静压气体径向轴承、压缩机及空调设备

技术领域

本公开涉及轴承技术领域，尤其涉及一种静压气体径向轴承、压缩机及空调设备。

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用压缩机，目前常用的有定频、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。

离心式压缩机是一种压缩冷媒的设备，其主要包括气动系统、传动系统等，转子通过气体径向轴承进行支撑，以平衡转子受到的径向力。当转子处于不同转速时，其受到的径向力也在随之变化。并且对于旋转机械，由于运动部件的运行状态多变，其承受的载荷也随之变化，因此轴承所受的载荷也复杂多变。

目前压缩机在使用过程中发现，在压缩机处于不同工况时，气体径向轴承的承载力难以适应转子在变化载荷下的需求。

发明内容

本公开提出一种静压气体径向轴承、压缩机及空调设备，能够使径向轴承自适应地调整其承载能力。

本公开的实施例一方面提出一种静压气体径向轴承，包括：

轴承基座，包括环形座体，环形座体的中心具有第一通孔；

多孔质层，呈环状结构且同轴设在第一通孔内；

第一箔片，同轴套设在环形座体的外部，第一箔片与环形座体的外壁之间具有空腔；和

第二箔片，具有弹性，同轴套设在环形座体的外部，且至少部分位于空腔内，第二箔片通过第一箔片压于环形座体。

在一些实施例中，第二箔片位于空腔内的部分包括：多个弯曲部和多个连接部，各弯曲部和各连接部沿周向交替间隔设置，弯曲部沿轴向延伸，且弯曲部沿径向朝向连接部的一侧整体凸出，各弯曲部的凸出方向一致。

在一些实施例中，环形座体的外侧壁上沿周向间隔设有两个定位槽；

第一箔片包括第一主体部和两个第一折弯部，第一主体部为周向开放的环状结构，两个第一折弯部分别连接在第一主体部沿周向的两端；

第二箔片包括第二主体部和两个第二折弯部，第二主体部为周向开放的环状结构，两个第二折弯部分别连接在第一主体部沿周向的两端；

其中，位于同一侧的第一折弯部和第二折弯部均插入相应的定位槽内固定。

在一些实施例中，还包括销钉，环形座体沿轴向设有销孔，销孔穿过定位槽，销钉穿设在销孔内将第一折弯部和第二折弯部固定。

在一些实施例中，轴承基座还包括凸棱，凸棱连接在环形座体位于两个定位槽之间的外壁上，并沿轴向延伸；

凸棱沿径向的外端面上设有第一引气孔，第一引气孔与第一通孔连通，以将气体引入到多孔质层内。

在一些实施例中，凸棱沿环形座体的整个轴向延伸，第一引气孔设在凸棱沿轴向的中间区域。

在一些实施例中，两个定位槽相对于环形座体的中心平面平行地向靠近第一通孔的方向延伸，且相对于环形座体的中心平面对称，第一引气孔设在凸棱沿周向的中间区域。

在一些实施例中，轴承基座的侧壁上设有第一引气孔，多孔质层的外壁上设有通气槽，第一引气孔与通气槽连通，多孔质层的外壁除通气槽以外的区域抵靠于第一通孔的内壁。

在一些实施例中，通气槽包括：多个第一槽段和多个第二槽段，各第一槽段沿周向间隔设置且沿轴向延伸，各第二槽段沿轴向间隔设置且沿周向延伸，各第一槽段和各第二槽段之间相互连通。

在一些实施例中，第一通孔沿轴向包括第一孔段和两个第二孔段，两个第二孔段分别位于第一孔段的两端，第二孔段的内径小于第一孔段的内径，多孔质层位于第一孔段内，且多孔质层沿轴向的两端抵靠在第一孔段和第二孔段的连接处。

在一些实施例中，第一孔段与第二孔段的连接处设有倒角，多孔质层与环形座体之间通过填充胶连接。

本公开的实施例另一方面提出一种压缩机，包括：

转子；和

上述实施例的静压气体径向轴承；

其中，转子穿过多孔质层中心的第二通孔，且多孔质层与转子之间具有用于形成气膜的第二间隙。

在一些实施例中，还包括轴承支座，轴承基座还包括连接在环形座体外壁上的凸棱，凸棱沿径向的外端面上设有第一引气孔，轴承支座上设有安装孔，静压气体径向轴承设在安装孔内，安装孔的内壁上设有与凸棱配合的凹槽，轴承支座内设有第二引气孔，第二引气孔与第一引气孔连通。

在一些实施例中，转子沿轴向设有至少两个静压气体径向轴承，每个静压气体径向轴承均通过一个轴承支座支承，各轴承支座中的第二引气孔相互连通。

本公开的实施例再一方面提出一种空调设备，包括上述实施例的压缩机。

本公开实施例的静压气体径向轴承，通过在轴承基座的外部增加弹性的第二箔片，由于第二箔片具有一定的变形能力，当轴承受到的径向载荷发生变化时，第二箔片能够相应地调整自身的变形量，自适应地调整轴承承载力的大小。而且，由于第二箔片的弹性作用，还能够为径向轴承提供额外的阻尼，从而减小转系系统工作时产生的振动，进而提高整个转子系统运行的稳定性。

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为本公开静压气体径向轴承的一些实施例的横截面示意图；

图2为本公开静压气体径向轴承的一些实施例的纵截面示意图；

图3为图1中的A处放大图；

图4为本公开静压气体径向轴承中轴承基座的一些实施例的横截面示意图；

图5为本公开静压气体径向轴承中轴承基座的一些实施例的纵截面示意图；

图6为本公开静压气体径向轴承中第一箔片的一些实施例的主视图；

图7为本公开静压气体径向轴承中第二箔片的一些实施例的主视图；

图8为图7中的B处放大图；

图9为本公开静压气体径向轴承中多孔质层的一些实施例的主视图；

图10为本公开静压气体径向轴承中多孔质层的一些实施例的纵截面示意图；

图11为本公开压缩机的一些实施例的结构示意图。

附图标记说明

1、轴承基座；2、第一箔片；3、第二箔片；4、多孔质层；5、转子；6、第一轴承支座；6’、第二轴承支座；7、第二引气孔；Q、空腔；

11、环形座体；111、第一通孔；111A、第一孔段；111B、第二孔段；111C、倒角；112、销孔；113、定位槽；12、凸棱；121、第一引气孔；

21、第一主体部；22、第一折弯部；221、第二安装孔；23、第一通孔；24、第二凹槽；

31、第二主体部；311、弯曲部；312、连接部；32、第二折弯部；

41、第二通孔；42、第一槽段；43、第二槽段；

61、安装孔；62、凹槽；

71、供气段；72、第一引导支段；73、第二引导支段。

具体实施方式

以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“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，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

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。

气体轴承根据其原理不同，可以分为静压气体轴承与动压气体轴承，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，其中气体通过轴承供气孔随后经过轴承表面的小孔(激光微孔，多孔质孔)进入间隙处，由于一般间隙(0.02mm-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。

目前比较常见的空气静压轴承采用的节流技术有单小孔节流型、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，其中的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，得到一致性良好的润滑气膜。多孔质材料内部分布着大量微小的供气孔，外部气源通过多孔质材料进入到轴承表面，形成压力气膜，用以支撑载荷。

多孔质气体轴承的工作原理较为复杂，当不提供给转子外部驱动力时，仅提供外部气源时，轴承供气气体通过进气孔进入到静压气体轴承的小孔(微孔、多孔质孔)后，最终在转子与轴承的间隙处形成压力气膜，支撑外载荷，在这种工况下，轴承相当于纯静压气体轴承；当不提供外部气压，仅提供给转子外部驱动力时，由于流体动压效应润滑气体被带入楔形间隙并形成润滑气膜来承受外载荷，此时，轴承相当于纯动压气体轴承；当同时提供外部气源和驱动转子转动的外力时，若转速较高，此时转子旋转产生的动压效应无法忽略。

多孔质静压轴承的直接刚度系数Kxx和Kyy随转速升高而增大，直接阻尼系数Cxx和Cyy随转速升高而减小，因为在转速较高时，动压效应对轴承动态特性的影响远大于静压效应，转速越高，气膜的楔形效应及动压效应就越强，轴承的承载能力就越大，在这种情况下再去改变已经形成的气膜厚度分布就越困难，因而轴承就表现出较大的刚度。

此外，在高速工况下，轴承间隙中的气体被压缩的程度更高，从而被挤出轴承转子系统，气体减小使气膜运动粘度降低，从而导致轴承的阻尼系数减小，阻尼减小，导致轴承在运行过程中的振动无法抵消，因此轴承的运行稳定性会受到很大的影响。并且对于旋转机械，由于运动部件的运行状态多变，其承受的载荷也随之多变，因此轴承所受的载荷也复杂多变，对于多孔质静压气体轴承，其自适应性能力一般，无法自动调节其承载力。

基于此，如图1至10所示，本公开提供了一种静压气体径向轴承，在一些实施例中，包括：轴承基座1、多孔质层4、第一箔片2和第二箔片3。后续提到的“周向”、“轴向”和“径向”都是相对于径向轴承而言。

其中，如图4和图5所示，轴承基座1包括环形座体11，环形座体11的中心沿轴承的轴向具有第一通孔111。多孔质层4呈环状结构且同轴设在第一通孔111内，例如采用多孔石墨块。如图3所示，第一箔片2同轴套设在环形座体11的外部，第一箔片2与环形座体11的外壁之间具有空腔Q。第二箔片3具有弹性，同轴套设在环形座体11的外部，且至少部分位于空腔Q内，第二箔片3通过第一箔片2压于环形座体11。第一箔片2主要起连接传力作用，用于将轴承支座的受力传递到第二箔片3。

第一箔片2和第二箔片3都采用金属材料。第二箔片3可沿轴承基座1的整圈或者接近整圈设置。

该实施例在径向轴承的轴承基座1的外壁增加弹性的第二箔片3，由于第二箔片3具有一定的弹性变形能力，当转子受到的径向力发生变化产生振动时，通过气膜传递到第二箔片3上，迫使第二箔片3发生弹性变形而消除振动，当振动减弱时，第二箔片3可自动调节变形量，因此能够自适应地调整轴承承载力。

而且，由于第二箔片3的弹性作用，还能够为径向轴承提供额外的阻尼，从而吸收转子的振动能量从而减小转子的振动，进而提高整个转子系统运行的稳定性。

另外，由于第二箔片3的弹性作用，当转子在转动过程中发生倾斜时，其弹性变形可以使气膜间隙发生变化，以通过气膜的作用力使转子回位并重新运转平稳，从而提高整个转子系统的运行稳定性。

如图8所示，第二箔片3位于空腔Q内的部分包括：多个弯曲部311和多个连接部312，各弯曲部311和各连接部312沿周向交替间隔设置，弯曲部311沿整个轴向延伸，且弯曲部311沿径向朝向连接部312的一侧整体凸出，各弯曲部311的凸出方向一致。例如，各弯曲部311可沿径向向外凸出或向内凸出。由此，各弯曲部311和各连接部312沿周向形成波浪形的结构。

例如，弯曲部311为C形、三角形、方形结构或梯形结构等，连接部312为圆弧形，且与环形座体11的外壁贴合。

该实施例通过将第二箔片3设计为波纹结构，从而具有良好的弹性变形能力，由于弯曲部311沿径向凸出，因此能够在轴承受到的轴向力发生变化时，迫使第二箔片3通过自身变形，使轴承具备了一定的自适应能力。而且，第二箔片3也能够给轴承提供额外的高阻尼。而且，若各弯曲部311均沿径向朝外凸出，则第二箔片3的连接部312与环形座体11的外壁完全接触，能够提高第二箔片3的安装稳定性；第一箔片2与第二箔片3之间通过弯曲部311的顶部接触，更容易通过第一箔片2施力迫使第二箔片3发生变形。

如图3和图4所示，环形座体11的外侧壁上沿周向间隔设有两个定位槽113。第一箔片2包括第一主体部21和两个第一折弯部22，第一主体部21为周向开放的环状结构，两个第一折弯部22分别连接在第一主体部21沿周向的两端。第二箔片3包括第二主体部31和两个第二折弯部32，第二主体部31为周向开放的环状结构，两个第二折弯部32分别连接在第一主体部21沿周向的两端。第一箔片2和第二箔片3可采用金属片状结构折弯形成。

其中，位于同一侧的第一折弯部22和第二折弯部32均插入相应的定位槽113内固定，定位槽113的厚度与第一折弯部22和第二折弯部32的总厚度适配。

该实施例能够将第一箔片2和第二箔片3与轴承基座1可靠地固定，防止在受到振动或外力时与轴承基座1脱离，能够在轴承受到转子系统传递的径向力时使第二箔片3产生弹性变形。

在一些实施例中，静压气体径向轴承还包括销钉，环形座体11沿轴向设有销孔112，销孔112穿过定位槽113，销钉穿设在销孔112内将第一折弯部22和第二折弯部32固定。该结构能够将第一折弯部22和第二折弯部32更加可靠地固定，在销钉穿入销孔112后，第一折弯部22和第二折弯部32可朝向两个销孔112相互靠近的侧壁弯曲。

如图3所示，轴承基座1还包括凸棱12，凸棱12连接在环形座体11位于两个定位槽113之间的外壁上，并沿轴向延伸。凸棱12沿径向的外端面上设有第一引气孔121，第一引气孔121与第一通孔111连通，以将气体引入到多孔质层4内。

该实施例通过设置凸棱12，在第一折弯部22和第二折弯部32插入相应的定位槽113后，能够使第一折弯部22上靠近第一主体部21的长度段抵靠在凸棱12的侧壁上，以防止第一箔片2在折弯处受到外力发生变形，可提高第一箔片2和第二箔片3与轴承基座1连接的可靠性。

如图11所示，轴承通过轴承支座进行支撑，轴承支座上设有安装孔61，静压气体径向轴承设在安装孔61内，安装孔61的内壁上设有与凸棱12配合的凹槽62。在装配时，凸棱12嵌入到凹槽62内，能够防止轴承在径向上发生转动。

如图5所示，凸棱12沿环形座体11的整个轴向延伸，第一引气孔121设在凸棱12沿轴向的中间区域。

该实施例能够使轴承从侧面顺利地装入安装孔61内，而且第一引气孔121设在凸棱12沿轴向的中间区域，能够使气体引入后，同时沿轴向朝两侧流动，从而使多孔质层4两侧的进气分布更加对称，提高多孔质层4与转子5之间形成气膜的稳定性，防止转子5在工作过程中发生偏斜。

如图3所示，两个定位槽113相对于环形座体11的中心平面平行地向靠近第一通孔111的方向延伸，且相对于环形座体11的中心平面对称，第一引气孔121设在凸棱12沿周向的中间区域。例如，第一引气孔121为圆孔结构，以保持引入气体的压力。

该实施例能够使凸棱12在第一引气孔121两侧的壁厚相同，以保证凸棱12的结构强度，防止长期通入高压气体影响薄弱部位的强度，而且能够防止定位槽113发生变形，保证对第一折弯部22和第二折弯部32的固定可靠性。

如图1和图2所示，轴承基座1的侧壁上设有第一引气孔121，多孔质层4的外壁上设有通气槽，作为气腔，第一引气孔121与通气槽连通，多孔质层4的外壁除通气槽以外的区域抵靠于第一通孔111的内壁。

外部气体从第一引气孔121进入后，会通过通气槽进入到多孔质层4的各个小孔内，以在多孔质层4的内壁与转子5之间形成环形气膜。使多孔质层4的外壁抵靠在第一通孔111的内壁，能够为多孔质层4提供稳定的支撑力，防止在受力过大时多孔质层4发生断裂。

如图1和图2所示，通气槽包括：多个第一槽段42和多个第二槽段43，各第一槽段42沿周向间隔设置且沿轴向延伸，各第二槽段43沿轴向间隔设置且沿周向延伸，各第一槽段42和各第二槽段43之间交叉形成网格状且相互连通，各槽段之间的筋条与第一通孔111的内壁接触，以对多孔质层4提供支撑。如图4所示，沿周向均匀间隔开设四个沿轴向延伸的第一槽段42，如图5所示，沿轴向均匀间隔设置三个环形的第二槽段43。

通过设置各个第一槽段42和第二槽段43，能够将从第一引气孔121进入的气体引导至多孔质层4的各个位置，以形成均匀稳定的气膜。而且，气体先在通气槽内聚集，可使气体更加稳定充足地进入到多孔质层4内，使气体更加均匀的渗透进入间隙中去。

如图5所示，第一通孔111沿轴向包括第一孔段111A和两个第二孔段111B，两个第二孔段111B分别位于第一孔段111A的两端，第二孔段111B的内径小于第一孔段111A的内径，多孔质层4位于第一孔段111A内，且多孔质层4沿轴向的两端抵靠在第一孔段111A和第二孔段111B的连接处。

该实施例能够对多孔质层4装入第一通孔111后，对多孔质层4沿轴向的两端进行限位，不容易脱出，提高多孔质层4安装的牢固性。

如图5所示，第一孔段111A与第二孔段111B的连接处设有倒角111C，多孔质层4与环形座体11之间通过填充胶连接，此种结构容易填充胶，能够对多孔质层4可靠地固定。

本公开上述实施例的静压气体径向轴承，具有较好的阻尼特性以及自适应能力，在转速较高的工况下，能够给轴承提供额外的高阻尼，防止在高转速下轴承动压效应增强导致的轴承阻尼减小时轴承失稳的情形出现，很好的弥补多孔质静压气体轴承在高转速状态下低阻尼的缺点。而且，第二箔片的变形能力使轴承具有一定的自适应能力，在振动大时产生较大变形，振动小时恢复变形，很好地使用转子振动的变化，从而使轴承具有柔性抗振能力，从而提升多孔质静压轴承的转速运行范围以及多孔质静压气体轴承的稳定性。因此，该轴承能够提高设备转子系统的运行稳定性以及可靠性，解决了高转速状态下静压气体轴承阻尼减小导致的转子运行失稳的问题。

而且，该轴承可以将第一箔片2和第二箔片3很好的固定在轴承基座1上，防止在工作过程中第一箔片2和第二箔片3，提高轴承工作可靠性。

其次，本公开提供了一种压缩机，例如离心式压缩机。在一些实施例中，如图11所示，压缩机包括：转子5和上述实施例的静压气体径向轴承。转子5穿过多孔质层4中心的第二通孔41，且多孔质层4与转子5之间具有用于形成气膜的第二间隙。

该实施例的压缩机在处于不同工况时，转子受到的径向力会发生较大变化，由于径向轴承的第二箔片3具有一定的变形能力，能够通过调整自身的变形量，来调整径向轴承与转子5之间的气膜间隙，进而自适应地调整轴承承载力的大小，因此在压缩机的各工况下均能够使径向轴承具备稳定的承载力，提高自适应性。而且，由于第二箔片3的弹性作用，还能够为径向轴承提供额外的阻尼，从而减小转系系统工作时产生的振动，进而提高压缩机运行的稳定性。

在一些实施例中，如图11所示，压缩机还包括轴承支座，轴承基座1还包括连接在环形座体11外壁上的凸棱12，凸棱12沿径向的外端面上设有第一引气孔121，轴承支座上设有安装孔61，静压气体径向轴承设在安装孔61内，安装孔61的内壁上设有与凸棱12配合的凹槽62，轴承支座内设有第二引气孔7，第二引气孔7与第一引气孔121连通。

该实施例通过将凸棱12与凹槽62配合，不仅能够实现轴承的定位，防止轴承在安装孔61内发生转动，还能通过轴承支座内部的第二引气孔7将气体供应至第一引气孔121，解决了由于在轴承基座1外部设置第一箔片2和第二箔片3导致引气困难的问题。

在一些实施例中，转子5沿轴向设有至少两个静压气体径向轴承，每个静压气体径向轴承均通过一个轴承支座支承，各轴承支座中的第二引气孔7相互连通。该结构能够使各静压气体径向轴承的供气压力一致，以便使各径向轴承产生的气膜压力接近，从而对转子5提供更加均衡的支撑力，使转子5工作稳定。

例如，转子5的两端分别通过一个径向轴承支撑，两个径向轴承分别通过第一轴承支座6和第二轴承支座6’支撑，第一箔片2与轴承支座的安装孔61的孔壁接触，以在轴承支座受到径向力产生的振动时通过第一箔片2传递至第二箔片3，以使第二箔片3通过弹性变形来适应径向力的变化。

第二引气孔7包括供气段71、第一引导支段72和第二引导支段73，供气段71用于引入外部气体，第一引导支段72的两端分别与供气段71和第一引气孔121连通，第二引导支段73的两端分别与供气段71和另一个轴承支座的第二引导支段73连通，相当于两个轴承支座的第二引导支段73连通。受到压缩机壳体内各部件布局的影响，第一轴承支座6和第二轴承支座6’的结构有所不同，由此第二引气孔7的结构也有所不同。

再次，本公开还提供了一种空调设备，包括上述实施例的压缩机。

以上对本公开所提供的一种静压气体径向轴承、压缩机及空调设备进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。