气体止推轴承和动力设备
技术领域
本实用新型涉及气体轴承技术领域，特别涉及一种气体止推轴承和动力设备。
背景技术
离心式压缩机是一种利用叶轮旋转来产生离心力进而压缩冷媒的一种空调用压缩机，主要有定频、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。
由于离心式压缩机运行工况较为复杂，压缩冷媒过程中产生的轴向力大小并不相同，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，因此止推轴承对于离心式压缩机能否稳定运行至关重要。
气悬浮离心式压缩机采用气体轴承来支撑转子以及平衡轴向力，目前主要分为动压气体轴承以及静压气体轴承，其中动压气体轴承是一种自适应式柔性轴承，其主要利用转子高速运转过程中，轴承与转子之间产生的一层气膜来支撑转子；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的，其中气体通过轴承表面的小孔(激光微孔，多孔质块)进入间隙处，由于一般间隙(0.02-0.05mm)较小，气体进入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气体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，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。
对于止推轴承，在同一供气气压(相对)压力下，同一渗透率止推多孔质静压轴承的承载力随着气膜厚度的增加而减小，并且离心机工况多变，其产生的轴向力大小持续变化，因此适时调节止推轴承的承载力大小对于更好的平衡转子系统的轴向力具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种气体止推轴承和动力设备，以提高轴承的运行稳定性。
本实用新型第一方面提供一种气体止推轴承，包括：
轴承基座，包括环形座体；
多孔质层，设置于环形座体的轴向第一侧；以及
弹性垫层，设置于环形座体的轴向第二侧。
在一些实施例中，弹性垫层为橡胶块。
在一些实施例中，弹性垫层包括垫层本体和凸起，凸起设置于垫层本体的远离环形座体的表面。
在一些实施例中，凸起为绕着环形座体的轴线沿周向延伸的环形凸起。
在一些实施例中，凸起的截面形状为方形或波形。
在一些实施例中，弹性垫层包括沿径向间隔设置的多个凸起。
在一些实施例中，弹性垫层上设置有第一通气孔，环形座体上设置有第二通气孔，外部气体通过第一通气孔和第二通气孔进入到多孔质层内。
在一些实施例中，环形座体的第一侧面设置有第一凹槽，第一凹槽的底面设置有环形支撑块，多孔质层安装于第一凹槽内并由环形支撑块支撑。
在一些实施例中，环形支撑块包括沿周向均匀分布且间隔设置的至少两个开口段。
在一些实施例中，环形座体的第二侧面设置有第二凹槽，第二凹槽用于安装弹性垫层。
本实用新型第二方面提供一种动力设备，包括转子和本实用新型第一方面提供的气体止推轴承，转子包括转轴和推力盘，转轴穿过环形座体的中心孔，多孔质层与推力盘之间形成气膜。
基于本实用新型提供的技术方案，气体止推轴承包括轴承基座、多孔质层和弹性垫层，轴承基座包括环形座体，多孔质层设置于环形座体的轴向第一侧，弹性垫层设置于环形座体的轴向第二侧。本实用新型的气体止推轴承设置的弹性垫层可以为轴承提供额外的阻尼，吸收转子的振动能量从而减小转子在轴向上的振动，提高轴系运转的稳定性。而且由于弹性垫层具有弹性，因此当转子在转动过程中发生倾斜时，其弹性可以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。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型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实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例的气体止推轴承的主视结构示意图；
图2为图1所示的气体止推轴承的截面结构示意图；
图3为图1中的轴承基座的主视结构示意图；
图4为图3所示的轴承基座的截面结构示意图；
图5为图1中的弹性垫层的主视结构示意图；
图6为图5所示的弹性垫层的截面结构示意图；
图7为图1中的多孔质层的截面结构示意图；
图8为本实用新型另一实施例的气体止推轴承的主视结构示意图；
图9为图8所示的气体止推轴承的截面结构示意图；
图10为图8中的弹性垫层的主视结构示意图；
图11为图10所示的弹性垫层的截面结构示意图。
各附图标记分别代表：
1、轴承基座；
11、环形座体；12、环形支撑块；13、开口段；14、第二通气孔；15、安装孔；16、第二凹槽；17、第一凹槽；18、销钉孔；
2、弹性垫层；
21、垫层本体；22、凸起；23、第一通气孔；
3、多孔质层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
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实用新型的范围。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。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
本实用新型实施例的动力设备包括转子和气体止推轴承。转子包括转轴和推力盘，转轴穿过气体止推轴承的中心孔，且气体止推轴承的多孔质层与推力盘之间形成气膜。
本实施例的动力设备可以是离心式压缩机。
如图1至图4所示，本实用新型实施例的气体止推轴承，包括：
轴承基座1，包括环形座体11；
多孔质层3，设置于环形座体11的轴向第一侧；以及
弹性垫层2，设置于环形座体11的轴向第二侧。
本实用新型实施例的气体止推轴承设置的弹性垫层2可以为轴承提供额外的阻尼，吸收转子的振动能量从而减小转子在轴向上的振动，提高轴系运转的稳定性。而且由于弹性垫层2具有弹性，因此当转子在转动过程中发生倾斜时，其弹性可以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。
具体地，本实施例的弹性垫层2为橡胶块。
如图3和图4所示，环形座体11的环形座体11的第一侧面设置有第一凹槽17，第一凹槽17的底面设置有环形支撑块12，多孔质层3安装于第一凹槽17内并由环形支撑块12支撑。
如图5所示，本实施例的弹性垫层2上设置有第一通气孔23以将外部气体通入到轴承内部。如图3所示，环形座体11上也设置有第二通气孔14，该第二通气孔14与第一通气孔23连通。
且在本实施例中，第一通气孔23和第二通气孔14位置相对。
为了使外部气流能够均匀充满整个第一凹槽17，本实施例的环形支撑块12包括沿周向均匀分布且间隔设置的至少两个开口段13。从第一通气孔23进入的外部气流首先通过第二通气孔14进入到第一凹槽17中，然后通过至少两个开口段13均匀布满整个凹槽从而使得多孔质层3的多孔质表面气流均匀进而产生均匀压力来更好地平衡轴向力。
本实施例的环形座体11的第二侧面设置有用于安装弹性垫层2的第二凹槽16。
如图5所示，本实施例的弹性垫层2包括垫层本体21和凸起22，凸起22设置于垫层本体21的远离环形座体11的表面。凸起22为轴承提供额外的阻尼，更好地吸收振动。
如图5所示，本实施例的凸起22为绕着环形座体11的轴线沿周向延伸的环形凸起。
本实施例的弹性垫层2包括沿径向间隔设置的多个凸起22。
在本实施例中，如图6所示，凸起22的截面形状为方形。
在另一实施例中，如图8和图9，凸起22的截面形状为波形。截面形状为波形的多条凸起能够为轴承提供更大的阻尼。
如图3和图4所示，环形座体11上还设置有安装孔15和销钉孔18。销钉孔18用于定位从而提高装配进度，安装孔15用于将轴承固定在法兰上。采用螺钉锁止止推轴承时，不可拧紧，仅需要预紧即可，防止拧紧状态下止推轴承的弹性垫块无法压缩从而失去其作用。
进一步的，预紧状态下当转子运转过程中发生偏转而导致气膜厚度不均时，本实施例的气体止推轴承由于其弹性垫片的弹性作用能够很好地适应上述情况。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型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；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
