止推轴承以及气悬浮离心压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体涉及一种止推轴承以及气悬浮离心压缩机。

背景技术

离心式压缩机是一种利用高速叶轮旋转产生离心力来进行气体压缩的空调压缩机。目前常规的类型有定频、变频、磁悬浮、气悬浮离心式压缩机，其中气悬浮离心式压缩机以其结构简单、无油、无摩擦、成本低等优点，成为未来离心式压缩机发展的趋势。

由于离心式压缩机是一种压缩冷媒的设备，转子两端所受力的大小并不相同，因此其转子不可避免的会往前或者往后窜动，此时就需要在转子系统内布置有止推轴承，用来平衡转子向前或者向后的力，并且其受力情况以及工作状态会直接受到终端设备的影响，因此止推轴承的作用至关重要。

气悬浮压缩机采用气体轴承来支撑其转子系统，目前气体轴承主要分为动压气体轴承与静压气体轴承，动压气体轴承是一种自作用压式柔性轴承，依靠自身形成的一层润滑气膜运行，其原理即为动压原理。静压气体轴承是一种通过小间隙范围内产生的压力气膜来支撑转子系统的，其中气体通过轴承表面的小孔(激光微孔，多孔质孔)进入间隙处，由于间隙(0.02-0.05mm)较小，气体进入间隙后被挤压导致压力升高，从而起到支撑的作用。由于气体摩擦系数小，因此静压气体轴承是一种基本无摩擦，损耗小的轴承。

静压气体轴承以其采用的不同的节流方式被分成单小孔节流型、多小孔节流型、微沟槽节流型、微孔节流型、多孔质材料节流型静压气体轴承，其中多孔质静压气体轴承是利用新型多孔质材料作为轴承表面，多孔质材料上分布着成千上万的小孔，其压力分布均匀，并且能够得到一致性良好的润滑气膜，起到良好的转子支撑作用。

多孔质静压气体轴承兼具动压与静压效应时，当没有提供外部气源时，由于转子一般运行状态并不完全在轴承的中心线上，因此在转子运行的过程中，推力盘与止推轴承之间会产生楔形区域，气体被带入到楔形区域内形成气膜。但由于多孔质静压气体轴承的轴承内表面是石墨层，在转子启停阶段不可避免地会与轴承摩擦，此时多孔质表面会受到严重破坏，此时轴承主要发挥动压效应。当提供外部气源时，轴承供气气体通过气孔进入到多孔质中去并最终渗透进轴承与推力盘之间的间隙处，从而支撑载荷，此时轴承主要发挥静压效应。因此当整个转子系统正常运行的时候，实际上轴承同时发挥着动压与静压效应，其承载能力会更好。

发明人发现，目前常用的多孔质静压气体轴承多采用单油楔结构，推力盘与止推轴承之间的间隙较小(0.01mm-0.02mm)，二者之间的楔形角一般较小，因此产生的动压效应较弱。并且，在高速工况下，轴承间隙中的气体被压缩而挤出轴承转子系统，气膜运动粘度降低，从而导致轴承的阻尼系数减小，阻尼减小，因此轴承的减震性会大大降低，此时推力盘很容易与轴承发生摩擦。

发明内容

本发明提出一种止推轴承以及气悬浮离心压缩机，用以优化止推轴承的结构。

本发明实施例提供一种止推轴承，包括：

第一座体，包括第一通孔；

第二座体，包括与所述第一座体固定相连的基板以及与所述基板通过连接部相连接的轴瓦；所述基板设置有与所述第一通孔连通的第二通孔；所述连接部被构造为能够在外力作用下使得所述轴瓦相对于所述基板运动；以及

石墨件，安装于所述轴瓦远离所述基板的一侧。

在一些实施例中，所述连接部是细长的，所述连接部位于所述轴瓦沿着所述基板的径向方向的中部，且所述连接部在所述基板的径向方向的长度小于所述轴瓦在所述基板的径向方向的长度。

在一些实施例中，所述连接部与所述基板的连接处以及所述连接部的所述轴瓦的连接处均圆滑过渡。

在一些实施例中，所述第一座体设置有第一进气流道，所述第二底座设置有第二进气流道；所述第一进气流道和所述第二进气流道连通；所述第一进气流道和所述第二进气流道共同用于将气体引流至所述轴瓦朝向所述石墨件的端面。

在一些实施例中，所述第一进气流道包括：

第一进气孔，贯穿所述第一底座的厚度方向；以及

环形槽，开设于所述第一底座朝向所述基板的表面，且与所述第一进气孔连通。

在一些实施例中，所述第二进气流道包括：

卡环，安装于所述基板，且所述卡环位于所述环形槽中；所述卡环与所述环形槽共同围成流道；以及

第二进气孔，所述卡环、所述连接部以及所述轴瓦共同设置有与所述环形槽连通的所述第二进气孔，所述第二进气孔连通至所述轴瓦背离所述基板的端面。

在一些实施例中，所述轴瓦的数量为至少两块，两块所述轴瓦沿着所述基板的圆心分散布置。

在一些实施例中，每块所述轴瓦对应设置有至少一个所述第二进气孔。

在一些实施例中，相邻两块所述轴瓦之间具有间隙。

在一些实施例中，所述轴瓦背离所述基板的表面安装有支撑筋，所述支撑筋与所述石墨件固定相连。

在一些实施例中，所述支撑筋包括多根，各个所述支撑筋同圆心设置。

在一些实施例中，所述轴瓦背离所述基板的表面设置有凹槽，所述支撑筋安装于所述凹槽内部。

在一些实施例中，所述石墨件的边缘设置有倒角。

本发明另一实施例提供一种气悬浮离心压缩机，包括本发明任一技术方案所提供的止推轴承。

上述技术方案提供的止推轴承，其轴瓦和基板之间的连接即能够使得轴瓦不脱离基板，也使得在止推轴承工作过程中，轴瓦受力时，能够相对于基板出现一定的倾斜，进而使得止推轴承的阻尼能够调节，以满足止推轴承工作的要求。

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止推轴承的结构示意图；

图2a为图1的A-A剖视示意图；

图2b为图2a的N局部放大示意图；

图3为本发明实施例提供的止推轴承的第一底座的结构示意图；

图4为图3的B-B剖视示意图；

图5为本发明实施例提供的止推轴承的第二座体的结构示意图；

图6为图5的C-C剖视示意图；

图7为图6的D局部放大示意图；

图8为本发明实施例提供的第二座体的基板结构示意图；

图9为本发明实施例提供的止推轴承的石墨件的结构示意图；

图10为图9的E-E剖视示意图；

图11为本发明实施例提供的止推轴承形成两层气膜的原理示意图；

图12为本发明实施例提供的止推轴承使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图12对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本发明实施例提供一种止推轴承10，包括第一座体1、第二座体2以及石墨件3。第一座体1包括第一通孔12。第二座体2包括与第一座体1固定相连的基板21以及与基板21通过连接部23相连接的轴瓦22；连接部23被构造为能够在外力作用下使得轴瓦22相对于基板21与轴瓦22的连接处运动。石墨件3安装于轴瓦22远离基板21的一侧。

参见图1至图4，第一座体1大致为圆盘状，第一座体1的中部设置有第一通孔12，该第一通孔12用于容置转轴6的端部。

参见图2a和图2b，具体来说，第一座体1的一侧侧面贴合安装有第二座体2，第二座体2的一侧侧面与第一座体1的一侧侧面贴合在一起。第一座体1设置有第一螺孔11，第二座体2对应设置有第二螺孔26，将螺栓安装在第一螺孔11和第二螺孔26中，以实现第一座体1和第二座体2可拆卸连接。第一螺孔11和第二螺孔26起到锁紧作用，螺栓连接拆装方便并且具有很好的可靠性。

下面介绍第二座体2的具体实现方式。

参见图1、图2a、图5至图7，基板21与轴瓦22通过连接部23连接，连接部23位于轴瓦22沿着基板21的径向方向的中部，且连接部23在基板21的径向方向的长度L1小于轴瓦22在基板21的径向方向的长度L2。

连接部23的尺寸比较小，采用连接部23实现轴瓦22与基板21连接，一方面使得轴瓦22与基板21保持连接状态，在止推轴承10工作过程中，轴瓦22不会脱离连接部23，轴瓦22不会脱落。另一方面，也使得轴瓦22在受到气体的作用力时，轴瓦22可以相对于连接部23出现一定的倾斜，即图11中楔形角A的大小发生变化，这样就能够改变轴瓦22与止推盘7之间的第一层气膜和第二层气膜的结构，如图11所示，进而改变止推轴承10的阻尼系数，使得止推轴承10的阻尼能够自适应实际工况的需要。

上述技术方案提供的止推轴承10，具有较好自适应性与高阻尼特性，因此该止推轴承10在高转速状态下，能够很好地解决静压止轴承在高转速状态下低阻尼的缺点。另外，由于上述技术方案可以增加止推轴承10与推力盘之间的楔形角A，因此可以增加静压气体止推轴承10的动压效应，提高承载力；并且轴瓦22可倾斜的结构具有良好的自适应性与替换性，从而提升多孔质静压气体轴承的转速运行范围以及静压气体轴承的可靠性。轴承的直接刚度系数随转速升高而增加，在高转速状态下去改变其刚度较为困难。而实际工作时，随着转速变化，转子系统所需要的承载刚度是变化的，一般随转速的提升而增加，尤其是采用变频电机，并且需要经常变转速运行时，多油楔结构的止推轴承10将很好地适应工况需求，具体原因为：由于轴瓦22的倾斜角度的自适应性，因此止推轴承10与推力盘7之间的楔形角也将会增大，此时的动压效应会得到增强，提升止推轴承10的承载力。

如图7所示，连接部23与基板21以及轴瓦22的连接处均圆滑过渡。轴瓦22与基板21采用连接部23进行连接，连接部23上设计有圆角，圆角可以很好地减小应力集中，防止断裂。

参见图1和图5，在一些实施例中，轴瓦22的数量为至少两块，两块轴瓦22沿着基板21的圆心分散布置。

各块轴瓦22独立安装，相互不影响。在一些实施例中，以设置四块轴瓦22为例。

石墨件3与轴瓦22数量相同。石墨件3具体为多孔质石墨块。

每块轴瓦22都独立安装有石墨件3。在石墨件3中的某些块出现磨损时，可以方便地更换磨损掉的石墨件3，避免了轴承某个区域损坏而需要更换整个轴承的弊端，节省了原料以及成本。上述技术方案，可以方便地对石墨件3进行更换，使得止推轴承10的石墨面具有良好的可替换性，增加了止推轴承10的使用寿命，节约了成本。

参见图9，在一些实施例中，石墨件3的边缘设置有倒角31。石墨件3设计有倒角31，该倒角会与凹槽25处形成防止密封胶的区域，从而很好的使密封胶起到固定与密封的效果。

在一些实施例中，每块轴瓦22对应设置有至少一个第二进气孔52。第二进气孔52将环形槽42中的气体引流至石墨件3所在的位置。

在一些实施例中，相邻两块轴瓦22之间具有间隙P。该间隙P使得各个轴瓦22的结构是独立的，相互不影响倾斜角度。

参见图5，在一些实施例中，轴瓦22背离基板21的表面安装有支撑筋24，支撑筋24与石墨件3固定相连。如图5所示，支撑筋24有多根，每根支撑筋24间隔一定的距离。支撑筋24将轴瓦22和石墨件3连接在一起。

由于止推轴承10包括多块石墨件3，各个石墨件3不是一整块结构，而是单独的、独立的。当石墨件3发生摩擦时，只更换被磨损掉的石墨件3，并不需要更换其他的石墨件3。所以大大降低了制造成本以及降低了材料浪费。

参见图5，在一些实施例中，轴瓦22背离基板21的表面设置有凹槽25，支撑筋24安装于凹槽25内部。支撑筋24并不影响凹槽25的内凹区域的连贯性，每个凹槽25的各个区域仍然是连通的。支撑筋24主要是用来支撑石墨件3，防止其在受到较大载荷时发生断裂。凹槽25主要用来将石墨件3粘贴于轴瓦22上，并且起到使气体均匀的进入到石墨件3中去。

在一些实施例中，支撑筋24包括多根，各个支撑筋24同圆心设置。该结构使得止推轴承10的结构更加均衡。

下面介绍进气流道的实现方式。

参见图3至图8，在一些实施例中，第一座体1设置有第一进气流道4，第二座体2设置有第二进气流道5；第一进气流道4和第二进气流道5连通；第一进气流道4和第二进气流道5共同用于将气体引流至轴瓦22朝向石墨件3的端面。然后气体经由石墨件3渗透至图11中第一层气膜所示意的空间。

如图1和图5所示，相邻两个轴瓦22之间具有间隙，各个轴瓦22独立安装。每个轴瓦22上都安装有石墨件3。每个轴瓦22和基板21之间的空隙都与第二通孔27所在的空腔是连通的。所以上述的渗透到第一层气膜内的气体也会渗透至轴瓦22和基板21所在的空间，即第二层气膜所在的区域。自此在止推轴承10的轴瓦22的两侧各形成一层气膜，整体形成两层气膜。

上述技术方案提供的多孔质静压气体止推轴承10，具有良好的自适应性，可以很好地适应压缩机在不同工况下的转子受力变化的情况。具体来说，在高转速状态下，轴瓦22可以根据受力情况进行自适应倾斜角度调节，并且轴瓦22的外表面(即轴瓦22朝向基板21的表面)与基板21内表面形成第一气膜。轴瓦22的内表面(即轴瓦22朝向转轴6的表面)与转轴6的轴径之间形成第二气膜。双层气膜能够耗散一定的振动能量。另外，上述技术方案提供的止推轴承10还具有一定的减震性，可以很好地解决高转速状态下轴承阻尼下降的现象。

上述技术方案提供的止推轴承10，由于可以形成双层气膜，因此其阻尼性较好，在转速较高的工况下，能够给轴承提供额外的高阻尼，大大的提升轴承的稳定性、自适应性；由于轴瓦可倾，在实际运行的过程中，止推轴承10与推力盘7的楔形角会增加，动压效应会增强。

参见图1、图2a以及图8，第一进气流道4包括第一进气孔41以及环形槽42。第一进气孔41贯穿第一座体1的厚度方向。环形槽42开设于第一座体1朝向基板21的表面，且与第一进气孔41连通。

第一供气孔41的数量比如为1个，第一供气孔41用于将外部轴承气体通入止推轴承10中去。

环形槽42主要是用来将外部气体均匀分布至四个第二供气孔52中，然后进入到凹槽25中，随后通过凹槽25上开设的贯通槽充满整个凹槽25，最后再从石墨件3渗透进入到止推轴承10与推力盘的间隙处形成气膜来承受载荷。

外部气流通过第一进气孔41进入到环形槽42；然后从环形槽42进入到各个第二进气流道5中。气体沿着第二进气流道5进入到各个轴瓦22所在的区域，以形成上文所述的两层气膜。设置环形槽42可以将避免在基板21上设置过多的流道，减少设置过多流道对基板21整体结构的影响，降低基板21结构的复杂性，降低了在第一座体1上开有多个供气孔导致的需要在整个压缩机上开设有相同多的供气孔带来的缺陷。

参见图2a至图4、图6，第二进气流道5包括卡环51以及第二进气孔52。卡环51安装于基板21，且卡环51位于环形槽42中。卡环51与环形槽42共同围成流道，并且采用这种结构很好地进行密封，防止气体泄漏。。卡环51、连接部23以及轴瓦22共同设置有与环形槽42连通的第二进气孔52，第二进气孔52连通至轴瓦22背离基板21的端面。

参见图2a和图2b，卡环51凸出于基板21的用于与第一座体1贴合的表面，并且卡环51位于环形槽42中。卡环51与环形槽42的槽底不接触，两者具有一定的距离，该距离使得卡环51与环形槽42共同形成了输气流道M，如图2b所示，并且降低了环形槽42内的气体泄漏的可能性。

第一座体1与的基板21通过将卡环51安装于环形槽42内来进行气体的流通。其具体的过程为，轴承供气气体通过第一座体1的第一进气孔41进入环形槽42内，然后从环形槽42流入供气孔226中去，通过采用设计环形槽42的方式，可以避免在第一座体1上开多个孔，造成压缩机外围气路的复杂性。的石墨件3通过密封胶(一般为环氧树脂型塑料)粘贴于凹槽25上。

第二进气孔52贯穿卡环51、连接部23以及轴瓦22，以使得气体能够经由第二进气孔52进入到石墨件3所在的位置。

如上所述，上述结构的第二座体2上安装有多块轴瓦22，从而形成多油楔可倾结构，并且每块轴瓦22上独立设计有与第二进气流道5连通的凹槽25。石墨件3同样设计成均匀的几块，通过密封胶粘贴于凹槽25内部，气体通过第一座体1上的第一进气孔41进入到第一座体1后，通过在第一座体1上开设的环形槽42进入到第二座体2上的轴瓦22的第二进气孔52中并最终进入到轴瓦22的凹槽25中。

如上所述，止推轴承10包括四块独立的轴瓦22，每套轴瓦22需要分别供气，因此其需要开有四个供气孔，而采用环形槽42的方式能够仅在第一座体1上开设一个第一进气孔41的情况下将外部气体导通进入到轴瓦22中去，避免了增加外部气路的复杂性。

本发明实施例还提供一种气悬浮离心压缩机，包括本发明任一技术方案所提供的止推轴承10。

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。