一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机制造技术

本发明专利技术公开了一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机，涉及压缩机技术领域。该离心压缩机采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，气体径向轴承分布于电机转子或轴的跨距两侧，叶轮端径向轴承和非叶轮端气体径向轴承提供径向承载。气体止推轴承提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承提供了止推力克服此轴系的气体力，油槽的压力通过平衡管平衡到低压的蒸发压力侧，通过油泵的作用，将低压的润滑油提升到较高的压力后，实现油膜轴承的供油，供油压差即为供油压力和蒸发压力的差值。

【技术实现步骤摘要】
一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机
本专利技术涉及压缩机
，特别是涉及一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机。
技术介绍
气体轴承已有应用于制冷系统的离心压缩机的设计中，气体轴承可以带着陆轴承，例如波纹式着陆轴承，滚珠着陆轴承，耐磨衬套等，当轴系转动之前以及刚开始转动到低速时，压缩机和制冷系统尚未建立足够大的高低压差，带波纹片支撑的耐磨轴承衬套等着陆轴承和转动的轴之间存在机械干摩擦相对转动，当离心压缩机的轴系转动速度逐渐增大，离心压缩机建立了足够大的高低压差后，那么从压缩机高压排气侧排除的制冷剂气体的一部分会被引入到气体轴承的气流通道内，就会产生了足够大的气浮力，将轴系悬浮起来，此时气体轴承的气浮力就提供给离心压缩机的轴系足够的径向支撑力和轴向支撑力。气体轴承可以不带着陆轴承，气体轴承没有设计耐磨轴承衬套允许低速轴系转动的干摩擦运行。任何时候轴承和轴之间都是有一层气膜产生气浮力，将轴系支撑托举提来，因此，制冷系统需要配备有一个气体泵，离心压缩机启动之前，从制冷系统的高压侧抽取气体并通过气体泵加压后引入到气体轴承的气流通道内，高压气体在轴和轴承之间形成的稳定的高压气膜以提供给离心压缩机的轴系足够的径向支撑力和轴向支撑力。气体轴承和油膜轴承的原理都是一样的，都是高压动压油膜或高压动压气膜轴承设计。高压供油进入到轴承或高压供气进入到轴承，形成稳定的动压油膜或气膜，动压油膜的厚度，止推轴承的油膜面楔形角，径向轴承的油膜环楔形角，轴或轴承的偏心角和偏心率，油膜的刚度和阻尼具有自适应的稳定特性，保证轴系的稳定承载和运行。动压轴承应用于离心压缩机和制冷系统中，由于运行工况的变化导致排气压力和吸气压力波动，变工况偏离设计工况运行；同时由于空调负载的变化，压缩机需要卸载降低转速，变负载偏离设计工况运行；变工况和变负载的运行，产生的轴向径向载荷（针对径向轴承）和轴向载荷（针对止推轴承）处于随时变化中，此时气膜或油膜厚度、油膜或气膜面楔形角、油膜或气膜环楔形角、轴心相对于轴承中心的偏心角和偏心率都会变化，气膜和油膜的刚度和阻尼也会变化，以自动地适应载荷的变化，保持轴系的稳定运行。为了实现高压动压油膜轴承设计或高压动压气膜轴承设计，确保稳定可靠的轴承的轴向承载力力和径向承载力，在轴承和轴之间形成稳定刚度和阻尼的油膜或者气膜；必须恒定的控制供油压差或者供气压差，必须恒定地控制供气温度和供油温度。所以对于动压油膜轴承设计的离心式压缩机，在供油压力和油槽压力之间设定供油压差控制，通过改变油泵的供油油量来保证稳定的供油压差，例如270-300kPa的供油压差，45℃-55℃的供油稳定，因此需要油冷，油加热等装置来保证。对于气体轴承来说，现有的技术方案有以下几个问题：（1）气体轴承的供气源是直接从制冷系统的排气压力高压侧、经济器中间压力侧、或者蒸发器低压压力侧抽取气体，然后通过气体泵加压后泵入气体轴承，气体比热容和惰性较小，供气气体的温度、压力、流量得不到恒定控制的；因为气体的温度、压力、流量的波动比液体的波动大得多，进气状态不稳定极易导致出气状态不稳定。（2）一些设计上，气体泵仅在启动和启动后建立压差的某段时间内运行，一旦压缩机启动后，制冷系统的运行稳定，高低压差稳定后，气体泵并不投入运行，此时引入到气体轴承的气体量、气体温度和压力都是随着制冷系统的运行工况和负载变化的，那么气体动压轴承的运行并不稳定，导致可靠性和稳定性和自适应性的诸多问题。（3）气体的密度较低，容积流量小，当气体泵的入口压力和流量变化较大时，气体泵通过改变转速和流量，气体泵的排气压力控制并不稳定，受到背压的影响；一旦吸入口的流量较小，背压较高，无论改变气体泵的运行，排气压力会出现周期性的波动和回流；（4）气体的密度较小，有时候需要配置体积较大的气体泵来实现大流量的气体的增压，导致机组的管路和体积变大，经济型较差。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机。为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机。采用动压气体轴承应用于半封闭式或者开启式离心式压缩机系统。（1）采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，气体径向轴承8和9分布于电机转子或轴的跨距两侧，叶轮端径向轴承8和非叶轮端气体径向轴承9提供径向承载。气体止推轴承10提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承10提供了止推力克服此轴系的气体力。反向气体止推轴承11提供了朝向非叶轮端的反向的止推轴承力，当压缩机在小流量大压差工况下，如果发生脱流失速或者喘振时，压缩机的排气压力将会出现周期性的振荡，叶轮出口的排气压力会出现向吸气侧的倒灌，此时压缩机轴系的瞬态气体力将是数倍的朝向叶轮端的反向气体力，因此反向止推轴承11提供了止推力克服此轴系的瞬态气体力。随叶轮轴系高速转动的止推套环12的两侧端面分别面向两侧的止推轴承10和反向止推轴承11。两个轴承之间的平衡保证轴系轴向对中。（2）气体止推轴承10和11以及止推套环12可以放置于叶轮端，如图1所示；也可以放置于非叶轮端，如图2所示。放置在图2叶轮端有个益处是，当整个轴系由于温度产生伸长时，叶轮端可以通过止推轴承的轴向对中，也就是叶轮的位置精确的对中在现有位置上，而将所有的轴系伸长向自由端（非叶轮端）伸展，可以保证叶轮的轮毂和轮盖不会和固定元件的间隙不发生变化，保证叶轮的机械间隙和安全运行。（3）a．气体止推轴承主要由两部分组成：壳体201和若干个止推片组成（图1所示为8个止推片）；每个止推片又由两部分组成：带偏心扇面的止推片底部支撑202，带偏心扇面的止推片顶盖板203，202的扇面和203的扇面通过卡套等其他方式卡装在一起形成一个单独的完整的止推片202+203，如图所示。b.每个止推片202+203安装在止推轴承壳体201的各个独立的圆孔内，202底部的支撑柱装入壳体201孔内，两底面完全接触，通过螺钉204和205将止推片底部支撑202稳定可靠的安装在壳体201各孔内。止推片底部支撑202的扇面的底平面和壳体201的顶平面设计有间隙尺寸W。止推片底部支撑202的顶部部分是偏心扇面，底部部分是固定圆柱，中间部分称为弹性形变柔性杆圆柱，此柔性杆圆柱的直径小于底部固定圆柱的直径，此柔性杆的直径需要根据止推力设计计算来确定，此圆柱可以在材料弹性变形范围内偏斜，以便配合扇面和止推套环平面形成楔形气膜空间208，以产生止推力。间隙尺寸W就是为了保证形成楔形气膜空间208时，扇面底部和壳体底部不会相碰，不影响柔性杆的偏斜。柔性杆的偏斜需要被控制，通过柔性杆的直径，材料的最大弹性变形强度，止推力的大小来计算得到。c.止推片底部支撑202的柔性杆圆柱为中心点和止推轴承壳体的中心点连接的中心轴线为界，中心轴两侧扇面面积是不同的，如图所示，扇面的中心轴线和柔性圆柱的中心轴线的夹角为尺寸e，轴系的转动方向，柔性圆柱的中心轴线反向于轴系转动方向的扇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机，其特征在于：所述压缩机采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，气体径向轴承（8）和气体径向轴承（9）分布于电机转子或轴的跨距两侧，着陆轴承分布于电机转子或轴的跨距两侧内侧，着陆轴承的间隙要略小于气体轴承；尺寸D为着陆轴承的间隙，尺寸D1为气体轴承的间隙，D1>D；叶轮端径向轴承（8）和非叶轮端气体径向轴承（9）提供径向承载；气体止推轴承（10）提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承（10）提供了止推力克服此轴系的气体力；反向气体止推轴承（11）提供了朝向非叶轮端的反向的止推轴承力，当压缩机在小流量大压差工况下，如果发生脱流失速或者喘振时，压缩机的排气压力将会出现周期性的振荡，叶轮出口的排气压力会出现向吸气侧的倒灌，此时压缩机轴系的瞬态气体力将是数倍的朝向叶轮端的反向气体力，因此反向止推轴承（11）提供了止推力克服此轴系的瞬态气体力；随叶轮轴系高速转动的止推套环（12）的两侧端面分别面向两侧的止推轴承（10）和反向止推轴承（11）；两个轴承之间的平衡保证轴系轴向对中。/n...

【技术特征摘要】
1.一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机，其特征在于：所述压缩机采用气体轴承的半封闭式离心压缩机，气体径向轴承（8）和气体径向轴承（9）分布于电机转子或轴的跨距两侧，着陆轴承分布于电机转子或轴的跨距两侧内侧，着陆轴承的间隙要略小于气体轴承；尺寸D为着陆轴承的间隙，尺寸D1为气体轴承的间隙，D1>D；叶轮端径向轴承（8）和非叶轮端气体径向轴承（9）提供径向承载；气体止推轴承（10）提供了朝向叶轮端的正向的止推力，当离心压缩机在各种高低压差工况稳定运行时，气体导致的轴系受力方向是朝向非叶轮端的，因此止推轴承（10）提供了止推力克服此轴系的气体力；反向气体止推轴承（11）提供了朝向非叶轮端的反向的止推轴承力，当压缩机在小流量大压差工况下，如果发生脱流失速或者喘振时，压缩机的排气压力将会出现周期性的振荡，叶轮出口的排气压力会出现向吸气侧的倒灌，此时压缩机轴系的瞬态气体力将是数倍的朝向叶轮端的反向气体力，因此反向止推轴承（11）提供了止推力克服此轴系的瞬态气体力；随叶轮轴系高速转动的止推套环（12）的两侧端面分别面向两侧的止推轴承（10）和反向止推轴承（11）；两个轴承之间的平衡保证轴系轴向对中。


2.根据权利要求1所述的一种气体轴承和气体轴承式离心压缩机，其特征在于：所述压缩机采用气体径向轴承和气体止推轴承应用于离心式压缩机中，气体止推轴承上安装有两个及多个独立的止推片（203），分别用紧固件安装于止推轴承壳体孔内，每个独立的止推片顶部采用偏心设计的扇面或者圆面止推片，即底部支撑圆柱和柔性杆圆柱（202）的圆心与止推轴承壳体（201）圆心连接的轴线（柔性杆轴线），止推扇面（203）（或圆面）的中心（或圆心）与止推轴承壳体（201）圆心连接的轴线（止推扇面轴线），两个轴线形成了偏心角E，通常E设计为0º~+15º；轴系运行时，止推力将导致止推片底部支撑（202）中间的颈部柔性杆圆柱在其材料的设计安全弹性强度范围内，可以偏斜一个小的角度，随之止推片（203）的外侧端平面也会偏斜，并与止推轴承壳体（201）外表面形成一个偏斜角F，这样就在止推片（203）的端面和止推套环（12）的端面形成了...

【专利技术属性】
技术研发人员：商萍君，王明星，
申请(专利权)人：无锡职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32