气悬浮转动机构、压缩机及空调的制作方法

1.本公开涉及气悬浮领域，尤其涉及一种气悬浮转动机构、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.轴承是离心式压缩机的核心零件，用于支撑转子。气悬浮离心式压缩机通常采用气体轴承支撑转子。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：

4.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，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。
5.有鉴于此，本公开实施例提供一种气悬浮转动机构、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。
6.在本公开的一个方面，提供一种气悬浮转动机构，包括：
7.转子；和
8.径向气体轴承，套设在所述转子的外周面上，且具有沿轴向设置的至少一个静压径向轴承段和至少一个浅腔径向轴承段，
9.其中，所述至少一个静压径向轴承段与所述转子的外周面的间距d1大于所述至少一个浅腔径向轴承段与所述转子的外周面的间距d2。
10.在一些实施例中，所述至少一个静压径向轴承段包括至少两个静压径向轴承段，所述至少两个静压径向轴承段中的一部分沿轴向位于所述至少一个浅腔径向轴承段的一侧，所述至少两个静压径向轴承段中的另一部分沿轴向位于所述至少一个浅腔径向轴承段的另一侧。
11.在一些实施例中，所述至少两个静压径向轴承段包括两个静压径向轴承段，所述至少一个浅腔径向轴承段包括一个浅腔径向轴承段，位于所述两个静压径向轴承段之间。
12.在一些实施例中，所述至少一个静压径向轴承段与所述转子的外周面的间距d1为0.015～0.04mm，所述至少一个浅腔径向轴承段与所述转子的外周面的间距d2为0.007～
0.015mm。
13.在一些实施例中，所述静压径向轴承段包括：
14.第一环形壳体，具有沿径向贯穿所述第一环形壳体的多个供气通孔；
15.多个多孔质材料块，沿周向间隔布置在所述第一环形壳体的径向内壁上，并分别与所述多个供气通孔正对；
16.其中，所述静压径向轴承段与所述转子的外周面的间距d1为所述多孔质材料块与所述转子的间距。
17.在一些实施例中，所述第一环形壳体的径向内壁具有沿周向间隔排布的多个安装槽，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，所述第一环形壳体的径向外壁具有第一环形气槽，所述多个供气通孔均与所述第一环形气槽连通。
18.在一些实施例中，所述安装槽的相邻槽壁之间和/或槽壁与槽底之间具有用于储存密封胶的储胶倒角。
19.在一些实施例中，所述至少一个静压径向轴承段包括第一静压径向轴承段和第二静压径向轴承段，所述第一静压径向轴承段包括的多个多孔质材料块与所述第二静压径向轴承段包括的多个多孔质材料块在周向角度上位于相同角度或相互错开。
20.在一些实施例中，所述浅腔径向轴承段包括：
21.第二环形壳体，具有多个凹槽，所述多个凹槽沿周向间隔排布在所述第二环形壳体的径向内壁上，
22.其中，所述浅腔径向轴承段与所述转子的外周面的间距d2为所述第二环形壳体的径向内壁与所述转子的外周面的间距。
23.在一些实施例中，所述第二环形壳体的径向外壁有多个进气通孔，分别与所述多个凹槽正对且连通，所述第二环形壳体的径向外壁具有第二环形气槽，所述多个进气通孔均与所述第二环形气槽连通。
24.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转子的转动方向从深到浅，所述凹槽包括较深的第一凹槽部分和较浅的第二凹槽部分，所述进气通孔正对所述第一凹槽部分。
25.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。
26.在一些实施例中，所述进气通孔为台阶孔，所述进气通孔邻近所述转子一侧的台阶部分的孔径小于所述进气通孔远离所述转子一侧的台阶部分。
27.在一些实施例中，所述静压径向轴承段包括：
28.第一环形壳体，具有沿径向贯穿所述第一环形壳体的多个供气通孔和位于所述第一环形壳体的径向外壁的第一环形气槽，所述多个供气通孔均与所述第一环形气槽连通，
29.其中，所述径向气体轴承的外壁具有多个环形密封槽，所述多个环形密封槽中的至少部分环形密封槽位于所述第一环形气槽和所述第二环形气槽之间，所述气悬浮转动机构还包括多个环形密封圈，所述多个环形密封圈分别嵌设在所述多个环形密封槽内。
30.在一些实施例中，所述转子具有沿轴向划分且分别对应于至少一个静压径向轴承段和至少一个浅腔径向轴承段的多个台阶部分，所述转子对应于至少一个静压径向轴承段
的台阶部分的直径d1小于所述转子对应于至少一个浅腔径向轴承段的台阶部分的直径d2。
31.在一些实施例中，所述至少一个静压径向轴承段包括多个静压径向轴承段，且所述多个静压径向轴承段与所述转子的外周面的间距d1均相同，和/或，所述至少一个浅腔径向轴承段包括多个浅腔径向轴承段，且所述多个浅腔径向轴承段与所述转子的外周面的间距d2均相同。
32.在本公开的一个方面，提供一种压缩机，包括前述的气悬浮转动机构。
33.在本公开的一个方面，提供一种空调，包括前述的压缩机。
34.因此，根据本公开实施例，将具有至少一个静压径向轴承段和至少一个浅腔径向轴承段的径向气体轴承套设在转子的外周面上，并使静压径向轴承段与转子外周面的间距大于浅腔径向轴承段与转子外周面的间距。这使得本公开实施例的气悬浮转动机构能够在转子处于较低速度时通过静压径向轴承段对转子实现可靠的支撑作用，并在转子处于较高速度时通过浅腔径向轴承段对转子实现较好的动压效应，以提高轴承稳定性，从而使得本公开实施例的径向气体轴承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
35.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。
36.参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
37.图1是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例的结构示意图；
38.图2是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例沿轴向的纵截面示意图；
39.图3是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例中径向气体轴承沿轴向的纵截面示意图；
40.图4是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例中静压径向轴承段在轴向视角的结构示意图；
41.图5是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例中浅腔径向轴承段沿轴向的横截面示意图；
42.图6是图5中圆圈a的放大示意图。
43.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
44.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。
45.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。
46.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。
47.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。
48.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。
49.图1是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例的结构示意图。图2是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例沿轴向的纵截面示意图。参考图1和图2，气悬浮转动机构包括：转子2和径向气体轴承1。在一些实施例中，转子2为轴类实心件，图1和图2仅绘制出了与轴承配合的轴段部分。在另一些实施例中，转子2可以为空心轴。
50.径向气体轴承1套设在所述转子2的外周面上，且具有沿轴向设置的至少一个静压径向轴承段11和至少一个浅腔径向轴承段12。在图1和图2中，径向气体轴承1具有沿轴线(即图1中点划线)方向贯通的空腔。转子2被套在该空腔内，并在机械或电磁驱动作用下高速旋转。
51.图1通过虚线示意性地划分了静压径向轴承段11和浅腔径向轴承段12。静压径向轴承段11和浅腔径向轴承段12是沿轴向设置的，即静压径向轴承段11和浅腔径向轴承段12分别对应于不同轴向位置。
52.相邻的两个静压径向轴承段11、相邻的两个相邻的浅腔径向轴承段12或者相邻的静压径向轴承段11和浅腔径向轴承段12可采用相同材料一体制成。在另一些实施例中，相邻的两个静压径向轴承段11、相邻的两个相邻的浅腔径向轴承段12或者相邻的静压径向轴承段11和浅腔径向轴承段12可分别制造后再组装，并可采用相同材料或不同材料。
53.至少一个静压径向轴承段11与所述转子2的外周面的间距d1大于所述至少一个浅腔径向轴承段12与所述转子2的外周面的间距d2。本实施例通过将具有至少一个静压径向轴承段和至少一个浅腔径向轴承段的径向气体轴承套设在转子的外周面上，利用静压径向轴承段实现对转子的静压支撑效果，并利用浅腔径向轴承段对转子至少实现动压支撑效果，从而使得该径向气体轴承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。
54.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，通过将静压径向轴承段与转子外周面的间距设置为大于浅腔径向轴承段与转子外周面的间距，可使得静压径向轴承段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。
55.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径向轴承段与转子外周面的间距设置为大于浅腔径向轴承段与转子外周面的间距，使得浅腔径向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。从而，使得本公开实施例的径向气体轴承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。
56.参考图1，在一些实施例中，所述至少一个静压径向轴承段11包括至少两个静压径向轴承段11，所述至少两个静压径向轴承段11中的一部分沿轴向位于所述至少一个浅腔径向轴承段12的一侧，所述至少两个静压径向轴承段11中的另一部分沿轴向位于所述至少一个浅腔径向轴承段12的另一侧。通过在浅腔径向轴承段12轴向两侧分别设置静压径向轴承段，可在轴向上对转子实现更加均衡的静压支撑效果。
57.需要说明的是，轴向上相邻的两个静压径向轴承段也可被视为沿轴向更宽的一个静压径向轴承段，而轴向上相邻的两个浅腔径向轴承段也可被视为沿轴向更宽的一个浅腔径向轴承段。这样，图1所示的布置方式可被视作具有静压-浅腔-静压的组合方式的径向气体轴承。在另一些实施例中，径向气体轴承也可采用静压-浅腔的组合方式，或者浅腔-静压-浅腔的组合方式等。采用静压-浅腔-静压的组合方式的径向气体轴承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。
58.在图1中，所述至少两个静压径向轴承段11包括两个静压径向轴承段11，所述至少一个浅腔径向轴承段12包括一个浅腔径向轴承段12，位于所述两个静压径向轴承段11之间。通过设置合理的静压径向轴承段11和浅腔径向轴承段12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。
59.参考图1，在一些实施例中，所述至少一个静压径向轴承段11与所述转子2的外周面的间距d1为0.015～0.04mm，所述至少一个浅腔径向轴承段12与所述转子2的外周面的间距d2为0.007～0.015mm。这里采用适合的间距d1和d2，一方面能实现静压径向轴承段和浅腔径向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径向轴承段和浅腔径向轴承段各自的转子支撑性能。
60.在图1中，所述转子2具有沿轴向划分且分别对应于至少一个静压径向轴承段11和至少一个浅腔径向轴承段12的多个台阶部分，所述转子2对应于至少一个静压径向轴承段11的台阶部分的直径d1小于所述转子2对应于至少一个浅腔径向轴承段12的台阶部分的直径d2。在另一些实施例中，转子2沿轴向分别对应于至少一个静压径向轴承段11和至少一个浅腔径向轴承段12的部分直径均相同，相应地，至少一个静压径向轴承段11内壁直径大于至少一个浅腔径向轴承段12的内壁直径。
61.在一些实施例中，至少一个静压径向轴承段11包括多个静压径向轴承段11，且所述多个静压径向轴承段11与所述转子2的外周面的间距d1均相同，以便使各个静压径向轴承段11所实现的静压作用保持一致。在一些实施例中，所述至少一个浅腔径向轴承段12包括多个浅腔径向轴承段12，且所述多个浅腔径向轴承段12与所述转子2的外周面的间距d2
均相同，以便使各个浅腔径向轴承段12所实现的动静压混合作用保持一致。
62.图3是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例中径向气体轴承沿轴向的纵截面示意图。图4是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例中静压径向轴承段在轴向视角的结构示意图。图5是根据本公开气悬浮转动机构的一些实施例中浅腔径向轴承段沿轴向的横截面示意图。图6是图5中圆圈a的放大示意图。
63.参考图2-图6，在一些实施例中，静压径向轴承段11包括：第一环形壳体111和多个多孔质材料块113。第一环形壳体111具有沿径向贯穿所述第一环形壳体111的多个供气通孔112。多个多孔质材料块113，沿周向间隔布置在所述第一环形壳体111的径向内壁上，并分别与所述多个供气通孔112正对。所述静压径向轴承段11与所述转子2的外周面的间距d1为所述多孔质材料块113与所述转子2的间距。
64.考虑到转子启停阶段或低转速阶段，径向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113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。第一环形壳体111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。
65.当某个多孔质材料块113损坏时，只需将损坏的多孔质材料块113更换即可。在另一些实施例中，静压径向轴承段11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。
66.参考图2-图4，在一些实施例中，第一环形壳体111的径向内壁具有沿周向间隔排布的多个安装槽114，所述多个多孔质材料块113分别嵌在所述多个安装槽114内，所述多个供气通孔112分别与所述多个安装槽114的槽底连通，所述第一环形壳体111的径向外壁具有第一环形气槽115，所述多个供气通孔112均与所述第一环形气槽115连通。
67.通过将多孔质材料块嵌装固定在第一环形壳体内壁的安装槽，以使得静压径向轴承段的结构更加稳固可靠，而第一环形壳体外壁的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转子的外周面上。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。
68.在图4中，安装槽114的相邻槽壁之间和/或槽壁与槽底之间具有用于储存密封胶的储胶倒角116。储胶倒角116能够储存一定的密封胶，从而使多孔质材料块113在安装槽114内的粘结更加可靠，防止多孔质材料块113脱落。
69.在图3中，至少一个静压径向轴承段11包括第一静压径向轴承段和第二静压径向轴承段，分别位于浅腔径向轴承段12的左右两侧。所述第一静压径向轴承段包括的多个多孔质材料块113与所述第二静压径向轴承段包括的多个多孔质材料块113在周向角度上位于相同角度。在另一些实施例中，所述第一静压径向轴承段包括的多个多孔质材料块113与所述第二静压径向轴承段包括的多个多孔质材料块113在周向角度上相互错开。
70.参考图2、图3、图5和图6，在一些实施例中，浅腔径向轴承段12包括第二环形壳体121。第二环形壳体121具有多个凹槽122，所述多个凹槽122沿周向间隔排布在所述第二环形壳体121的径向内壁上。所述浅腔径向轴承段12与所述转子2的外周面的间距d2为所述第二环形壳体121的径向内壁与所述转子2的外周面的间距。也就是说，该间距是第二环形壳体121的内侧除凹槽122之外的部分与转子2的外周面的间距。
71.浅腔径向轴承段12中的各个凹槽122的底部可设置呈楔形，凹槽122的深度可被配置为沿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，浅腔径向轴承段12的各个凹槽122可逐渐产生楔形气膜，实现较好的动压效应。浅腔径向轴承段12中的多个凹槽122可沿周向等角度设置，以使径向气体轴承的承载更加均衡。
72.参考图2、图3和图5，所述第二环形壳体121的径向外壁有多个进气通孔123，分别与所述多个凹槽122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。当供气从第二环形壳体121的外侧进入孔径较小(例如0.6～1mm)的进气通孔123时，进气通孔123能够对供气产生第一次节流作用，再通过较浅的凹槽122(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。这样使得浅腔径向轴承段实现了动静压轴承的混合作用。
73.所述凹槽122包括较深的第一凹槽部分和较浅的第二凹槽部分，例如以凹槽122沿径向延长的中线为界分隔的第一凹槽部分和第二凹槽部分，在设置进气通孔时，可使所述进气通孔123正对所述第一凹槽部分。这样当供气经进气通孔123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，从而产生对转子2的外周面的挤压效果，使转子2起浮。
74.所述第二环形壳体121的径向外壁具有第二环形气槽124，所述多个进气通孔123均与所述第二环形气槽124连通。各个进气通孔123可通过第二环形气槽124与压缩机内部或外部的供气源连通，从而使各个进气通孔123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124能够很好的给各个凹槽供气。
75.参考图6，在一些实施例中，进气通孔123为台阶孔，所述进气通孔123邻近所述转子2一侧的台阶部分1231的孔径小于所述进气通孔123远离所述转子2一侧的台阶部分1231。
76.前面提到静压径向轴承段和浅腔径向轴承段采用相同材料一体制成的方式可以为静压径向轴承段的第一环形壳体和浅腔径向轴承段的第二环形壳体采用相同材料一体制成，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，第一环形壳体和第二环形壳体可分别制备，再通过连接件沿轴向进行连接，连接件可以为螺栓、卡接结构或者粘胶等。
77.参考图2和图3，在一些实施例中，径向气体轴承1的外壁具有多个环形密封槽13，所述多个环形密封槽13中的至少部分环形密封槽13位于所述第一环形气槽115和所述第二环形气槽124之间，所述气悬浮转动机构还包括多个环形密封圈3，所述多个环形密封圈3分别嵌设在所述多个环形密封槽13内。环形密封圈3能够使第一环形气槽115和所述第二环形气槽124之间形成密封，并且能够给径向气体轴承提供额外的阻尼。
78.在图2和图3中，第二环形气槽124轴向两侧的两个环形密封槽13可沿轴向对称设置，以便在提高气密作用的同时，还使得径向气体轴承的阻尼在轴向上保持一致。
79.本公开上述气悬浮转动机构的任一实施例可用于各类使用转子的设备，例如压缩机。因此，本公开实施例提供了一种压缩机，包括前述任一种气悬浮转动机构的实施例。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。
80.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。
81.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。
82.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。