涡轮增压器的制作方法

本实用新型涉及一种涡轮增压器，尤其是一种采用空气动压箔片径向推力轴承和空气静压轴向推力轴承的涡轮增压器。

背景技术：

涡轮增压器轴承通常采用滚动轴承和滑动轴承，这两种轴承的特性在涡轮增压器的应用中存在以下问题：由于润滑油的存在，不可避免的出现漏油现象，从而导致了污染的问题；由于摩擦力的存在，使得转子的工作转速不可能太高而效率较低；由于存在磨损使得轴承寿命较短。在某些应用环境中，涡轮增压器中涡轮端和叶轮端为两种不同的气体介质，要求两种气体介质不能相互泄露，需要增加密封系统。涡轮增压器工作在高温环境，特别是涡轮端和叶轮端存在较大温差时，需要增加冷却系统。

在现有的技术中，涡轮增压器转子系统的支撑，一定要包括径向支撑轴承和轴向推力轴承，其中如果转子系统的设计转速达到40000RPM(转/分钟)，采用的涡轮增压器中能够满足这个工作转速的轴承系统主要是气体静压轴承、气体动压轴承和液体静压轴承(普通机械轴承不能满足这个工作转速的需求)；液体静压轴承很难解决密封问题，容易对两端的气体介质造成污染。气体动压轴承的轴向推力轴承存在承载力不够的问题，其中在涡轮端和叶轮端分别为10MPa和3MPa的高压气体，由于存在非常大的压力差，因此转子系统存在很大的轴向力；气体动压轴承作为轴向推力轴承很难满足要求。为此，提出了推力轴承采用气体静压轴承和径向轴承采用气体动压轴承结合的技术方案。此外，气体静压轴向推力轴承形成高压气膜，可以隔离涡轮端和叶轮端两种不同的气体介质。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。本实用新型提出了一种空气静压轴承与空气动压箔片轴承的组合代替现有的滚动轴承和滑动轴承的技术方案。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种涡轮增压器，包括涡轮壳、设置在涡轮壳内的涡轮、与涡轮连接的转轴、套装在转轴上的径向推力轴承和轴向推力轴承、以及连接在转轴另一端的叶轮和叶轮壳，其特征在于，所述径向推力轴承采用空气动压箔片径向推力轴承；所述轴向推力轴承采用空气静压轴向推力轴承。

优选的是，所述空气动压箔片径向推力轴承包括：

基体，其内表面上以一定间隔且均匀地设置有至少一个凹槽；

套装在所述转轴上的至少一个弹性平箔片，其一端固定连接在凹槽内；

夹持在所述基体和弹性平箔片之间的至少一个弹性波箔片，其一端固定连接在凹槽内。

优选的是，所述基体上设置有环形容纳槽；所述基体在环形容纳槽的上部设置有第一环形气体流道、在下部设置有第二环形气体流道；所述空气静压轴向推力轴承包括：

推力轴承转盘，其置于所述环形容纳槽内并套装在所述转轴上；

套装在所述转轴上的轴向轴承座，其置于所述叶轮和设置有第二环形气体流道的基体之间；

以及，在所述基体上设置有连通所述第一环形气体流道的上静压进气口和连通所述第二环形气体流道的下静压进气口；所述第一环形气体流道上设置有朝向所述推力轴承转盘的上轴向节流器；所述第二环形气体流道上设置有朝向所述推力轴承转盘的下轴向节流器；

其中，通过上静压进气口通入高压气体使上轴向节流器与转轴和推力轴承转盘之间分别形成的高压气膜；通过下静压进气口通入高压气体使下轴向节流器与转轴和推力轴承转盘之间分别形成的高压气膜。

优选的是，所述弹性平箔片和弹性波箔片在凹槽内的固定连接方式为胶粘连接、焊接和卡塞连接中的一种。

优选的是，所述上轴向节流器和下轴向节流器均为小孔节流器、狭缝节流器和多孔质节流器中的一种。

优选的是，所述第一环形气体流道上环形设置有至少一排上轴向节流器；所述第二环形气体流道上环形设置有至少一排下轴向节流器。

优选的是，所述上轴向节流器为沿第一环形气体流道均匀分布的多个上轴向节流器，其间距在20～30mm；所述下轴向节流器为沿第一环形气体流道均匀分布的多个下轴向节流器，其间距在20～30mm。

优选的是，所述上轴向节流器的喷气口与推力轴承转盘之间的距离范围为10～20微米；所述下轴向节流器的喷气口与推力轴承转盘之间的距离范围为10～20微米。

优选的是，所述上轴向节流器包括与第一环形气体流道连通的第一上节流孔和与第一上节流孔连通的第二上节流孔，所述第一上节流孔的直径大于第二上节流孔的直径；所述下轴向节流器包括与第二环形气体流道连通的第一下节流孔和与第一下节流孔连通的第二下节流孔，所述第一下节流孔的直径大于第二下节流孔的直径。

优选的是，所述第一上节流孔和第一下节流口的内表面都均匀设置有多个通气槽。

本实用新型至少包括以下有益效果：通过空气静压轴向推力轴承与空气动压箔片径向推力轴承的组合结构支撑涡轮增压器转子系统，实现了无润滑油、效率高、转速高等优点；空气静压轴向推力轴承可以承受很大的轴向载荷；空气静压轴向推力轴承形成高压气膜可以隔离涡轮端和叶轮端两种不同介质的气体；同时，空气动压箔片径向推力轴承可以适应高温环境，涡轮增压器内部不需要冷却装置。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本实用新型所述的涡轮增压器的整体剖面结构示意图；

图2为本实用新型所述的空气动压箔片径向推力轴承的结构示意图；

图3为本实用新型所述涡轮增压器的局部(空气静压轴向推力轴承)剖面结构示意图；

图4为本实用新型所述空气静压轴向推力轴承中上轴向节流器的一面的平面结构示意图；

图5为图4中A-A向的的平面结构示意图；

图6为本实用新型所述空气静压轴向推力轴承中上轴向节流器的另一面的平面结构示意图；

图7为图6中B-B向的的平面结构示意图；

图8为本实用新型另一个实施例中涡轮增压器的局部(空气静压轴向推力轴承)剖面结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1～3示出了本实用新型的一种涡轮增压器，包括涡轮壳7、设置在涡轮壳7内的涡轮8、与涡轮8连接的转轴10、套装在转轴10上的径向推力轴承3和轴向推力轴承、以及连接在转轴10另一端的叶轮11和叶轮壳1，所述径向推力轴承3采用空气动压箔片径向推力轴承；所述轴向推力轴承采用空气静压轴向推力轴承。

在上述技术方案中，通过空气静压轴向推力轴承与空气动压箔片径向推力轴承的组合结构支撑涡轮增压器转子系统，实现了无润滑油、效率高、转速高等优点；空气静压轴向推力轴承可以承受很大的轴向载荷；空气静压轴向推力轴承形成高压气膜可以隔离涡轮端和叶轮端两种不同介质的气体。

在上述技术方案中，如图3所示，所述空气动压箔片径向推力轴承包括：基体2，其内表面上以一定间隔且均匀地设置有至少一个凹槽23；套装在所述转轴10上的至少一个弹性平箔片22，其一端固定连接在凹槽23内；夹持在所述基体2和弹性平箔片22之间的至少一个弹性波箔片21，其一端固定连接在凹槽23内；在这种技术方案中，所述转轴10经过精密加工，高速旋转时与顶层弹性平箔片22之间形成高压气膜支承径向载荷。

在上述技术方案中，所述基体2上设置有环形容纳槽24；所述基体2在环形容纳槽24的上部设置有第一环形气体流道25、在下部设置有第二环形气体流道26；所述空气静压轴向推力轴承包括：

推力轴承转盘5，其置于所述环形容纳槽24内并套装在所述转轴10上；

套装在所述转轴10上的轴向轴承座6，其置于所述叶轮11和设置有第二环形气体流道26的基体2之间，用于支撑下轴向节流器等有关结构件的安装；

以及，在所述基体2上设置有连通所述第一环形气体流道25的上静压进气口901和连通所述第二环形气体流道26的下静压进气口902；所述第一环形气体流道25上设置有朝向所述推力轴承转盘5的上轴向节流器401；所述第二环形气体流道26上设置有朝向所述推力轴承转盘5的下轴向节流器；

其中，通过基体上静压进气口9通入高压气体，高压气体进入上静压进气口901使上轴向节流器401与转轴10和推力轴承转盘5之间分别形成的高压气膜(31，32)；通过下静压进气口902通入高压气体使下轴向节流器402 与转轴10和推力轴承转盘5之间分别形成的高压气膜(34,33)；这些高压气膜可以分隔涡轮端和叶轮端两种不同的气体介质；轴向节流器(401,402) 改变了供气气路的供气压力，可以实现更大的轴向承载能力。

在上述技术方案中，所述弹性平箔片22和弹性波箔片21在凹槽内的固定连接方式为胶粘连接、焊接和卡塞连接中的一种，采用这种连接方式可以将弹性平箔片22和弹性波箔片21稳定的固定在卡槽内以形成空气动压箔片径向推力轴承。

在上述技术方案中，所述上轴向节流器401和下轴向节流器402均为小孔节流器、狭缝节流器和多孔质节流器中的一种，采用这种节流器能够更佳的实现对供气气路供气压力的改变，进一步使空气静压轴向推力轴承实现更大的轴向承载能力。

在上述技术方案中，如图4～7所示，所述第一环形气体流道25上环形设置有至少一排上轴向节流器401；所述第二环形气体流道26上环形设置有至少一排下轴向节流器402；采用这种技术方案，使节流器能够更佳的实现对供气气路供气压力的改变，使轴向节流器与转轴和推力轴承转盘之间形成的高压气膜更加均匀，进一步使空气静压轴向推力轴承实现更大的轴向承载能力。

在上述技术方案中，所述上轴向节流器401为沿第一环形气体流道均匀分布的多个上轴向节流器，其间距在20～30mm；所述下轴向节流器402为沿第一环形气体流道均匀分布的多个下轴向节流器，其间距在20～30mm；采用这种技术方案，使轴向节流器与转轴和推力轴承转盘之间形成的高压气膜更加均匀稳定，能够更佳的实现对供气气路供气压力的改变，进一步使空气静压轴向推力轴承实现更大的轴向承载能力。

在上述技术方案中，所述上轴向节流器401的喷气口与推力轴承转盘5 之间的距离范围为10～20微米；所述下轴向节流器402的喷气口与推力轴承转盘5之间的距离范围为10～20微米；采用这种技术方案，使轴向节流器与转轴和推力轴承转盘之间形成的高压气膜更加均匀稳定，能够使空气静压轴向推力轴承实现更大的轴向承载能力。

在另一种实施例中，如图8所示，所述上轴向节流器401包括与第一环形气体流道连通25的第一上节流孔403和与第一上节流孔403连通的第二上节流孔404，所述第一上节流孔403的直径大于第二上节流孔404的直径；所述下轴向节流器402包括与第二环形气体流道26连通的第一下节流孔405 和与第一下节流孔405连通的第二下节流孔406，所述第一下节流孔405的直径大于第二下节流孔406的直径。采用这种技术方案，使得经过第一节流孔节流后的高压空气再一次经过第二节流孔节流，使高压空气的流速更快，节流效果更好，形成的高压气膜更加均匀稳定。

在上述技术方案中，所述第一上节流孔403和第一下节流口405的内表面都均匀设置有多个通气槽(未示出)，采用通气槽的结构能够使气体的流速更快，节流效果更好，形成的高压气膜更加均匀稳定。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。