CN110966305A - 一种轴承阻尼器、径向轴承、推力轴承和转子系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴承阻尼器、径向轴承、推力轴承和转子系统，其中，轴承阻尼器用于安装于非接触式轴承内，所述轴承阻尼器由形状记忆材料制成，所述轴承阻尼器能够通过塑性变形调整所述非接触式轴承与转轴之间的间隙。本发明中，通过在非接触轴承中设置轴承阻尼器，以实现利用轴承阻尼器自身的塑性变形对静止部件与旋转部件之间的轴承间隙进行调整与矫正。这样，通过在轴承中设置了上述轴承阻尼器，使得轴承加工精度和装配精度的要求降低，并使得轴承的静止部件与旋转部件之间保持较稳定的配合精度。

Description

一种轴承阻尼器、径向轴承、推力轴承和转子系统

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种轴承阻尼器、径向轴承、推力轴承和转子系统。

背景技术

非接触式轴承由于其摩擦系数和摩擦力矩小、运动精度高等特点，在一些高转速的场合使用越来越普遍。但是相比于接触式的机械轴承，非接触式轴承的轴承间隙很小，加工难度较高。

例如，对于非接触式的径向轴承，其轴承内圈与转轴之间的轴承间隙很狭小，这就要求转轴和轴承内圈均具有很高的加工精度和装配精度，否则很容易产生碰轴现象，对轴承造成磨损和损坏。同样的，对于非接触式的推力轴承，其定子与推力盘之间的轴承间隙也很狭小，因此要求定子和推力盘均具有很高的加工精度和装配精度，以防止定子和推力盘之间产生碰撞和磨损。

发明内容

本发明提供一种轴承阻尼器、径向轴承、推力轴承和转子系统，以解决上述问题。

第一方面，本发明提供一种轴承阻尼器，所述轴承阻尼器用于安装于非接触式轴承内，所述轴承阻尼器由形状记忆材料制成，所述轴承阻尼器能够通过塑性变形调整静止部件与旋转部件之间的轴承间隙。

第二方面，本发明提供一种径向轴承，用于安装于转轴上，所述径向轴承包括：

轴承本体；

套设于所述轴承本体内的轴承内圈，所述轴承内圈与套设于轴承内圈内的转轴之间具有轴承间隙；

以及，设置于所述轴承内圈与所述轴承本体之间的轴承阻尼器，所述轴承阻尼器为第一方面中所述的轴承阻尼器，所述轴承阻尼器能够在所述轴承内圈的作用下发生塑性变形，以调整所述轴承间隙。

第三方面，本发明提供一种推力轴承，用于安装于转轴上，所述推力轴承包括：

推力盘，所述推力盘连接于所述转轴上；

以及，穿设于所述转轴上的第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子分别设置于所述推力盘的相对两侧；

所述第一定子和所述第二定子中，每个定子包括定子本体、压板和第一方面中所述的轴承阻尼器，所述轴承阻尼器设置于所述定子本体和所述压板之间，所述压板设置于所述定子本体的靠近所述推力盘的一侧，所述压板与所述推力盘之间具有轴承间隙；

其中，所述轴承阻尼器能够在所述压板的作用下发生塑性变形，以调整所述轴承间隙。

第四方面，本发明提供一种转子系统，包括转轴、推力轴承和至少两个径向轴承，所述推力轴承和所述至少两个径向轴承均安装于所述转轴上，所述推力轴承和所述至少两个径向轴承均为非接触式轴承；

其中，所述至少两个径向轴承中的至少一个径向轴承为第二方面中所述的径向轴承；和/或，所述推力轴承为第三方面中所述的推力轴承。

本发明中，通过在非接触轴承中设置轴承阻尼器，以实现利用轴承阻尼器自身的塑性变形对静止部件与旋转部件之间的轴承间隙进行调整与矫正。这样，通过在轴承中设置了上述轴承阻尼器，使得轴承加工精度和装配精度的要求降低，并使得轴承的静止部件与旋转部件之间保持较稳定的配合精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是一种轴承阻尼器的结构示意图之一；

图2是一种轴承阻尼器的结构示意图之二；

图3是径向轴承的结构示意图；

图4是图3中A-A向的剖视图；

图5是径向轴承的一种动压发生槽的结构示意图；

图6是径向轴承的另一种动压发生槽的结构示意图；

图7是推力轴承的结构示意图；

图8是推力轴承的一种动压发生槽的结构示意图；

图9是推力轴承的另一种动压发生槽的结构示意图；

图10至图27是本发明实施例提供的各种水平转子系统的结构示意图；

图28至图45是本发明实施例提供的各种立式转子系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一方面，本发明实施例提供一种轴承阻尼器，如图1至图2所示，该轴承阻尼器用于安装于非接触式轴承内，例如非接触式的径向轴承、非接触式的推力轴承等等。该轴承阻尼器由形状记忆材料制成，该轴承阻尼器能够通过塑性变形调整静止部件与旋转部件之间的轴承间隙。

本发明实施例中，通过轴承阻尼器自身的塑性变形实现对静止部件与旋转部件之间的轴承间隙进行调整与矫正，从而使得轴承加工精度和装配精度的要求降低。由于轴承阻尼器由形状记忆材料制成，因此，在轴承阻尼器产生塑性变形后，轴承阻尼器的形状将保持不变，从而使得轴承的静止部件与旋转部件之间保持较稳定的配合精度。

本发明实施例的轴承阻尼器可以用于径向轴承，也可以用于推力轴承。

轴承阻尼器用于径向轴承时，轴承阻尼器能够通过塑性变形调整径向轴承与转轴之间的轴承间隙，这时，静止部件为径向轴承，旋转部件为套设于径向轴承内的转轴。轴承阻尼器用于径向轴承时，能够矫正径向轴承与转轴之间的同轴度，降低径向轴承与转轴的加工精度和装配精度，减少了碰轴现象的发生。

轴承阻尼器用于推力轴承时，轴承阻尼器能够通过塑性变形调整推力轴承的定子与推力盘之间的轴承间隙，这时，静止部件为推力轴承的定子，旋转部件为推力轴承的推力盘。轴承阻尼器用于推力轴承时，能够矫正推力轴承的推力盘与定子之间的平行度，从而可以降低推力轴承的推力盘和定子在平面度上的加工精度和装配精度。

关于轴承阻尼器用于径向轴承和推力轴承的具体实施方式，后文将进行详细的说明。

轴承阻尼器可以由形状记忆金属或形状记忆聚合物制成，其中，形状记忆金属可以为钛镍合金、铜锌合金、铜铝镍合金、铜钼镍合金及铜金锌合金中的任意一种。若轴承的工作环境为高温环境，则轴承阻尼器530可选择耐高温(例如300℃以上)的形状记忆金属。

需要说明的是，使轴承阻尼器产生塑性变形的动力来源于非接触式轴承与转轴之间的气膜压力、转轴重力和转轴负载的对轴承内部件的共同作用力。下文将结合不同的轴承分别进行具体说明。

本发明实施例中，轴承阻尼器可以包括至少两个调整单元531，轴承阻尼器可以为上述至少两个调整单元连续设置形成的整体器件，也可以包括至少两个独立设置的调整构件，该调整构件可包括至少一个调整单元531，例如，一个调整单元531即为一个调整构件，两个调整单元531形成一个调整构件，三个调整单元531形成一个调整构件，等等。可以理解的，当一个调整单元531形成一个调整构件时，调整单元531即等同于调整构件。当轴承阻尼器为至少两个调整单元连续设置形成的整体器件时，一方面，在安装时可以更加快捷；另一方面，不同尺寸或种类的轴承可能需要配置不同类型的轴承阻尼器，其适用范围较为局限。当轴承阻尼器包括至少两个独立设置的调整构件时，独立设置的调整构件可以适用于任何轴承，只需要根据轴承的尺寸或种类配置合适数量的调整构件，或者将多个调整构件排布为适用于轴承的形状即可。

本发明实施例中，调整单元531可以为半壳体结构，包括凸起部532和支撑部533，凸起部532与支撑部533一体成型。该凸起部532的外表面为平滑的弧形曲面，该支撑部533自凸起部532向四周平滑伸展。整个调整单元531可以以凸起部532作为调整单元531产生塑性变形的部位，支撑部533可以作为支撑整个调整单元531的部位。将调整单元531设置为上述半壳体结构，使得调整单元531在受力前后均处于较稳定的状态。

除了上述半壳体结构之外，调整单元531还可以是波浪形结构、锯齿形结构、球壳结构、半球壳结构等等。

本发明实施例中，为了使调整单元531具有较佳的塑性变形性能，调整单元531的厚度不宜过大；为了使调整单元531具有较稳定的力学性能，调整单元531的高度不宜过大。调整单元531的高度H可以为1mm至3mm之间，调整单元531的厚度L可以为0.1mm至0.3mm之间。

本发明实施例中，通过在非接触轴承中设置轴承阻尼器，以实现利用轴承阻尼器自身的塑性变形对静止部件与旋转部件之间的轴承间隙进行调整与矫正。这样，通过在轴承中设置了上述轴承阻尼器，使得轴承加工精度的要求降低，并使得轴承的静止部件与旋转部件之间保持较稳定的配合精度。并且，上述轴承阻尼器结构简单、生产加工方便，不需要改变原来轴承的结构，适用于大范围应用。

第二方面，本发明实施例提供一种径向轴承，如图3至图6所示，径向轴承500，用于安装于转轴100上，径向轴承500包括：

轴承本体520；

套设于转轴100上的轴承内圈540，轴承内圈540与转轴100之间具有轴承间隙，轴承内圈540套设于轴承本体520内，且能够在轴承本体520内移动；

以及，设置于轴承内圈540与轴承本体520之间的轴承阻尼器530，该轴承阻尼器530可以与轴承本体520的内径面相贴设置，该轴承阻尼器530由形状记忆材料制成，该轴承阻尼器530能够在轴承内圈540的作用下发生塑性变形，以调整轴承间隙。

本发明实施例中，径向轴承500安装于转轴100上，在转轴100启动后，径向轴承500的轴承内圈540在气膜压力、转轴重力和转轴负载的共同作用下调整自身的位置，以使转轴100和轴承内圈540之间的轴承间隙满足轴承平稳运转的需求。这样，径向轴承500与转轴100之间的配合精度，即同轴度得到调整或矫正。

在上述过程中，轴承阻尼器530在轴承内圈540的挤压作用下发生了相应的塑性变形，进而将轴承内圈540支撑在新的平衡位置，完成转轴100和轴承内圈540之间同轴度的调整或矫正，以避免转轴100对轴承内圈540造成磨损和损坏。

如前所述，轴承阻尼器530可以包括至少两个调整单元531，轴承阻尼器可以为上述至少两个调整单元连续设置形成的整体器件，也可以包括至少两个独立设置的调整构件，该调整构件可包括至少一个调整单元531。

如前所述，调整单元531为半壳体结构，包括凸起部532和支撑部533，凸起部532与支撑部533一体成型；该凸起部532朝向轴承内圈540，支撑部533与轴承本体520的内径面相贴设置；该凸起部532能够在轴承内圈540的作用下发生塑性变形，以调整轴承间隙，即轴承内圈540与转轴100之间的间隙。

在转轴100启动后的轴承初始运转阶段，轴承内圈540在径向上移动或者轴向上绕轴线摆动一定角度，以调整转轴100与轴承内圈540的同轴度，直至达到轴承平稳运转状态。在上述调整过程中，由于调整单元531由记忆金属构成，被挤压一侧的调整单元531的凸起部532受压发生塑性变形，并且保持在该变形状态。通过调整单元531的变形能够矫正径向轴承和转轴之间的同轴度，从而可以降低轴承内圈540和转轴100的加工精度和装配精度，减小了碰轴现象的发生。

如前所述，调整单元531的高度H可以为1mm至3mm之间，调整单元531的厚度L可以为0.1mm至0.3mm之间。

本发明实施例中，调整构件可沿轴承本体520的内径面周向均布，形成呈环状排布的轴承阻尼器530；调整构件还可沿轴承本体520的内径面轴向均布，形成呈线型排布的轴承阻尼器530；调整构件还可沿轴承本体520的内径面周向均布，且沿轴承本体520的内径面轴向均布，形成呈多环排布的轴承阻尼器530。上述调整构件的设置方式均可以使轴承间隙的调整过程更加平稳，使得轴承间隙更加均匀。

本发明实施例中，在径向轴承500首次运转之前，可在转轴100的对应安装径向轴承500的位置设置保护层，以保护转轴100和径向轴承500的配合面。具体的，可在转轴100的对应安装径向轴承500的位置的两端设置保护层。这样，在转轴100启动或校正阶段，保护层先与轴承内圈540之间发生摩擦，从而对转轴100与轴承内圈540的配合面起到保护作用。该保护层可以采用特佛伦、石墨、巴氏合金等材料，该保护层可以采用涂覆的方式设置于转轴100上。

本发明实施例中的径向轴承500可以是动压气体轴承、静压气体轴承、动静压混合气体轴承等气体轴承中的任一种。

当径向轴承500为动压气体轴承时，轴承内圈540的内径面或转轴100朝向轴承内圈540的圆周面上设置有动压发生槽541。

该动压发生槽541可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压而形成。为便于动压发生槽541的加工，轴承内圈540可以由不锈钢材料制成。在转轴100相对于轴承内圈540高速转动时，在动压发生槽541内产生空气动压，使转轴100上浮。其中，上浮的量随动压发生槽541的角度、槽宽、槽数、长度、深度以及平面度的不同而变化。此外，动压发生槽541内产生的空气动压的大小也和转轴100的旋转速度以及轴承间隙有关。可以根据实际工况对动压发生槽541的参数进行设计。

动压发生槽541可以设置在转轴100上对应轴承内圈540的圆周面的中间部分，也可以设置为对称分布在中间部分的两侧、相互独立的两部分动压发生槽541；动压发生槽541还可以设置在轴承内圈540内径面的中间部分，也可以设置为对称分布在轴承内圈540内径面两端、相互独立的两部分动压发生槽541。

本发明实施例中，动压发生槽541可呈矩阵排布。这样，有利于使气膜更均匀地分布于轴承间隙内。

本发明实施例中，动压发生槽541可为连续或间隔设置的V形槽。这样，能够在转轴100正向旋转或者反向旋转的情况下，转轴100都能以期望的方式非接触式地保持，从而使转轴100具有负载能力高及稳定性好的优点。动压发生槽541除了设置为V形槽，还可以设置为人字形槽或其它形状的槽。

当径向轴承500为静压气体轴承时，径向轴承还设置有连通轴承间隙与外接气源的静压进气节流孔521，静压进气节流孔521用于将外接气源输送至轴承间隙内。该静压进气节流孔521的流通直径可以根据气量需求等实际工况进行调节。

本发明实施例中，静压进气节流孔521可依次穿过轴承本体520、轴承阻尼器530和轴承内圈540，将轴承间隙与外接气源连通。

本发明实施例中，静压进气节流孔521在径向轴承500内分成至少两个支路连通至轴承间隙内。这样，能够使径向轴承500的轴承间隙内的气膜压力更加均匀。其中，静压进气节流孔521以及各支路的流通直径可以根据气量需求等实际工况进行调节。

当径向轴承500为动静压混合气体轴承时，该径向轴承500既设置有动压发生槽541，也设置有静压进气节流孔521。由于前述已经分别对动压发生槽541和静压进气节流孔521进行说明，为避免重复，此处不再赘述。

本发明实施例的径向轴承500还可以为气磁混合轴承，即在上述任一种气体轴承的基础上，在轴承本体520上设置有多个磁性部件，转轴100上也可相应地设置磁性部件，这样，转轴100能够在多个磁性部件的磁力作用下在转轴100的径向方向上移动。

第三方面，本发明实施例提供一种推力轴承，如图7至图9所示，推力轴承700，用于安装于转轴100上，推力轴承700包括：

推力盘710，推力盘710连接于转轴100上；

以及，穿设于转轴100上的第一定子720和第二定子730，第一定子720和第二定子730分别设置于推力盘710的相对两侧；

第一定子720和第二定子730中，每个定子包括定子本体、压板和轴承阻尼器530，轴承阻尼器530设置于定子本体和压板之间，压板设置于定子本体的靠近推力盘的一侧，压板与推力盘710之间具有轴承间隙；

其中，该轴承阻尼器530由形状记忆材料制成，轴承阻尼器530能够在压板的作用下发生塑性变形，以调整轴承间隙。

具体的，第一定子720包括第一定子本体722、轴承阻尼器530和第一压板723，在第一定子本体722的朝向推力盘710的端面安装有轴承阻尼器530，紧贴该轴承阻尼器530安装有第一压板723；第二定子730包括第二定子本体732、轴承阻尼器530和第二压板733，在第二定子本体732的朝向推力盘710的端面安装有轴承阻尼器530，紧贴该轴承阻尼器530安装有第二压板733。

在转轴100启动后的轴承初始运转阶段，第一压板723和第二压板733在气膜压力、转轴100的轴向负载的共同作用下调整自身的位置，以使第一定子720、第二定子730和推力盘710之间的间隙满足轴承平稳运转的需求。在此过程中，轴承阻尼器530在第一压板723或第二压板733的挤压作用下发生相应的塑性变形，进而将第一压板723和第二压板733支撑在新的平衡位置，完成推力盘710与第一定子720、第二定子730之间平行度的矫正，以避免推力盘710与第一定子720、第二定子730之间的磨损和碰撞。这样便完成了推力轴承700的推力盘710与第一定子720、第二定子730之间的配合精度，即平行度的矫正。

如前所述，轴承阻尼器530可以包括至少两个调整单元531，轴承阻尼器可以为上述至少两个调整单元连续设置形成的整体器件，也可以包括至少两个独立设置的调整构件，该调整构件可包括至少一个调整单元531。

如前所述，调整单元531为半壳体结构，包括凸起部532和支撑部533，凸起部532与支撑部533一体成型。对于第一定子720而言，该凸起部532朝向第一压板723，支撑部533与第一定子本体722相贴设置；对于第二定子730而言，该凸起部532朝向第二压板733，支撑部533与第二定子本体732相贴设置。该凸起部532能够在第一压板723或第二压板733的作用下发生塑性变形，以调整轴承间隙。

在转轴100启动后的轴承初始运转阶段，第一压板723或第二压板733在轴向上移动或者绕轴线摆动一定角度，以调整推力盘710与第一定子720、第二定子730之间的平行度，直至达到轴承平稳运转状态。在上述调整过程中，由于调整单元531由记忆金属构成，被挤压一侧的调整单元531的凸起部532受压发生塑性变形，并且保持在该变形状态。通过调整单元531的变形能够矫正推力盘710与第一定子720、第二定子730之间的平行度，从而可以降低推力盘710、第一定子720和第二定子730在平面度上的加工精度和装配精度。

如前所述，调整单元531的高度H可以为1mm至3mm之间，调整单元531的厚度L可以为0.1mm至0.3mm之间。

本发明实施例中，调整构件可分别沿第一定子本体722和第二定子本体732的端面周向均布，形成呈环状排布的轴承阻尼器530；调整构件还可分别沿第一定子本体722和第二定子本体732的端面径向均布，形成呈线型排布的轴承阻尼器530；调整构件还可分别沿第一定子本体722和第二定子本体732的端面周向均布，且分别沿第一定子本体722和第二定子本体732的端面径向均布，以使调整构件分别沿第一定子本体722和第二定子本体732的端面分布有多圈，形成呈多环排布的轴承阻尼器530。上述调整构件的设置方式均可以使轴承间隙的调整过程更加平稳，使得轴承间隙更加均匀。

本发明实施例中的推力轴承700可以是动压气体轴承、静压气体轴承、动静压混合气体轴承等气体轴承中的任一种。

当推力轴承700为动压气体轴承时，压板的朝向推力盘710的端面或推力盘710的朝向压板的端面上设置有动压发生槽741。对于第一定子720而言，第一压板723的朝向推力盘710的端面或推力盘710的朝向第一压板723的端面上设置有动压发生槽741；对于第二定子730而言，第二压板733的朝向推力盘710的端面或推力盘710的朝向第二压板733的端面上设置有动压发生槽741。

该动压发生槽741可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压而形成。为便于动压发生槽741的加工，第一压板723和第二压板733可以由不锈钢材料制成。在推力盘710高速转动时，存在于轴承间隙的流动气体被压入动压发生槽741内，从而产生压力，以实现推力盘710沿轴向方向被非接触地保持。其中，动压发生槽741产生压力的大小随动压发生槽741的角度、槽宽、槽数、长度、深度以及平面度的不同而变化。此外，动压发生槽741内产生的空气动压的大小也和推力盘710的旋转速度以及轴承间隙有关。可以根据实际工况对动压发生槽741的参数进行设计。

本发明实施例中，动压发生槽741可呈辐射状或同心圆状排布。这样，有利于使气膜更均匀地分布于轴承间隙内。

本发明实施例中，动压发生槽741可包括第一螺旋槽7411和第二螺旋槽7412，第一螺旋槽7411环绕于第二螺旋槽7412外，第一螺旋槽7411和第二螺旋槽7412的螺旋走向相反，第一螺旋槽7411的靠近第二螺旋槽7412的一端与第二螺旋槽7412的靠近第一螺旋槽7411的一端连接或断开。

其中，第一螺旋槽7411的靠近第二螺旋槽7412的一端至转轴100的轴心的距离等于第一螺旋槽7411的靠近第二螺旋槽7412的一端至第一压板723和第二压板733或推力盘710的外周边缘的距离。或者，第二螺旋槽7412的靠近第一螺旋槽7411的一端至转轴100的轴心的距离等于第二螺旋槽7412的靠近第一螺旋槽7411的一端至第一压板723和第二压板733或推力盘710的外周边缘的距离。

本发明实施例中，通过采用上述动压发生槽741的设置方式，能够在转轴100正向旋转或者反向旋转的情况下，推力盘710都能以期望的方式非接触式地保持，从而使转轴100具有负载能力高及稳定性好的优点。

当推力轴承700为静压气体轴承时，第一定子720上还设置有连通轴承间隙与外接气源的第一静压进气节流孔721，第二定子730上还设置有连通轴承间隙与外接气源的第二静压进气节流孔731。第一静压进气节流孔721和第二静压进气节流孔731分别用于将外接气源输送至轴承间隙内。第一静压进气节流孔721和第二静压进气节流孔731的流通直径可以根据气量需求等实际工况进行调节。

本发明实施例中，第一静压进气节流孔721可依次穿过第一定子本体722、轴承阻尼器530和第一压板723，将轴承间隙与外接气源连通；第二静压进气节流孔731可依次穿过第二定子本体732、轴承阻尼器530和第二压板733，将轴承间隙与外接气源连通。

当推力轴承700为动静压混合气体轴承时，该推力轴承700既设置有动压发生槽741，也设置有第一静压进气节流孔721和第二静压进气节流孔731。由于前述已经分别对动压发生槽741、第一静压进气节流孔721和第二静压进气节流孔731进行说明，为避免重复，此处不再赘述。

本发明实施例的推力轴承700还可以为气磁混合轴承，即在上述任一种气体轴承的基础上，在推力盘710上设置有第一磁性部件，在第一定子本体722和第二定子本体732中还设置有多个第二磁性部件，推力盘710能够在第一磁性部件和多个第二磁性部件之间的磁力作用下在转轴100的轴向方向上移动。

第四方面，本发明实施例提供一种使用第二方面中的径向轴承或第三方面中的推力轴承的转子系统，该转子系统可以是水平转子系统，也可以是立式转子系统。

本发明实施例中，一种转子系统，包括转轴和至少两个径向轴承，至少两个径向轴承套设于转轴上，至少两个径向轴承均为非接触式轴承；

其中，至少两个径向轴承中的至少一个径向轴承为第二方面提供的任一种径向轴承。

可选的，转轴的轴体为一体结构，转轴水平设置或竖向设置；

转轴上依次设置有电机、压气机和透平；

转轴上还设置有推力轴承，推力轴承为非接触式轴承；

其中，推力轴承设置于透平的靠近压气机的一侧的预设位置上，预设位置为能够使转子系统的重心位于至少两个径向轴承中相距最远的两个径向轴承之间的位置。

进一步的，该转子系统中的推力轴承可以为第三方面提供的任一种推力轴承。

发明实施例中，一种转子系统，包括转轴和第三方面提供的任一种推力轴承，推力轴承安装于转轴上。

可选的，转轴的轴体为一体结构，转轴水平设置或竖向设置；

转轴上依次设置有电机、压气机和透平；

转轴上还设置有至少两个径向轴承，至少两个径向轴承均为非接触式轴承；

其中，推力轴承设置于透平的靠近压气机的一侧的预设位置上，预设位置为能够使转子系统的重心位于至少两个径向轴承中相距最远的两个径向轴承之间的位置。

进一步的，该转子系统中的径向轴承可以为第二方面提供的任一种径向轴承。

以下提供水平转子系统的多种实施方式。

如图10所示，一种水平转子系统，包括转轴100、透平200、压气机300、电机400、第一径向轴承500、第二径向轴承600和推力轴承700，所述转轴100穿过依次设置的第一径向轴承500、推力轴承700、电机400、压气机300、第二径向轴承600和透平200，所述转轴100在所述第一径向轴承500、推力轴承700的定子、电机400的定子和第二径向轴承600内旋转，所述转轴100与推力轴承700的推力盘以及透平200的涡轮、压气机300的压缩轮固定连接，根据整个水平转子系统(包括电机400的重量)，调整所述推力轴承700的质量和/或轴向位置，使所述整个转子系统的重心落在第一径向轴承500和第二径向轴承600之间，优选落在压气机300上。

如图11所示，当透平的涡轮重量过大，将推力轴承700设置在第一径向轴承500和电机400之间时，整个水平转子系统重心仍无法落在最远两个径向轴承之间时，则采用实施例2所示的水平转子系统，其与实施例1所述水平转子系统的区别仅在于将所述推力轴承700进一步前移，位于第一径向轴承500的前端(其中电机至涡轮的方向即从前到后)。

图10至图11示出的水平转子系统适用于重质的透平涡轮，譬如涡轮的材质为金属。

对于轻质的透平涡轮，譬如透平涡轮的材质为陶瓷材料、陶瓷纤维复合材料等，当推力轴承700的推力盘的直径较小，不会挡住燃气轮机进口时，则采用如图12所示的水平转子系统，其与图10示出的水平转子系统的区别仅在于后移推力轴承700的位置，使其位于电机400和压气机300之间，且推力轴承700的推力盘的直径较小，不会挡住燃气轮机进口。

为提高整个水平转子系统的稳定性，在图10至图12示出的水平转子系统上加以改进。对于图10和图11示出的水平转子系统，在电机400和压气机300之间增加第三径向轴承800，对于图12示出的水平转子系统，在推力轴承700和压气机300之间或者在电机400和推力轴承700之间设置第三径向轴承800，具体参见图13至图16。

当电机重量过大，无法通过前移推力轴承，使整个转子系统的重心位于最远2个径向轴承之间时，在原有悬臂式结构的水平转子系统上，取消联轴器，在整个转子系统两端设置径向轴承，使整个转子系统呈纺锤体形，以使整个转子系统结构稳定，避免高速旋转时发生失稳情况，满足目前燃气轮机高转速的要求，在此基础上，由于推力轴承含有磁性元件时，磁性元件无法耐受透平传来的高温热，在推力轴承700和透平200之间增加一个径向轴承，以使得推力轴承700远离透平200，不受高温影响，具体参见图17。

如图17所示，一种水平转子系统，包括转轴100、透平200、压气机300、电机400、第一径向轴承500、第二径向轴承600、推力轴承700和第四径向轴承801，所述转轴100穿过依次设置的第一径向轴承500、电机400、压气机300、推力轴承700、第二径向轴承600、透平200和第四径向轴承801，所述转轴100在所述第一径向轴承500、电机400的定子、推力轴承700的定子、第二径向轴承600和第四径向轴承801内旋转，所述转轴100与推力轴承700的推力盘以及透平200的涡轮、压气机300的压缩轮固定连接。

为提高整个水平转子系统的稳定性，在图17示出的水平转子系统上加以改进，在电机400和压气机300之间增加第三径向轴承800，具体参见图18。

优选的，第一径向轴承500、第二径向轴承600和第三径向轴承800、第四径向轴承801均为非接触性径向轴承。

优选的，第二径向轴承600、第四径向轴承801为气体静压径向轴承和气体动压径向轴承结合的动静压混合径向轴承。

优选的，第一径向轴承500和第三径向轴承800为气磁混合径向轴承。

优选的，电机400为流体动压轴承电机，所述转轴100上对应电机400的部分设置有动压发生槽。

优选的，透平200靠近第二径向轴承600的端面设置有隔热材料，譬如气凝胶。

优选的，压气机300为离心压气机。

优选的，透平涡轮为离心式涡轮。

优选的，在第二径向轴承600为气体静压径向轴承和气体动压径向轴承结合的动静压混合径向轴承的基础上，增加磁性元件，形成气磁混合径向轴承，其结构与第一径向轴承500和第三径向轴承800为气磁混合轴承时的结构基本相同，区别仅在于第二径向轴承600靠近透平200位置处不设置磁性元件，因为磁性元件不耐高温，对应于图10至图18，将第二径向轴承600设置为气磁混合径向轴承的水平转子系统的结构示意图分别如图19至图27所示。

以下提供立式转子系统的多种实施方式。

如图28所示，一种立式转子系统，包括转轴100、透平200、压气机300、电机400、第一径向轴承500、第二径向轴承600和推力轴承700，所述转轴100穿过依次设置的第一径向轴承500、推力轴承700、电机400、压气机300、第二径向轴承600和透平200，所述转轴100在所述第一径向轴承500、推力轴承700的定子、电机400的定子和第二径向轴承600内旋转，所述转轴100与推力轴承700的推力盘以及透平200的涡轮、压气机300的压缩轮固定连接，根据整个立式转子系统(包括电机400的重量)，调整所述推力轴承700的质量和/或轴向位置，使所述整个转子系统的重心落在第一径向轴承500和第二径向轴承600之间，优选落在压气机300上。

如图29所示，其与图28示出的立式转子系统的区别仅在于将所述推力轴承700前移，位于第一径向轴承500的前端(其中电机至涡轮的方向即从前到后)。

当推力轴承700的推力盘的直径较小，不会挡住燃气轮机进口时，则采用如图30所示的立式转子系统，其与图28示出的立式转子系统的区别仅在于后移推力轴承700的位置，使其位于电机400和压气机300之间，且推力轴承700的推力盘的直径较小，不会挡住燃气轮机进口。

为提高整个立式转子系统的稳定性，在图28至图30示出的立式转子系统上加以改进。对于图28和图29示出的立式转子系统，在电机400和压气机300之间增加第三径向轴承800；对于图30示出的立式转子系统，在推力轴承700和压气机300之间或者在电机400和推力轴承700之间设置第三径向轴承800，具体参见图31至图34。

特殊工况下，无法前移推力轴承，则在整个转子系统两端设置径向轴承，使整个转子系统呈纺锤体形，以使整个转子系统结构稳定，在此基础上，由于推力轴承含有磁性元件时，磁性元件无法耐受透平传来的高温热，在推力轴承700和透平200之间增加一个径向轴承，以使得推力轴承700远离透平200，不受高温影响，具体参见图35。

如图35所示，一种立式转子系统，包括转轴100、透平200、压气机300、电机400、第一径向轴承500、第二径向轴承600、推力轴承700和第四径向轴承801，所述转轴100穿过依次设置的第一径向轴承500、电机400、压气机300、推力轴承700、第二径向轴承600、透平200和第四径向轴承801，所述转轴100在所述第一径向轴承500、电机400的定子、推力轴承700的定子、第二径向轴承600和第四径向轴承801内旋转，所述转轴100与推力轴承700的推力盘以及透平200的涡轮、压气机300的压缩轮固定连接。

为提高整个立式转子系统的稳定性，在图35的立式转子系统上加以改进，在电机400和压气机300之间增加第三径向轴承800，具体参见图36。

优选的，第一径向轴承500、第二径向轴承600和第三径向轴承800、第四径向轴承801均为非接触性径向轴承。

优选的，第二径向轴承600、第四径向轴承801为气体静压径向轴承和气体动压径向轴承结合的动静压混合径向轴承。

优选的，第一径向轴承500和第三径向轴承800为气磁混合径向轴承。

优选的，电机400为流体动压轴承电机，转轴100上对应电机400的部分设置有动压发生槽。

优选的，透平200靠近第二径向轴承600的端面设置有隔热材料，譬如气凝胶。

优选的，压气机300为离心压气机。

优选的，透平涡轮为离心式涡轮。

优选的，第一径向轴承500、第二径向轴承600和第三径向轴承800、第四径向轴承801均为非接触性径向轴承时，转轴100未启动时，转轴100与轴承套530同心设置，转轴100启动后，使得转轴100的轴心偏离轴承套530的轴心的任意一侧，且偏心率ε为0.3至0.5，以保证轴承套530与转轴100之间能够形成楔状间隙，在转轴回转时，气体被压入楔状间隙，从而产生压力来支撑负载。偏心率

其中，e为转轴的轴心与轴承套的轴心的距离，R为轴承套的内径，r为转轴的内径，R-r为轴承间隙。

优选的，在第二径向轴承600为气体静压径向轴承和气体动压径向轴承结合的动静压混合径向轴承的基础上，增加磁性元件，形成气磁混合径向轴承，其结构与第一径向轴承500和第三径向轴承800为气磁混合轴承时的结构基本相同，区别仅在于第二径向轴承600靠近透平200位置处不设置磁性元件，因为磁性元件不耐高温，对应于图28至图36，将第二径向轴承600设置为气磁混合径向轴承的立式转子系统的结构示意图分别如图37至图45所示。

上述水平转子系统和立式转子系统均适用于燃气轮机发电联合机组，优选微燃气轮机发电联合机组，其中，微燃气轮机除包括压气机(优选离心式压气机)、透平(透平200的涡轮优选离心式涡轮)外，还包括燃烧室(优选环形燃烧室)、回热器等。

微燃气轮机发电联合机组的工作过程如下：

以下为了便于描述，我们将不需要轴转动就能起到润滑作用的轴承定义为静压轴承，轴转动到一定速度时才能工作的轴承定义为动压轴承。依此逻辑，在以下描述中，将电磁轴承和静压气体轴承统称为静压轴承，将动压气体轴承称为动压轴承。

S1：轴承启动：控制系统分别启动径向轴承和推力轴承中的静压轴承部分，使得转轴100顶起悬空至预定位置，推力盘701到达第一定子702和第二定子703之间的预定位置，与所述第一定子702和第二定子703的端面均有间隙；

S2：微燃气轮机启动工作，空气由进气道进入离心式压气机，被压缩后通过回热器，由透平200的涡轮排出的高温气体对压气机300出口的被压缩的空气进行预加热；预加热后的空气进入燃烧室和燃料混合燃烧，燃烧室充分燃烧后的高温高压气体对透平200的涡轮进行冲击，使涡轮旋转，涡轮排气进入回热器对压气机出口气流预加热后由尾气管排出，由于涡轮与压气机连接，从而涡轮旋转带动压气机一起旋转并拖动前端发电机旋转发电输出轴功，在此过程中，所述转轴100的转速达到预定值时，优选，额定转速的5％-30％时，控制系统分别控制径向轴承和推力轴承中的静压轴承部分停止工作，当转轴100的转速过一阶临界或二阶临界速度时，控制系统分别控制径向轴承和推力轴承的静压轴承部分启动，直至平稳度过临界速度后，控制系统分别控制径向轴承和推力轴承中的静压轴承部分停止工作。

S3：停机，微燃气轮机停止工作，转轴100的转速逐渐下降，当转轴100转速过一阶临界或二阶临界速度时，控制系统分别控制径向轴承和推力轴承的静压轴承部分启动，直至平稳度过临界速度后，控制系统分别控制径向轴承和推力轴承中的静压轴承部分停止工作；所述转轴100的转速降至预定值时，优选，额定转速的5％-30％时，控制系统分别控制径向轴承和推力轴承的静压轴承部分启动直至转速降为0后，所述控制系统分别控制径向轴承和推力轴承中的静压轴承部分停止工作。

优选的，步骤S1中，所述进气道由发电机的外壳和微燃气轮机外壳组成，所述空气由进气道进入离心式压气机的过程中对发电机起到冷却作用。

优选的，所述压气机300包括动叶和静叶，进一步优选，所述静叶为扩压器，所述步骤S2中：“空气由进气道进入离心式压气机，被压缩”的过程为：空气进入离心式压气机动叶被压缩后进入周向布置的扩压器(静止部件)继续被压缩。

优选的，所述透平200的涡轮包括静叶和动叶，进一步优选，所述静叶为喷嘴，所述步骤S2中“所述燃烧室充分燃烧后的高温高压气体对透平200的涡轮进行冲击，使涡轮旋转”的过程为：所述燃烧室充分燃烧后的高温高压气体通过燃烧室出口周向布置的喷嘴(静止部件)进行膨胀加速后，对涡轮动叶进行冲击(即燃气继续膨胀并对涡轮作功)，使涡轮旋转。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种轴承阻尼器，其特征在于，所述轴承阻尼器用于安装于非接触式轴承内，所述轴承阻尼器由形状记忆材料制成，所述轴承阻尼器能够通过塑性变形调整静止部件与旋转部件之间的轴承间隙。

2.根据权利要求1所述的轴承阻尼器，其特征在于，所述轴承阻尼器包括至少两个调整单元；

所述轴承阻尼器为所述至少两个调整单元连续设置形成的整体器件；或者，

所述轴承阻尼器包括至少两个独立设置的调整构件，所述调整构件包括至少一个所述调整单元。

3.根据权利要求2所述的轴承阻尼器，其特征在于，所述调整单元为半壳体结构，包括凸起部和支撑部，所述凸起部与所述支撑部一体成型。

4.一种径向轴承，其特征在于，所述径向轴承包括：

轴承本体；

套设于所述轴承本体内的轴承内圈，所述轴承内圈与套设于轴承内圈内的转轴之间具有轴承间隙；

以及，设置于所述轴承内圈与所述轴承本体之间的权利要求1至3中任一项所述的轴承阻尼器，所述轴承阻尼器能够在所述轴承内圈的作用下发生塑性变形，以调整所述轴承间隙。

5.根据权利要求4所述的径向轴承，其特征在于，所述轴承阻尼器的调整单元为半壳体结构；

所述轴承阻尼器的凸起部朝向所述轴承内圈，所述轴承阻尼器的支撑部与所述轴承本体的内径面相贴设置；

所述凸起部能够在所述轴承内圈的作用下发生塑性变形，以调整所述轴承间隙。

6.根据权利要求4所述的径向轴承，其特征在于，所述轴承阻尼器包括至少两个独立设置的调整构件；

所述调整构件沿所述轴承本体的内径面周向均布；和/或，

所述调整构件沿所述轴承本体的内径面轴向均布。

7.根据权利要求4所述的径向轴承，其特征在于，所述轴承内圈的内径面或所述转轴朝向所述轴承内圈的圆周面上设置有动压发生槽；

和/或，

所述径向轴承设置有连通所述轴承间隙与外接气源的静压进气节流孔，所述静压进气节流孔用于将外接气源输送至所述轴承间隙内；

和/或，

所述轴承本体上设置有多个磁性部件，所述转轴能够在所述多个磁性部件的磁力作用下在所述转轴的径向方向上移动。

8.一种推力轴承，用于安装于转轴上，其特征在于，所述推力轴承包括：

推力盘，所述推力盘连接于所述转轴上；

以及，穿设于所述转轴上的第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子分别设置于所述推力盘的相对两侧；

所述第一定子和所述第二定子中，每个定子包括定子本体、压板和权利要求1至3中任一项所述的轴承阻尼器，所述轴承阻尼器设置于所述定子本体和所述压板之间，所述压板设置于所述定子本体的靠近所述推力盘的一侧，所述压板与所述推力盘之间具有轴承间隙；

其中，所述轴承阻尼器能够在所述压板的作用下发生塑性变形，以调整所述轴承间隙。

9.根据权利要求8所述的推力轴承，其特征在于，所述轴承阻尼器的调整单元为半壳体结构；

所述轴承阻尼器的凸起部朝向所述压板，所述轴承阻尼器的支撑部与所述定子本体相贴设置；

所述凸起部能够在所述压板的作用下发生塑性变形，以调整所述轴承间隙。

10.根据权利要求8所述的推力轴承，其特征在于，所述轴承阻尼器包括至少两个独立设置的调整构件；

所述调整构件沿所述定子本体的端面周向均布；和/或，

所述调整构件沿所述定子本体的端面径向均布。

11.根据权利要求8所述的推力轴承，其特征在于，所述压板的朝向所述推力盘的端面或所述推力盘的朝向所述压板的端面上设置有动压发生槽；

和/或，

所述第一定子和所述第二定子中，每个定子上还设置有连通所述轴承间隙与外接气源的静压进气节流孔，所述静压进气节流孔用于将外接气源输送至所述轴承间隙内；

和/或，

所述推力盘上设置有第一磁性部件，所述定子本体上还设置有多个第二磁性部件，所述推力盘能够在所述第一磁性部件和所述多个第二磁性部件之间的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动。

12.一种转子系统，其特征在于，包括转轴、推力轴承和至少两个径向轴承，所述推力轴承和所述至少两个径向轴承均安装于所述转轴上，所述推力轴承和所述至少两个径向轴承均为非接触式轴承；

其中，所述至少两个径向轴承中的至少一个径向轴承为权利要求4至7中任一项所述的径向轴承；和/或，所述推力轴承为权利要求8至11中任一项所述的推力轴承。

13.根据权利要求12所述的转子系统，其特征在于，

所述转轴的轴体为一体结构，所述转轴水平设置或竖向设置；

所述转轴上还依次设置有电机、压气机和透平；

其中，所述推力轴承设置于所述透平的靠近所述压气机的一侧的预设位置上，所述预设位置为能够使所述转子系统的重心位于所述至少两个径向轴承中相距最远的两个径向轴承之间的位置。

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