔片组件72。轴承支座5、的轴承壳体71均为回转类、空心零件。如图4所示，本实施例中，箔片组件72包括位于轴承壳体71的径向内侧的支撑箔片721和位于支撑箔片721径向内侧的顶箔722。顶箔722的内壁形成动压气体轴承7的轴孔。转子2安装于轴孔内。在轴孔的孔壁与转子2之间形成轴承间隙。

箔片组件72的形式不限于此，例如，在一些未图示的实施例中，可以包括两层支撑箔片721。

轴承支座5连接动力设备壳体1和轴承壳体71，轴承支座5上分布沿圆周方向均布多个支座进气孔52，支座进气孔52是动压气体轴承7外界的气体进入动压气体轴承7的通道。

为了避免气流通过支座进气孔52冲击压力传感器6，在轴承支座5的轴承安装孔的内壁上设计了环形凹槽，环形凹槽与轴承壳体71的外周面配合形成储气腔51，储气腔51与轴承壳体71上的测压孔711连通，压力传感器6的传感器进气口与储气腔51连通。储气腔51用于对进入传感器进气口的气体进行缓冲。

轴承壳体71的结构如图5和图6所示。轴承壳体71上沿着圆周方向均布有多个测压孔711，上述测压孔711连通轴承间隙与储气腔51，从而实现压力传感器6准确性测试动压气体轴承气膜的压力。如前所述，转子2的转速与轴承间隙的气膜压力呈正相关的关系，即转速越大、气膜压力越大，对于结构参数确定的包括动压气体轴承7和转子2的动力设备而言，转子的转速与前述气膜压力有确定的关系。在动压气体轴承发生磨损时，压力传感器6检测的数值会偏离原值。因此可以根据压力传感器6检测的气膜压力判断出动压气体轴承是否发生磨损。

如图3至图6所示，轴承壳体71的中部具有沿周向均布的多个轴承进气孔712，多个轴承进气孔712与轴承支座5上的多个支座进气孔52对应连通。

本实施例中，为实现更准确的测试结果，符合轴承进气孔712把轴承壳体71分成左右两部分的结构特性，两个压力传感器6关于轴承进气孔712对称分布，分别测试轴承壳体71轴向两侧的动压气膜压力情况。在本公开实施例中，每个轴支组件包括两个压力传感器6。

每个轴支组件采用多压力传感器6检测动压气体轴承7是否磨损，利于综合多个压力数据，避免单个压力传感器6受到干扰，如受变频器低频滤波干扰，显示异常的情况。

如图3和图4所示，为避免轴承气膜压力外泄，轴承支座5和轴承壳体71之间采用间隙配合与填装密封圈8的配合结构，通过密封圈8的变形密封作用，利于避免动压气体轴承7内部的气流从轴承支座5和轴承壳体71之间的间隙外泄，利于提升气膜压力稳定性和压力传感器6测试的准确性。此外，密封圈8的变形也为动压气体轴承7提供额外阻尼。

本公开实施例中，轴承壳体7的外周面周向设置四个密封槽713，四个密封圈8分别安装于四个密封槽713内。在轴承进气孔712的左右两侧各布置两个密封圈8。

本公开实施例中，第一梳齿密封4和第二梳齿密封9作为两个梳齿密封部件分别设置于动压气体轴承7的左右两端。第一梳齿密封4和第二梳齿密封9均为回转类零件，并与转子2间隙配合，与转子的配合间隙即为动压气体轴承7的气流出口。

为降低动压气体轴承的出口气流的压力突变，提高动压气体轴承7气膜分布的稳定性和压力检测的准确性，本公开实施例的动压气体轴承7的气流出口采用多梳齿、阶梯型的结构形式。

如图3和图4所示，转子2与第一梳齿密封4和第二梳齿密封9配合的部位均包括台阶面。与台阶面对应地，第一梳齿密封4的密封梳齿包括一阶齿41和二阶齿42，第二梳齿密封9的密封梳齿包括一阶齿91和二阶齿92。即第一梳齿密封4和第二梳齿密封9的构成阶梯型的一阶齿和二阶齿与转子2的相应台阶面配合，形成多个间隙。转子2转动，动压气体轴承7内的气流向气流出口流动时，流经每一个间隙，都近似为理想的节流过程，其压力和温度下降，速度增加；而进入密封梳齿的空腔时，由于通流面积突然变大，气流形成很强的旋涡，压力不变但速度几乎完全消失，气流流经的间隙越多，气膜压力维持越好。采用阶梯分布的密封梳齿形式，节流效果更佳，进一步降低出口气流压力突变，有利于动压气体轴承7气膜压力的稳定。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。