专利名称：弹性支承箔片动压径向轴承的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种动压径向轴承，特别涉及一种高速透平机械用动压气体箔片径向轴承。
随着科学技术的不断发展，人们对旋转机械的要求越来越高，对其提出的工作条件越来越苛刻，如高转速、耐高温、耐振动、耐冲击、耐尘埃、耐湿热，并能长期可靠地工作。传统的滚动轴承、油轴承、静压气体轴承和刚性表面动压气体轴承在这类机械中越来越显得能力不足。而弹性箔片轴承(CompliantFoil Bearing-简称CFB)应用于透平膨胀机、燃气涡轮、涡轮增压器、涡轮制冷机、离心式压缩机、高速离心泵、高速鼓风机等高速旋转机械后，取得了良好的效果。因为CFB的巨大优点，故对这种轴承的研究越来越受到重视。Garrett型和Hydresit型是目前应用最为成功的箔片轴承形式，但由于它们主要应用在航空航天及国防领域，因此对它们的机理研究结果和设计准则鲜见报道，且其制作工艺复杂，开发投入巨大，工艺水平要求高。鉴于此，各工业发达国家都在开发自己有特色的箔片轴承。近年来，日本大阪产业大学的林和宏(K.Hayashi)教授提出了平箔径向动压气体轴承，与其它形式的CFB相比，该形式结构简单，工艺性较好，具有很好的开发前景。平箔径向动压气体轴承是由轴承体与箔片元件构成，其中箔片元件是一片铍青铜片，厚约0.05mm～0.075mm，与转子接触的面上涂有二硫化钼，背面固定着一些直径约为0.2mm的铜丝，末端固定一根直径约为6.0mm的定位销。箔片元件制成以后，将其卷曲成双层结构并沿着轴承定位销孔插入，便组装成一个替换性极好的平箔径向动压气体轴承。箔片元件铜丝丝间距的确定原则是要求第一层箔片背面的铜丝和第二层箔片背面的铜丝相互交错，同时尽量保证第一层铜丝在第二层铜丝的跨距中央。1993年西安交大确定了平箔径向动压气体轴承透平膨胀机的研究方向，进行了初步研究，表明该形式的箔片径向轴承具有良好的性能和广阔的开发前景，但由于其结构形式的限制，造成其表面刚度的缺陷，存在抗冲击性较差和工艺不能满足工业生产的缺点。本实用新型的目的在于提出一种弹性支承箔片动压径向轴承，克服了现有动压径向轴承结构复杂、制造精度要求及成本高的缺点，和平箔径向动压气体轴承表面刚度及阻尼不均匀、启停性能差的缺陷，显著提高了透平膨胀机运转的可靠性及经济性，具有结构简单、稳定性高、启停性好的优点，并与现有的径向轴承能方便地互换。
图1是本实用新型的结构原理图。
图2是本实用新型的轴承体正视图(a)与剖面图(b)。
图3是本实用新型的箔片元件正视图(a)与俯视图(b)。
图4弹性支承的不同结构图。
参照
图1、图2、图3，本实用新型包括一可与转子(1)相配合的轴承体(3)，轴承体(3)与转子(1)之间配置金属箔片(2)，金属箔片(2)末端用定位销(4)固定在轴承体(3)的定位孔中，金属箔片(2)背面配置一弹性支承(5)。
参照图4，弹性支承(5)有以下结构形式(a)是实心型、(b)是整体中空型、(c)是分隔中空型、(d)是横向槽型、(e)是纵向槽型、(f)是H槽型、(g)是横向槽型小块型、(h)是纵向槽型小块型、(i)是工字槽型。
下面参照附图对本实用新型的结构和工作原理作详细说明。
本实用新型由轴承体与箔片元件构成，轴承体的结构与尺寸由工作环境确定。箔片元件采用金属箔片，其背面固定弹性材料，末端固定一根定位销。箔片元件制成以后，将其卷曲逆转子旋转方向沿着轴承定位销孔插入，便组装成一个替换性极好的弹性支承箔片动压径向轴承。箔片轴承的名义半径间隙由轴承体内孔径、转子直径、弹性材料厚度及箔片厚度决定，即轴承的名义半径间隙C由式(1)确定。C＝(D-d)/2-(t+t0) (1)式中D轴承体内孔径；d转子直径；
t0弹性材料厚度；t箔片厚度箔片元件可采用自润滑性能较好的铍青铜片，形状为矩形，其宽度应略小于轴承宽度，长度L约为箔片缠绕转子一周，由式(2)确定。L＝π(D-2(t0+t+C))+LX(2)式中LX枢轴段箔片长度；箔片厚度为0.03mm～0.15mm，为提高其表面质量及润滑性能，与转子接触的面上可进行表面处理，形成由Ni-P-PTFE-S等组成的复合镀层或涂有MoS2等复合润滑材料。
弹性支承可采用弹性及阻尼较好的橡胶材料，其具体组份根据轴承工作环境和对其的性能要求而定。材料厚度约为0.15mm～1.00mm。弹性支承典型形状可为矩形或矩形中间局部挖空，以适应不同要求。其尺寸应略小于箔片，以免受压后被挤出。
由于本实用新型结构的特点，轴承的自对中性强，同时弹性支承材料良好的阻尼特性抑制了转子的振动，使其振幅较小，并限制了涡动振幅的增加，转子涡动发生较晚且在较大转速范围内能工作在涡动状态下而无毁灭性破坏。由于箔片元件为柔性表面且表面刚度均匀，因此即使转子与轴承表面发生摩擦也是面接触，大大降低了转子及轴承表面的损伤。最佳实施例对本实用新型的应用进行了试验研究，在转子轴径φ25.0mm，质量891g的工业透平膨胀机上达到了13.9×104rpm超速31％的的良好试验效果。通过对多种组合结构参数的轴承-转子系统稳定性能的分析，得出了最佳试验结构参数的范围，为今后在高速透平机械上开发新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承提供了设计依据。还对新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承的启停性能进行了试验研究，对使用MoS2涂擦的箔片接触面进行了材料表面性能分析。试验表明，该轴承是一种具有优良稳定性与启停性的动压气体轴承。
本实用新型是在一台150Nm3(O2)/Hr制氧机用中压低温透平膨胀机(PLK-8.33×2/20-5)上进行的，膨胀机设计参数如表所示。膨胀机工作轮为反动式叶轮，采用风机制动，双止推盘对置。该膨胀机原采用小孔节流切向供气静压气体轴承，工作转速为106,400rpm。经改造后，该膨胀机运行在常温进气工况下，径向轴承由新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承构成，止推轴承采用高刚度多排环形孔静压气体止推轴承。箔片元件中的金属箔片采用83×24.5×0.05～0.075mm的热轧铍青铜箔片，弹性材料采用74×22×0.4～0.6mm的耐高温橡胶片。径向轴承体内径25.0mm，轴承宽度25.0mm，长径比为1∶1，轴承半径间隙0～110μm。
表1 透平膨胀机主要设计参数
权利要求1.弹性支承箔片动压径向轴承由轴承体与箔片元件构成，箔片元件采用金属箔片，末端固定一根定位销，本实用新型的特征是，金属箔片背面固定弹性材料。
2.根据权利要求1所述的弹性支承箔片动压径向轴承，其特征在于，金属箔片为经表面处理的铍青铜片。
3.根据权利要求1所述的弹性支承箔片动压径向轴承，其特征在于，弹性基础材料采用弹性及阻尼较好的橡胶材料。
专利摘要一种高速透平机械用的弹性支承箔片动压径向轴承,由轴承体与箔片元件构成。箔片元件采用背面固定弹性材料的金属箔片。此种轴承克服了现有动压径向轴承结构复杂、制造精度要求及成本高、表面刚度及阻尼不均匀、启停性能差的缺陷,显著提高了高速透平机械运转的可靠性及经济性,且具有结构简单、稳定性高、启停性好的优点,并与现有的静压径向轴承能方便地互换。
文档编号F16C32/00GK2363119SQ9823329
公开日2000年2月9日 申请日期1998年12月29日 优先权日1998年12月29日
发明者陈纯正, 侯予, 熊联友 申请人:西安交通大学