CN211715530U - 动压气体轴承和旋转机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气体轴承技术领域，特别涉及一种动压气体轴承和旋转机械。本实用新型的动压气体轴承，包括壳体、顶箔和波箔，顶箔的配合单元与波箔的波状单元配合，形成沿着轴承周向连续分布并彼此连通的第一空腔、第一间隙、第二空腔和第二间隙，且第一间隙和第二间隙的通流面积小于第一空腔和第二空腔的通流面积，可以降低气体沿动压气体轴承周向的流通能力，提高动压气体轴承的阻尼特性。

Description

动压气体轴承和旋转机械

技术领域

本实用新型涉及气体轴承技术领域，特别涉及一种动压气体轴承和旋转机械。

背景技术

动压气体轴承被广泛应用于高速机床、离心机和压缩机等旋转机械中，以满足旋转机械更高的转速及温度要求。

作为一种典型的动压气体轴承结构，动压气体轴承包括壳体、顶箔和波箔，顶箔被具有弹性的波箔支承于壳体上，并与转子之间形成工作间隙，该工作间隙为楔形收敛间隙，转子转动时，气体能进入该楔形收敛间隙，并被逐渐压缩，形成气膜，对转子起到支撑作用。这种动压气体轴承也被称为箔片动压气体轴承。

在上述箔片动压气体轴承中，箔片与箔片之间、箔片与壳体之间的摩擦会对其滑动产生一定的限制作用，并以热量的形式产生能量耗散，由此产生阻尼。而阻尼对于降低转子振幅，提高旋转精度有着不可替代的作用，所以，研发具有大阻尼特性的轴承对于提高轴系稳定性有着重要意义。

然而，相关技术中，箔片动压气体轴承的阻尼仍有待提高。

发明内容

本实用新型所要解决的一个技术问题是：提高动压气体轴承的阻尼。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种动压气体轴承，其包括：

壳体，具有供转子插入的轴孔；和

箔片单元，设置在壳体上并包括：

顶箔，用于与转子之间形成工作间隙；和

波箔，位于顶箔与壳体之间，并包括波状单元，波状单元包括彼此连接的第一部分和第二部分，第一部分与壳体的内壁接触，第一部分为波谷和波峰中的一个，第二部分为波谷和波峰中的另一个，且沿着轴孔的周向相邻的两个波状单元的第一部分与第二部分连接；

其中，顶箔包括配合单元，配合单元与波状单元一一对应并包括彼此连接的第一配合部和第二配合部，第一配合部和第二配合部分别与第一部分和第二部分对应，沿着轴孔周向相邻的两个配合单元的第一配合部与第二配合部连接，且第一配合部由第二配合部向第一部分凸出，第一配合部与第一部分之间具有第一间隙，第二配合部与第二部分之间具有第二间隙，第一配合部与和自身相邻的两个第二部分之间分别形成第一空腔和第二空腔，第一间隙和第二间隙的通流面积均小于第一空腔和第二空腔的通流面积。

在一些实施例中，第一配合部包括第一连接体、第二连接体和第三连接体，第一连接体与相邻配合单元的第二配合部连接，第二连接体与和自身对应的同一配合单元的第二配合部连接，且第一连接体和第二连接体均由各自所连接的第二配合部向着靠近第一部分的方向延伸，第三连接体连接第一连接体和第二连接体，第一间隙位于第三连接体与相应的第一部分之间，第一空腔位于第一连接体与和自身相邻的第二部分之间，第二空腔位于第二连接体与和自身相邻的第二部分之间。

在一些实施例中，沿着由顶箔至壳体的方向，第一连接体和第二连接体相互靠拢。

在一些实施例中，第三连接体呈直线形、锯齿形或弧形。

在一些实施例中，第一配合部呈梯形或矩形。

在一些实施例中，波谷呈直线形；和/或，波峰呈弧形。

在一些实施例中，第一部分为波谷，第二部分为波峰。

在一些实施例中，动压气体轴承为轴向动压气体轴承，动压气体轴承包括多个箔片单元，多个箔片单元沿着轴孔的周向布置，且相邻箔片单元之间设有进气通道。

在一些实施例中，波箔与顶箔和壳体之间形成内部流道，且动压气体轴承还包括径向阻流结构，径向阻流结构设置在壳体上，并用于阻断内部流道在轴孔径向方向上与外界的连通。

在一些实施例中，径向阻流结构包括与箔片单元对应的挡圈单元，挡圈单元遮蔽内部流道的沿轴孔径向的两端开口中的至少一个。

在一些实施例中，挡圈单元包括挡圈，挡圈设置于箔片单元的沿轴孔径向的两端中的至少一个处，且挡圈由壳体沿着轴孔的轴向延伸至平齐于或高于顶箔的远离壳体的一端。

在一些实施例中，箔片单元的沿轴孔径向的两端均设有挡圈。

在一些实施例中，挡圈单元与箔片单元一一对应。

在一些实施例中，进气通道上设有气流预选结构，气流预选结构用于使气流经由进气通道流入动压气体轴承时具有沿转子的旋转方向的速度。

在一些实施例中，气流预选结构包括斜槽，斜槽设置在进气通道的沿轴孔径向的两端中的至少一个处，且斜槽相对于轴孔的径向倾斜布置。

在一些实施例中，进气通道的沿轴孔径向的两端均设有斜槽，且进气通道上的两个斜槽相对于轴孔径向的倾斜方向相反。

本实用新型另一方面还提供了一种旋转机械，其包括转子和本实用新型的动压气体轴承，动压气体轴承的顶箔与转子之间形成工作间隙。

本实用新型将顶箔由平箔结构改变为表面具有起伏的箔片结构，可以增加顶箔与波箔之间的间隙密封数量，降低气体沿动压气体轴承周向的流通能力，由于这可以增大摩擦，因此，有利于提高动压气体轴承的阻尼特性。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例进行详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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得其他的附图。

图1示出本实用新型一实施例动压气体轴承与转子的组合结构示意图。

图2示出图1中所示组合结构的主视图。

图3示出图2的A-A剖视图。

图4示出图3的I局部放大示意图。

图5示出图1中动压气体轴承的立体结构示意图。

图6示出图5的主视图。

图7示出图6的B-B剖视图。

图8示出图3的II局部放大示意图。

图9示出图5省略箔片单元后的主视图。

图10示出图9的左视图。

图11示出图9的III局部放大示意图。

图12示出图9的IV局部放大示意图。

图13示出图10的V局部放大示意图。

图中：

1、动压气体轴承；

11、壳体；111、轴孔；1a、箔片单元；12、顶箔；12a、配合单元；121、第一配合部；121a、第一连接体；121b、第二连接体；121c、第三连接体；122、第二配合部；13、波箔；13a、波状单元；131、第一部分；132、第二部分；14、径向阻流结构；14a、挡圈单元；141、挡圈；15、气流预选结构；151、斜槽；

2、转子；

21、转轴；22、推力盘；

G1、第一间隙；G2、第二间隙；V1、第一空腔；V2、第二空腔；q、气体；P、进气通道；F、内部流道；H、高度。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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授权说明书的一部分。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

轴承的阻尼特性影响转子的振幅大小和旋转精度，阻尼越大，越有利于降低转子的振幅，提高转子的旋转稳定性。

对于箔片动压气体轴承而言，壳体、波箔和顶箔三者之间的摩擦，是影响阻尼的重要因素。在轴承温度不失稳的前提下，摩擦越大，轴承的阻尼也越大。

然而在相关技术中，箔片动压气体轴承的摩擦效应仍有待改善。

根据承受载荷的不同，动压气体轴承可以分为径向动压气体轴承和轴向气体轴承等。其中，径向动压气体轴承主要承受径向载荷。轴向动压气体轴承主要承受轴向载荷，也叫动压气体推力轴承。

为了方便表述，以下重点以轴向动压气体轴承为例，进行介绍。

在相关技术中，轴向动压气体轴承的摩擦特性存在以下两方面的问题：

(1)顶箔和波箔之间存在周向流通，影响摩擦效果。在相关技术中，波箔采用波纹状箔片结构，顶箔一般采用平箔结构，即顶箔为光滑圆弧形箔片，其表面没有起伏，不具有凸起结构，这种情况下，顶箔和波箔之间的密封性较差，转子转动时，周围的气体会在转子的带动下进入顶箔和波箔之间并沿着周向流动。由于气体的流动会冷却轴承的壳体、波箔和顶箔，同时气体会起到润滑作用，因此，影响摩擦效应，降低摩擦效果。

(2)波箔与壳体和顶箔之间存在径向流通，影响摩擦效果。具有波纹状结构的波箔与壳体和顶箔之间，形成内部流道，相关技术中，这些内部流道在径向上是畅通的，气体可以沿径向流经这些内部流道，这也影响摩擦效果。

针对上述问题，本实用新型对动压气体轴承的结构进行改进，以改善摩擦效果，增大阻尼，进而降低转子的振幅，提高转子的旋转稳定性。

图1-13示出了其中的一个实施例。该实施例中的动压气体轴承为轴向动压气体轴承。且图中的箭头表示转子的旋转方向。

接下来结合图1-13对本实用新型予以说明。

作为本实用新型的一个方面，本实用新型对动压气体轴承的周向进行阻流，以降低动压气体轴承的周向流通能力，改善摩擦效应，增大阻尼。

参照图1-4，为了实现动压气体轴承的周向阻流，在本实用新型中，动压气体轴承1包括：

壳体11，具有供转子2插入的轴孔111；和

箔片单元1a，设置在壳体11中并包括：

顶箔12，用于与转子2之间形成工作间隙；和

波箔13，位于顶箔12与壳体11之间，并包括波状单元13a，波状单元13a包括彼此连接的第一部分131和第二部分132，第一部分131与壳体11的内壁接触，第一部分131为波谷和波峰中的一个，第二部分132为波谷和波峰中的另一个，且沿着轴孔111的周向相邻的两个波状单元13a的第一部分131与第二部分132连接；

其中，顶箔12包括配合单元12a，配合单元12a与波状单元13a一一对应并包括彼此连接的第一配合部121和第二配合部122，第一配合部121和第二配合部122分别与第一部分131和第二部分132对应，沿着轴孔111周向相邻的两个配合单元12a的第一配合部121与第二配合部122连接，且第一配合部121由第二配合部122向第一部分131凸出，第一配合部121与第一部分131之间具有第一间隙G1，第二配合部122与第二部分132之间具有第二间隙G2，第一配合部121与和自身相邻的两个第二部分132之间分别形成第一空腔V1和第二空腔V2，第一间隙G1和第二间隙G2的通流面积均小于第一空腔V1和第二空腔V2的通流面积。

基于所设置的配合单元12a，顶箔12不再为具有光滑表面的平箔结构，而是变为表面具有起伏的箔片结构，且与波箔13之间形成多重间隙密封，可以有效降低气体在顶箔12与波箔13之间沿周向的流通能力，由于这可以削弱气体的冷却及润滑作用，因此，可以增大顶箔12与波箔13之间的摩擦，提升动压气体轴承1的阻尼特性。

其中顶箔12与波箔13之间的多重密封间隙，参照图4予以说明。

参照图4，在一对相互配合的波状单元13a与配合单元12a中，第一配合部121与第一部分131之间形成第一间隙G1，第二配合部122与第二部分132之间形成第二间隙G2，且第一间隙G1的周向两侧分别具有第一空腔V1和第二空腔V2，使得在波状单元13a与配合单元12a之间，形成沿着轴承周向连续分布并彼此连通的第一空腔V1、第一间隙G1、第二空腔V2和第二间隙G2，且第一间隙G1和第二间隙G2的通流面积小于第一空腔V1和第二空腔V2的通流面积，这样，可以使得气体沿周向流动时，每流经一个波形(或称流程段)，可以经历两次节流过程，起到周向阻流作用。

具体地，工作过程中，气体q在转子2的带动下作周向运动，当气体q由第一空腔V1流入第一间隙G1时，近似为一理想节流过程，气体q的压力下降，而速度增加；接下来在由第一间隙G1流入第二空腔V2时，由于通流面积突然增大，气体q形成很强的涡旋，使得气体q的速度几乎完全消失，而压力可以认为几乎不变，即等于第一间隙G1中的压力；再然后，气体q流向第二间隙G2，又重复节流过程，使得气体q的压力下降，速度增加。

而气体q在沿周向流经顶箔12和波箔13之间的空间时，经过每一间隙和空腔，均重复上述过程，且越往后面，气体q积累越多，比容愈大，在流过小间隙(即第一间隙G1和第二间隙G2)时，速度和压力降越来越大，而随着压降增大，压力逐渐趋向于背压，从而起到密封作用，有效降低轴承的周向流通能力。

作为对照，相关技术中，顶箔12为具有光滑表面的弧形箔片结构，其不具有向波箔13的第一部分131凸出的第一配合部121，这样，则顶箔12与波箔13之间仅具有第二间隙G2，而不具有第一间隙G1，导致顶箔12与第一部分131之间无法形成间隙密封，周向阻流效果较差。

可见，本实用新型通过在顶箔12上增设向波箔13的第一部分131凸出的第一配合部121，使得顶箔12与波箔13之间形成较有效的梳齿密封，对周向气流进行阻流，这有利于增强顶箔12与波箔13之间的摩擦效应，提高动压气体轴承1的阻尼。

虽然图4仅示出动压气体轴承1为轴向动压气体轴承的情况，但实际上，上述周向阻流技术同样适用于径向动压气体轴承。

另外，在图4中，第一部分131为呈直线形的波谷，同时第二部分132为呈弧形的波峰，但这也并不构成对波箔13结构的唯一限定，例如，也可以第一部分131和第二部分132互换，即第一部分131为波峰，而第一部分132为波谷，也即将图4所示的波箔13上下反向布置，或者，波谷和波峰的形状也可以变化，例如，波谷不再为呈直线形的平直段，而是也为弧形段，这种情况下，波箔13呈正弦波形。

参照图4，作为本实用新型第一配合部121的一种实施方式，第一配合部121可以包括第一连接体121a、第二连接体121b和第三连接体121c，第一连接体121a与相邻配合单元12a的第二配合部122连接，第二连接体121b与和自身对应的同一配合单元12a的第二配合部122连接，且第一连接体121a和第二连接体121b均由各自所连接的第二配合部122向着靠近第一部分131的方向延伸，第三连接体121c则连接第一连接体121a和第二连接体121b，第一间隙G1位于第三连接体121c与相应的第一部分131之间，第一空腔V1位于第一连接体121a与相邻的第二部分132之间，第二空腔V2位于第二连接体121b与相邻的第二部分132之间。

其中，第三连接体121c的形状不作具体限制，例如可以呈直线形、锯齿形或弧形。而在一些实施例中，第三连接体121c的形状可以与第一部分131的形状相适应，以实现更有效的间隙节流效果。例如，参照图4，当第一部分131呈直线形时，第三连接体121c也可以呈直线形，这样，第三连接体121c可以更好的与第一部分131配合，形成能够实现更充分节流效果的第一间隙G1。而若如前所述，第一部分131呈弧形，则第三连接体121c也可以呈弧形，以与第一部分131配合，形成更有效的节流间隙。

另外，参照图4，在一些实施例中，沿着由顶箔12至壳体11的方向，第一连接体121a和第二连接体121b可以相互靠拢。基于此，第一配合部121的纵向截面大致呈梯形，且沿着由壳体11至顶箔12的方向，第一空腔V1和第二空腔V2的通流面积逐渐增大，这有利于使第一空腔V1和第一间隙G1之间、第一间隙G1和第二空腔V2之间以及第二空腔V2和第二间隙G2之间，实现更符合需求的通流面积变化，从而可以更有效地起到周向阻流作用。

而作为变型，第一配合部121也可以不呈梯形，而呈矩形等其他形状。此处的矩形包括正方形。

另外，基于前述各实施例的第一配合部121，本实用新型不仅可以通过周向密封作用来提高阻尼，还可以通过增大轴承刚度及增大顶箔12与波箔13之间的接触面积来提高阻尼。因为，当波箔13的变形量较大时，顶箔12的第一配合部121可以与波箔12接触，并参与变形，这一方面能够提供额外刚度，另一方面还能够增加顶箔12与波箔13之间的接触面积，而由阻尼的产生原理可知，这样可以增大动压气体轴承1的阻尼。

作为本实用新型的另一个方面，本实用新型还对动压气体轴承的径向进行阻流，以降低动压气体轴承的径向流通能力，提高摩擦效应，增大阻尼。

仍结合图1-13所示的轴向动压气体轴承为例予以说明。

参照图5-13所示，动压气体轴承1为轴向动压气体轴承时，其包括多个箔片单元1a，且这些箔片单元1a沿着轴孔111的周向布置，相邻的箔片单元1a之间设有进气通道P。工作时，旋转的转子2带动周围的气体经由进气通道P进入轴承中，并在顶箔12与转子2的推力盘22之间形成气膜，起到支撑作用。

其中，参照图8，波箔12与顶箔13和壳体11之间形成内部流道F，该内部流道F沿着轴孔111的径向延伸。

相关技术中，这些内部流道F均是畅通的，导致气体可以沿着轴孔111的径向在这些内部流道F中流动，这也影响动压气体轴承1的阻尼大小。

为了解决该问题，参照图5、图8和图13所示，在本实用新型中，动压气体轴承1还包括径向阻流结构14，该径向阻流结构14设置在壳体11上，并用于阻断内部流道F在轴孔111径向方向上与外界的连通。这样，径向阻流结构14可以起到径向阻流作用，通过阻止气体沿着轴孔111的径向在这些内部流道F中流动，来降低动压气体轴承1的径向通流能力，改善摩擦效果，增大阻尼。

其中，径向阻流结构14例如可以包括与箔片单元1a对应的挡圈单元14a，挡圈单元14a遮蔽内部流道F的沿轴孔111径向的两端开口中的至少一个。通过遮蔽内部通道F的两个径向开口的至少一个，挡圈单元14a可以阻挡气体沿轴孔111径向流入内部通道P，从而可以降低动压气体轴承1的径向通流能力。

具体地，挡圈单元14a可以包括挡圈141，挡圈141设置于箔片单元1a的沿轴孔111径向的两端中的至少一个处，且挡圈141由壳体11沿着轴孔111的轴向延伸至平齐于或高于顶箔12的远离壳体11的一端。基于此，参照图8和图13，挡圈141的高度H大于或等于顶箔12的高度，可以遮蔽内部通道F的径向端口，阻挡气体再流入内部流道F，降低气体在内部通道F处的流通能力，提高动压气体轴承1的阻尼。并且，挡圈141的高度H大于或等于顶箔12的高度，还可以阻挡气体从顶箔12的上方流入，这也有利于增大动压气体轴承1的阻尼。

其中，挡圈141可以仅设置在内部通道F的一个径向端口处，此时挡圈单元14a仅遮蔽内部通道F的一个径向端口，但更有利地，内部通道F的两个径向端口处可以均设有挡圈141，即箔片单元1a的沿轴孔111径向的两端均设有挡圈141，此时挡圈单元14a对内部通道F的两个径向端口均进行遮蔽，使得无论从内部通道F的哪一端，气体均无法再流入内部通道F，从而可以更有效地降低动压气体轴承1的径向通流能力。

参照图5，在一些实施例中，每个箔片单元1a处均可以设置挡圈单圈14a，即挡圈单元14a可以与箔片单元1a一一对应，这样可以对动压气体轴承1的所有内部通道P均进行径向阻流，更有效地增大阻尼。而作为变型，在另一些实施例中，也可以只在部分箔片单元1a处设置挡圈单元14a，此时仅对动压气体轴承1的部分内部通道P进行径向阻流，相对于未设置挡圈单元14a实施径向阻流作用的情况，也能在一定程度上增大阻尼。

在前述进行周向阻流和/或径向阻流的基础上，为了保证动压气体轴承1的工作可靠性，本实用新型还在动压气体轴承1中设置气流预先结构15，利用该气流预选结构15对气流进行预选处理，引导气流在流入动压气体轴承1时具有与转子2旋转方向一致的速度，以使在进行周向阻流和/或径向阻流的情况下，动压气体轴承1仍能获得形成动压效应所需的气体流量，进而实现动压气体轴承1对转子2的可靠支撑。

参照图5、9、11及12，当动压气体轴承1为轴向动压气体轴承时，气流预选结构15可以包括斜槽151，斜槽151设置在进气通道P的沿轴孔111径向的两端中的至少一个处，且斜槽151相对于轴孔111的径向倾斜布置。

进气通道P的沿轴孔111径向的两端为动压气体轴承1的进气口，在进气口处设置倾斜布置的斜槽151，可以引导气流流向不再仅沿着轴孔111的径向，而是还具有沿着转子2旋转方向的速度，这样，气流从进气口流入轴承中时，其方向顺着转子2的旋转方向，可以减少气流的能量损失，有利于为动压气体轴承1提供充足的形成动压效应所需的气体流量，同时也有利于改善进气口的气流稳定性，从而可以使得动压气体轴承1能够较为可靠地支撑转子2。

虽然相对于未设置斜槽151的情况，仅在进气通道P的一个进气口处设置斜槽151，即可起到一定的气流预选作用，但在进气通道P的两个进气口处均设置斜槽151，能够实现更好的气流预选效果，此时，同一进气通道P上的两个斜槽151相对于轴孔111径向的倾斜方向相反。

下面结合图1-13所示的实施例对本实用新型予以进一步地说明。

如图1-13所示，在该实施例中，动压气体轴承1为轴向动压气体轴承，其包括壳体11、箔片结构和径向阻流结构14等。

由图1和图5可知，壳体11呈圆盘形，其中心设有轴孔111。轴孔111与转子2的转轴21配合。使用时，转轴21插入轴孔111中。而转子2的推力盘22则位于壳体11的轴向一侧，用于与箔片结构配合，形成工作间隙，以在转子2转动过程中，形成动压气膜，实现对转子2的支撑作用。

箔片结构设置在壳体1上，用于与推力盘22配合，形成工作间隙，对转轴2进行弹性支撑。

如图4-5所示，箔片结构包括箔片单元1a。为了提高止推轴承的表面受力均匀性，箔片单元1a的数量为偶数个，且这偶数个箔片单元1a沿着轴孔111的周向均匀布置。具体如图5所示，在该实施例中，箔片结构包括8个扇形箔片单元1a，相邻的箔片单元1a之间形成进气通道P。

为了简化结构，各箔片单元1a采用相同的结构，因此，以下仅以其中一个箔片单元1a为例予以说明。

如图4所示，箔片单元1a包括顶箔12和波箔13。其中，顶箔12用于与推力盘22配合，形成工作间隙。而波箔13则位于顶箔12和壳体1之间，用于对顶箔12进行弹性支撑。

波箔13包括波状单元13a，波状单元13a包括彼此连接的第一部分131和第二部分132，第一部分131为波谷，其与壳体1的内壁接触，并呈直线形，即该第一部分131为平直段，而波纹单元13a的第二部分132为波峰，其由第一部分131向顶箔12凸出，并呈弧形，即该第二部分132为拱形段。

波箔13包括沿轴孔111周向分布的多个波纹单元13a，且在相邻的两个波纹单元13a中，一个波纹单元13a的第一部分131与另一个波纹单元13a的第二部分132连接，这样，波箔13呈波纹状。

如图4所示，在该实施例中，顶箔12包括与前述波状单元13a一一配合的配合单元12a，该配合单元12a包括呈梯形的第一配合部121和呈直线形的第二配合部122，第一配合部121和第二配合部122彼此连接，且在相邻的两个配合单元12a中，一个配合单元12a的第一配合部121与另一个配合单元12a的第二配合部122连接。

其中，第一配合部121相对于第二配合部122向第一部分131一侧凸出(具体在图4中即为由推力盘22一侧向壳体1一侧凸出)，并与第一部分131配合，形成沿轴孔111轴向的第一间隙G1。同时，第一配合部121还与沿周向和自身相邻的两个第二部分132配合，形成位于第一间隙G周向两侧的第一空腔V1和第二空腔V2。

第二配合部122与第二部分132对应，并与第二部分132配合，形成沿轴孔111轴向的第二间隙G2。

具体地，第一配合部121的纵向截面呈梯形，其包括构成梯形两腰部的第一连接体121a和第二连接体121b，以及连接于第一连接体121a和第二连接体121b之间的第三连接体121c，第三连接体121c构成梯形的底边。其中，第三连接体121呈直线形，其与呈直线形的第一部分131配合，形成位于二者之间的第一间隙G1。第一连接体121a和第二连接体121b分别与顶箔12的沿周向相邻的两个第二配合部122连接，其中，第一连接体121a与相邻配合单元12a的第二配合部122连接，并与和自身相邻的第二部分132配合，形成位于二者之间的第一空腔V1，第二连接体121b与和自身对应的同一配合单元12a的第二配合部122连接，并与和自身相邻的第二部分132配合，形成位于二者之间的第二空腔V2，且沿着由顶箔13至壳体11的方向，第一连接体121a和第二连接体121b之间相互靠拢。

基于上述设置，在一个流程段(对应一个波状单元13a，换句话说，对应一个波形)中，沿着转子2的旋转方向(如图4中箭头所示)，顶箔12与波箔13之间依次形成第一空腔V1、第一间隙G1、第二空腔V2和第二间隙G2，且第一间隙G1和第二间隙G2的通流面积小于第一空腔V1和第二空腔V2的通流面积。

工作时，气体流经该流程段的过程为：转子2旋转前汇集于第一空腔V1中的气体q，在转子2的带动下做周向运动，当流经第一间隙G1时，近似为一理想节流过程，气体q压力下降，速度增加；接下来进入第二腔体V2，由于通流面积突然增大,气体q形成很强的涡旋，使得速度几乎完全消失，压力则近似认为不变，即等于第一间隙G1中的压力；接下来，气体q流经第二间隙G2，又重复节流过程，使得压力下降，速度增加。可见，气体q在流经单个流程段时，重复两次节流。

而整个箔片结构，具有多个这种流程段，气体在流经每个流程段时，均重复上述过程，且随着沿旋转方向往后继续流动，气体q比容越来越大，流经间隙时的速度和压力降越来越大，使得顶箔12与波箔13之间的压力趋向于背压，起到梳齿密封作用，有效阻流周向气流，降低周向流通能力，由于这可以削弱气流因周向流动所产生的冷却及润滑作用，因此，可以改善轴承的库伦摩擦效应，增大阻尼。

并且，该实施例的第一配合部12还可以在波箔13的变形量较大时与波箔12接触，并参与变形，为轴承提供额外的刚度，并增加顶箔12与波箔13之间的接触面积，从这方面讲，也可以增大动压气体轴承1的阻尼。

结合图4和图8可知，波纹状的波箔13，其与顶箔12和壳体11之间形成内部流道F。例如，在该实施例中，波箔13的第二部分132与壳体11之间形成拱形的内部流道F。

在内部流道F径向两端开口均敞开的情况下，外部气体可以进入内部流道F，并沿着内部流道F流动，即气流可以沿着轴孔111的径向流经这些内部流道F，这也影响动压气体轴承1的阻尼特性。

为了进一步解决该径向流动引起的阻尼较小的问题，如图5-8及图13所示，该实施例还在壳体1上设置了径向阻流结构14，该径向阻流结构14用于阻断内部流道F在轴孔111径向上与外界的连通。

其中，如图5所示，径向阻流结构14包括与箔片单元1a一一对应的挡圈单元14a，且每个挡圈单元14a均包括两个呈弧形的挡圈141，在同一挡圈单元14a中，两个挡圈141分别位于箔片单元1a的径向两端，且沿着周向，每个挡圈141均由箔片单元1a的一端延伸只另一端，同时，沿着轴向，每个挡圈141均由壳体11延伸至与顶箔12的第二配合部122平齐，即，挡圈141的高度H等于顶箔12的高度(即顶箔12的远离壳体11的一端(在图8中具体为第二配合部122)与壳体11之间d的距离)。

鉴于上述设置，挡圈141遮蔽箔片单元1a的所有内部流道F的径向端口，径向阻流结构14遮蔽箔片单元1a的所有内部流道F的径向两端开口，使得内部流道F与壳体1外部、以及内部流道F之间不再沿着径向流体连通，由于可以阻挡气流沿着径向进入内部流道F，因此，可以实现径向阻流作用，有效提高动压气体轴承1的阻尼。

另外，如图5、图9、图11及图12所示，在该实施例中，壳体11上还设有气流预选结构15，该气流预选结构15用于使气流经由进气通道P流入动压气体轴承1时具有沿转子2的旋转方向的速度。

其中，如图9、11和12所示，该实施例的气流预选结构15包括与进气通道P一一对应的斜槽对，斜槽对包括设置在进气通道P的径向两端的两个斜槽151，每个斜槽151均倾斜设置，且在同一斜槽对中，两个斜槽151的倾斜方向相反。这样，使得进气通道P的进气口均成为倾斜的，从而可以对气流进行预选处理，使得气体经由进气口流入轴承时，均具有与转子2旋转方向一致或相似的旋向，进而能够保证动压气体轴承1获得充足的形成动压效应所需的气体流量，并改善进气口的气流稳定性，减少气流损失。

可见，该实施例的动压气体轴承1，其具有周向和径向阻流效果，摩擦效应较好，阻尼较大，可以有效降低轴系的振幅，实现更高稳定的旋转过程，且具有进气预选功能，可以与周向和径向阻流结构互补，有效提高动压气体轴承1的可靠性。

本实用新型的动压气体轴承1可以应用于压缩机或离心机等各种旋转机械中。因此，本实用新型还提供了一种旋转机械，其包括转子2和本实用新型的动压气体轴承1，动压气体轴承的顶箔12与转子2之间形成工作间隙。

以上所述仅为本实用新型的示例性实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种动压气体轴承(1)，其特征在于，包括：

壳体(11)，具有供转子(2)插入的轴孔(111)；和

箔片单元(1a)，设置在所述壳体(11)上并包括：

顶箔(12)，用于与所述转子(2)之间形成工作间隙；和

波箔(13)，位于所述顶箔(12)与所述壳体(11)之间，并包括波状单元(13a)，所述波状单元(13a)包括彼此连接的第一部分(131)和第二部分(132)，所述第一部分(131)与所述壳体(11)的内壁接触，所述第一部分(131)为波谷和波峰中的一个，所述第二部分(132)为波谷和波峰中的另一个，且沿着所述轴孔(111)的周向相邻的两个所述波状单元(13a)的第一部分(131)与第二部分(132)连接；

其中，所述顶箔(12)包括配合单元(12a)，所述配合单元(12a)与所述波状单元(13a)一一对应并包括彼此连接的第一配合部(121)和第二配合部(122)，所述第一配合部(121)和所述第二配合部(122)分别与所述第一部分(131)和所述第二部分(132)对应，沿着所述轴孔(111)周向相邻的两个所述配合单元(12a)的第一配合部(121)与第二配合部(122)连接，且所述第一配合部(121)由所述第二配合部(122)向所述第一部分(131)凸出，所述第一配合部(121)与所述第一部分(131)之间具有第一间隙(G1)，所述第二配合部(122)与所述第二部分(132)之间具有第二间隙(G2)，所述第一配合部(121)与和自身相邻的两个第二部分(132)之间分别形成第一空腔(V1)和第二空腔(V2)，所述第一间隙(G1)和所述第二间隙(G2)的通流面积均小于所述第一空腔(V1)和所述第二空腔(V2)的通流面积。

2.根据权利要求1所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述第一配合部(121)包括第一连接体(121a)、第二连接体(121b)和第三连接体(121c)，所述第一连接体(121a)与相邻所述配合单元(12a)的第二配合部(122)连接，所述第二连接体(121b)与和自身对应的同一所述配合单元(12a)的第二配合部(122)连接，且所述第一连接体(121a)和所述第二连接体(121b)均由各自所连接的第二配合部(122)向着靠近所述第一部分(131)的方向延伸，所述第三连接体(121c)连接所述第一连接体(121a)和所述第二连接体(121b)，所述第一间隙(G1)位于所述第三连接体(121c)与相应的所述第一部分(131)之间，所述第一空腔(V1)位于所述第一连接体(121a)与和自身相邻的所述第二部分(132)之间，所述第二空腔(V2)位于所述第二连接体(121b)与和自身相邻的所述第二部分(132)之间。

3.根据权利要求2所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，沿着由所述顶箔(12)至所述壳体(11)的方向，所述第一连接体(121a)和所述第二连接体(121b)相互靠拢。

4.根据权利要求2所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述第三连接体(121c)呈直线形、锯齿形或弧形。

5.根据权利要求1所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述第一配合部(121)呈梯形或矩形。

6.根据权利要求1所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述波谷呈直线形；和/或，所述波峰呈弧形。

7.根据权利要求1所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述第一部分(131)为波谷，所述第二部分(132)为波峰。

8.根据权利要求1-7任一所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述动压气体轴承(1)为轴向动压气体轴承(1)，所述动压气体轴承(1)包括多个所述箔片单元(1a)，所述多个箔片单元(1a)沿着所述轴孔(111)的周向布置，且相邻所述箔片单元(1a)之间设有进气通道(P)。

9.根据权利要求8所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述波箔(13)与所述顶箔(12)和所述壳体(11)之间形成内部流道(F)，且所述动压气体轴承(1)还包括径向阻流结构(14)，所述径向阻流结构(14)设置在所述壳体(11)上，并用于阻断所述内部流道(F)在所述轴孔(111)径向方向上与外界的连通。

10.根据权利要求9所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述径向阻流结构(14)包括与所述箔片单元(1a)对应的挡圈单元(14a)，所述挡圈单元(14a)遮蔽所述内部流道(F)的沿所述轴孔(111)径向的两端开口中的至少一个。

11.根据权利要求10所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述挡圈单元(14a)包括挡圈(141)，所述挡圈(141)设置于所述箔片单元(1a)的沿所述轴孔(111)径向的两端中的至少一个处，且所述挡圈(141)由所述壳体(11)沿着所述轴孔(111)的轴向延伸至平齐于或高于所述顶箔(12)的远离所述壳体(11)的一端。

12.根据权利要求11所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述箔片单元(1a)的沿所述轴孔(111)径向的两端均设有所述挡圈(141)。

13.根据权利要求10所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述挡圈单元(14a)与所述箔片单元(1a)一一对应。

14.根据权利要求8所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述进气通道(P)上设有气流预选结构(15)，所述气流预选结构(15)用于使气流经由所述进气通道(P)流入所述动压气体轴承(1)时具有沿所述转子(2)的旋转方向的速度。

15.根据权利要求14所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述气流预选结构(15)包括斜槽(151)，所述斜槽(151)设置在所述进气通道(P)的沿所述轴孔(111)径向的两端中的至少一个处，且所述斜槽(151)相对于所述轴孔(111)的径向倾斜布置。

16.根据权利要求15所述的动压气体轴承(1)，其特征在于，所述进气通道(P)的沿所述轴孔(111)径向的两端均设有所述斜槽(151)，且所述进气通道(P)上的两个斜槽(151)相对于所述轴孔(111)径向的倾斜方向相反。

17.一种旋转机械，包括转子(2)，其特征在于，还包括如权利要求1-16任一所述的动压气体轴承(1)，所述动压气体轴承(1)的顶箔(12)与所述转子(2)之间形成工作间隙。

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