气体轴承组件、压缩机及空调的制作方法

1.本公开涉及轴承领域，尤其涉及一种气体轴承组件、压缩机及空调。


背景技术：

2.离心式冷水机组是一种大型中央空调制冷设备，其核心为离心式压缩机。离心式压缩机利用叶轮旋转产生的离心力对冷媒进行压缩，其主要包括定频、变频、磁悬浮、气悬浮离心式压缩机。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。
3.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通常不相同，导致转子不可避免地会往前或者往后窜动。此时，相关技术中在转子系统内布置止推轴承，用来平衡转子向前或者向后的力。气悬浮离心式压缩机通常采用气体止推轴承支撑转子，并平衡转子所受到的轴向力。
4.在相关技术中，气体轴承主要包括动压气体轴承和静压气体轴承。动压气体轴承属于自支撑轴承，其不需要额外的供气系统来进行供气，主要采用动压原理来进行工作。静压气体轴承则通过主动通气的方式来产生支撑转子的气膜。


技术实现要素：

5.经研究发现，由于气悬浮离心式压缩机一般转速较高，并且压比较大，在采用动压气体轴承支撑转子时，动压气体轴承的承载能力不足，难以达到较好的平衡轴向力，而且需要一定的起飞转速，难以在转子低转速状态下支撑转子起飞，在启停阶段，转子与轴承之间会产生摩擦而降低使用寿命；在采用静压气体轴承支撑转子时，静压气体轴承缺乏自适应性，在转子高转速状态下，容易造成转子运行失稳，且需要较大的供气压力，而在供气压差较大时，静压气体轴承可能产生气锤而导致转子运行失稳。
6.有鉴于此，本公开实施例提供一种气体轴承组件、压缩机及空调，能够给更大转速范围的转子提供良好支撑，提高使用寿命和工作稳定性。
7.在本公开的一个方面，提供一种气体轴承组件，包括：
8.轴承片，包括沿径向设置的至少一个静压轴承段和至少一个浅腔轴承段，所述至少一个静压轴承段和至少一个浅腔轴承段位于所述轴承片沿轴向一侧的端面；
9.止推盘，沿轴向位于所述轴承片邻近所述至少一个静压轴承段和至少一个浅腔轴承段的一侧，
10.其中，所述至少一个静压轴承段与所述止推盘的间距d1大于所述至少一个浅腔轴承段与所述止推盘的间距d2。
11.在一些实施例中，所述至少一个静压轴承段包括至少两个静压轴承段，所述至少两个静压轴承段中的一部分沿径向位于所述至少一个浅腔轴承段的一侧，所述至少两个静压轴承段中的另一部分沿径向位于所述至少一个浅腔轴承段的另一侧。
12.在一些实施例中，所述至少两个静压轴承段包括两个静压轴承段，所述至少一个
浅腔轴承段包括一个浅腔轴承段，位于所述两个静压轴承段之间。
13.在一些实施例中，所述至少一个静压轴承段与所述止推盘的间距d1为0.03～0.07mm，所述至少一个浅腔轴承段与所述止推盘的间距d2为0.005～0.015mm。
14.在一些实施例中，所述至少一个静压轴承段与所述止推盘的间距d1为0.05mm，所述至少一个浅腔轴承段与所述止推盘的间距d2为0.01mm。
15.在一些实施例中，所述静压轴承段包括：
16.第一环形片体，具有沿轴向贯穿所述第一环形片体的多个供气通孔；
17.多个多孔质材料块，沿周向间隔布置在所述第一环形片体沿轴向第一侧的端面上，并分别与所述多个供气通孔正对；
18.其中，所述静压轴承段与所述止推盘的间距d1为所述多孔质材料块与所述止推盘的间距。
19.在一些实施例中，所述第一环形片体沿轴向第一侧的端面具有多个安装槽，所述多个多孔质材料块分别嵌在所述多个安装槽内，所述多个供气通孔分别与所述多个安装槽的槽底连通，所述第一环形片体沿轴向与所述第一侧相反的第二侧的端面具有第一环形气槽，所述多个供气通孔均与所述第一环形气槽连通。
20.在一些实施例中，所述至少一个静压轴承段包括第一静压轴承段和第二静压轴承段，所述第一静压轴承段包括的多个多孔质材料块与所述第二静压轴承段包括的多个多孔质材料块在周向角度上错开。
21.在一些实施例中，所述浅腔轴承段包括：
22.第二环形片体，具有多个凹槽，所述多个凹槽位于所述第二环形片体沿轴向第一侧的端面上，且沿周向间隔排布，
23.其中，所述浅腔轴承段与所述止推盘的间距d2为所述第二环形片体在所述第一侧的端面与所述止推盘的间距。
24.在一些实施例中，所述第二环形片体沿轴向与所述第一侧相反的第二侧的端面上有多个进气通孔，分别与所述多个凹槽正对且连通，所述第二环形片体沿轴向第二侧的端面具有第二环形气槽，所述多个进气通孔均与所述第二环形气槽连通。
25.在一些实施例中，所述凹槽的底部呈楔形，所述凹槽的深度被配置为沿所述气体轴承组件所支撑的转子的转动方向从深到浅，所述进气通孔正对所述凹槽内较深的部分。
26.在一些实施例中，所述凹槽的深度为0.01～0.03mm，所述进气通孔的孔径为0.6～1mm。
27.在一些实施例中，所述止推盘具有沿径向划分且分别对应于至少一个静压轴承段和至少一个浅腔轴承段的多个部分，所述止推盘对应于至少一个静压轴承段的部分相对于所述止推盘对应于至少一个浅腔轴承段的部分向远离所述轴承片一侧凹陷。
28.在一些实施例中，所述至少一个静压轴承段包括多个静压轴承段，且所述多个静压轴承段与所述止推盘的间距d1均相同，和/或，所述至少一个浅腔轴承段包括多个浅腔轴承段，且所述多个浅腔轴承段与所述止推盘的间距d2均相同。
29.在本公开的一个方面，提供一种压缩机，包括前述的气体轴承组件。
30.在本公开的一个方面，提供一种空调，包括前述的压缩机。
31.因此，根据本公开实施例，通过在轴承片上沿径向设置至少一个静压轴承段和至
少一个浅腔轴承段，并将静压轴承段与止推盘的间距设置成大于浅腔轴承段与止推盘的间距，使得气体轴承组件能够给更大转速范围的转子提供良好支撑，提高使用寿命和工作稳定性。
附图说明
32.构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
33.参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
34.图1是根据本公开气体轴承组件的一些实施例的结构示意图；
35.图2是根据本公开气体轴承组件的一些实施例沿轴向的纵截面示意图；
36.图3是图2中椭圆a的放大示意图；
37.图4是根据本公开气体轴承组件的一些实施例中轴承片邻近止推盘一侧的结构示意图；
38.图5是根据本公开气体轴承组件的一些实施例中轴承片远离止推盘一侧的结构示意图；
39.图6是图5中椭圆b的放大示意图。
40.应当明白，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。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
具体实施方式
41.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：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、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
42.本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
43.在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
44.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
45.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说明书的一部分。
46.图1是根据本公开气体轴承组件的一些实施例的结构示意图。参考图1，在一些实施例中，气体轴承组件包括：轴承片10和止推盘20。轴承片10包括沿径向设置的至少一个静压轴承段12和至少一个浅腔轴承段13，所述至少一个静压轴承段12和至少一个浅腔轴承段13位于所述轴承片10沿轴向一侧的端面。止推盘20沿轴向位于所述轴承片10邻近所述至少一个静压轴承段12和至少一个浅腔轴承段13的一侧。所述至少一个静压轴承段12与所述止推盘20的间距d1大于所述至少一个浅腔轴承段13与所述止推盘20的间距d2。
47.本实施例通过在轴承片上沿径向设置至少一个静压轴承段和至少一个浅腔轴承段，静压轴承段能够实现静压气体轴承对转子的支撑效果，而浅腔轴承段至少能够实现动压气体轴承对转子的支撑效果，从而使得气体轴承组件兼具静压气体轴承和动压气体轴承的较大承载能力和较高稳定性的优点。
48.前面已经提到，对于气悬浮离心式压缩机来说，由于转子转速较高，压比较大，在采用动压气体轴承支撑转子时，动压气体轴承在承载能力和起飞转速方面存在不足，而本实施例中，通过将静压轴承段与止推盘的间距设置成大于浅腔轴承段与止推盘的间距，使得静压轴承段能够在转子的启停阶段或较低转速的阶段发挥主要作用，以使转子无需达到较高的起飞转速就能起浮，也能降低变频器程序控制的难度。相应地避免或减少了启停或低速阶段转子与轴承之间摩擦而降低使用寿命的问题。
49.另外，前面也提到采用静压气体轴承支撑转子时，静压气体轴承容易在转子高转速状态下因供气压差较大而产生气锤，进而导致转子运行失稳的不足。本实施例通过将静压轴承段与止推盘的间距设置成大于浅腔轴承段与止推盘的间距，使得浅腔轴承段能够在转子处于高转速状态下发挥主要作用，实现良好的动压效应，从而降低对静压轴承段的供气压差的要求，进而降低外部供气系统的负荷和功耗，减少气锤振动，使转子运行更加稳定。
50.另外，轴承片10的至少一个静压轴承段12和至少一个浅腔轴承段13是沿径向设置的，即静压轴承段12与浅腔轴承段13分别对应于不同径向位置。在一些实施例中，静压轴承段12与浅腔轴承段13在径向上不存在重叠范围，相比于在同一径向位置的圆环区域内既设置静压轴承段，也设置浅腔轴承段的布置方式，本实施例更容易控制静压轴承段和浅腔轴承段各自与止推盘之间的合理间距，以便获得更优的轴承性能。
51.在图1中，止推盘20的中心可具有通孔21，用于与转子进行连接。轴承片10的中心也可具有通孔11，供转子穿过。相应地，各个静压轴承段12和浅腔轴承段13呈环形。
52.参考图1，在一些实施例中，至少一个静压轴承段12包括至少两个静压轴承段12，所述至少两个静压轴承段12中的一部分沿径向位于所述至少一个浅腔轴承段13的一侧，所述至少两个静压轴承段12中的另一部分沿径向位于所述至少一个浅腔轴承段13的另一侧。通过在浅腔轴承段13径向两侧分别设置静压轴承段，可在径向上对转子实现更加均衡的静压支撑效果。
53.需要说明的是，径向上相邻的两个静压轴承段也可被视为沿径向更宽的一个静压轴承段，而径向上相邻的两个浅腔轴承段也可被视为沿径向更宽的一个浅腔轴承段。这样，图1所示的布置方式可被视作具有静压-浅腔-静压的组合方式的气体轴承组件。在另一些
实施例中，气体轴承组件也可采用静压-浅腔或浅腔-静压的组合方式，或者浅腔-静压-浅腔的组合方式等。采用静压-浅腔-静压的组合方式的气体轴承组件在转子启动或低速工况下能够向转子提供可靠的支撑作用，以支持更低的转子起飞转速。
54.在图1中，至少两个静压轴承段12包括两个静压轴承段12，所述至少一个浅腔轴承段13包括一个浅腔轴承段13，位于所述两个静压轴承段12之间。通过设置合理的静压轴承段12和浅腔轴承段13的数量比例，可以节省材料，降低组件尺寸，满足各种转子在不同转速下的支撑需求。
55.参考图1，在一些实施例中，至少一个静压轴承段12与所述止推盘20的间距d1为0.03～0.07mm，进一步优选为0.05mm。所述至少一个浅腔轴承段13与所述止推盘20的间距d2为0.005～0.015mm，进一步优选为0.01mm。这里采用适合的间距d1和d2，一方面能实现静压轴承段和浅腔轴承段在转子不同转速下的作用顺序，另一方面能够进一步提升静压轴承段和浅腔轴承段各自的转子支撑性能。
56.在一些实施例中，所述至少一个静压轴承段12包括多个静压轴承段12，且所述多个静压轴承段12与所述止推盘20的间距d1均相同，以便使各个静压轴承段12所实现的静压作用保持一致。在一些实施例中，所述至少一个浅腔轴承段13包括多个浅腔轴承段13，且所述多个浅腔轴承段13与所述止推盘20的间距d2均相同，以便使各个浅腔轴承段13所实现的动静压混合作用保持一致。
57.图2是根据本公开气体轴承组件的一些实施例沿轴向的纵截面示意图。图3是图2中椭圆a的放大示意图。图4是根据本公开气体轴承组件的一些实施例中轴承片邻近止推盘一侧的结构示意图。图5是根据本公开气体轴承组件的一些实施例中轴承片远离止推盘一侧的结构示意图。图6是图5中椭圆b的放大示意图。
58.参考图2-图6，在一些实施例中，静压轴承段12包括：第一环形片体12a和多个多孔质材料块12b。第一环形片体12a，具有沿轴向贯穿所述第一环形片体12a的多个供气通孔12c。多个多孔质材料块12b沿周向间隔布置在所述第一环形片体12a沿轴向第一侧的端面上，并分别与所述多个供气通孔12c正对。静压轴承段12与所述止推盘20的间距d1为所述多孔质材料块12b与所述止推盘20的间距。
59.考虑到转子启停阶段或低转速阶段，气体轴承的负载较小，采用局部离散设置的多个多孔质材料块12b即可满足使用要求，从而减少多孔质材料的用量，降低成本。在一些实施例中，多孔质材料为石墨材料。第一环形片体12a可采用金属或合金等材料，例如铝合金等，易于加工成型，且具有较高的强度。
60.当某个多孔质材料块12b损坏时，只需将损坏的多孔质材料块12b更换即可。在另一些实施例中，静压轴承段12也可包括呈封闭环形的多孔质材料环，以便获得更好的静压轴承效果。
61.参考图3和图4，在一些实施例中，第一环形片体12a沿轴向第一侧的端面具有多个安装槽，所述多个多孔质材料块12b分别嵌在所述多个安装槽内。所述多个供气通孔12c分别与所述多个安装槽的槽底12e连通。在图5和图6中，第一环形片体12a沿轴向与所述第一侧相反的第二侧的端面具有第一环形气槽12d，所述多个供气通孔12c均与所述第一环形气槽12d连通。
62.通过将多孔质材料块嵌装固定在安装槽，以使得静压轴承段的结构更加稳固可
靠，而背侧第一环形气槽以及连通第一环形气槽和安装槽的供气通孔可使得外部系统输入的高压供气更加均衡地施加到各个多孔质材料块，进而更均匀地施加给与转子固定的止推盘上。在不增加外部供气系统复杂性的情况下，能够很好的给各个多孔质材料块供气。
63.参考图1和图4，在一些实施例中，至少一个静压轴承段12包括第一静压轴承段121和第二静压轴承段122，所述第一静压轴承段121包括的多个多孔质材料块12b与所述第二静压轴承段12包括的多个多孔质材料块12b在周向角度上错开。这种周向错开的布置方式可使得气体轴承组件的承载更加均衡，从而实现更大的承载力。
64.在图4中，位于内圈的静压轴承段12(即第一静压轴承段121)具有四个多孔质材料块12b，基于气体轴承组件的轴心分别位于45
°
、135
°
、225
°
和315
°
的位置，而位于外圈的静压轴承段12(即第一静压轴承段122)也具有四个多孔质材料块12b，基于气体轴承组件的轴心分别位于0
°
、90
°
、180
°
和270
°
的位置，从而实现不同圈的多孔质材料块在周向角度上交错的布置方式。
65.参考图4，在一些实施例中，浅腔轴承段13包括：具有多个凹槽13b的第二环形片体13a。所述多个凹槽13b位于所述第二环形片体13a沿轴向第一侧的端面上，且沿周向间隔排布。所述浅腔轴承段13与所述止推盘20的间距d2为第二环形片体13a在第一侧的端面与所述止推盘20的间距。
66.浅腔轴承段13中的各个凹槽13b的底部可设置呈楔形，凹槽13b的深度可被配置为沿所述气体轴承组件所支撑的转子的转动方向从深到浅。这样，在转子以较高转速旋转时，沿转子旋转方向上，浅腔轴承段13的各个凹槽13b可逐渐产生楔形气膜，实现较好的动压效应。
67.浅腔轴承段13中的多个凹槽13b可沿周向等角度设置，以使气体轴承组件的承载更加均衡。在图4中，凹槽沿气体轴承组件的轴向上的槽边轮廓可呈扇形，即沿径向的两个边为圆弧，且圆心位于气体轴承组件的轴心，沿周向的两个边的延长线均通过气体轴承组件的轴心。在一些实施例中，浅腔轴承段13中多个凹槽13b在垂直于气体轴承组件的轴线的平面上的正投影为浅腔轴承段13整体在该平面的正投影的一半。
68.参考图4-图6，在一些实施例中，第二环形片体13a沿轴向与所述第一侧相反的第二侧的端面上有多个进气通孔13c，分别与所述多个凹槽13b正对且连通。通过这种结构，可使得浅腔轴承段产生二次节流效果。当供气从第二环形片体13a的第二侧进入孔径较小(例如0.6～1mm)的进气通孔13c时，进气通孔13c能够对供气产生第一次节流作用，再通过较浅的凹槽(例如深度为0.01～0.03mm，优选为0.02mm)时，对供气会产生较大的阻力，从而产生第二次节流作用，进而形成较强的静压支撑效果。这样使得浅腔轴承段实现了动静压轴承的混合作用。
69.在设置进气通孔时，可使进气通孔13c正对所述凹槽13b内较深的部分。这样当供气经进气通孔13c进入凹槽内，能够从较深的凹槽部分流动到较浅的凹槽部分，从而产生对推力盘的挤压效果，使推力盘浮起。
70.所述第二环形片体13a沿轴向第二侧的端面具有第二环形气槽13d，所述多个进气通孔13c均与所述第二环形气槽13d连通。各个进气通孔13c可通过第二环形气槽13d与压缩机内部或外部的供气源连通，从而使各个进气通孔13c进气压力保持一致。在不增加外部供气系统复杂性的情况下，第二环形气槽13d能够很好的给各个凹槽供气。
71.参考图2和图3，在一些实施例中，静压轴承段的第一环形片体与浅腔轴承段的第二环形片体可一体制成，以获得更好的强度、加工精度和更紧凑的结构。在另一些实施例中，静压轴承段的第一环形片体与浅腔轴承段的第二环形片体可分别制备，再通过连接件沿径向进行连接，连接件可以为螺栓、卡接结构或者粘胶等。
72.在图2和图3中，止推盘20具有沿径向划分且分别对应于至少一个静压轴承段12和至少一个浅腔轴承段13的多个部分，所述止推盘20对应于至少一个静压轴承段12的部分相对于所述止推盘20对应于至少一个浅腔轴承段13的部分向远离所述轴承片10一侧凹陷。在另一些实施例中，可使止推盘邻近轴承片一侧的表面为平面，而使得静压轴承段和浅腔轴承段设置成凹凸不同的厚度结构，只要满足前述静压轴承段和浅腔轴承段分别与止推盘的间距关系即可。
73.上述气体轴承组件适用于各类需要使用推力轴承支撑转子的装置，例如压缩机。相应地，本公开实施例提供了一种压缩机，包括前述任一种气体轴承组件的实施例。该压缩机可以为气悬浮离心式压缩机，或者其他方式的压缩机。
74.本公开压缩机的各实施例可用于各类需要执行工质压缩的设备，例如冰箱、空调等。相应地，本公开实施例提供了一种空调，包括前述任一种压缩机的实施例。该空调可以为用于中央空调的离心式冷水机组。
75.至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
76.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。