CN112160981B - 轴向轴承转子、轴向轴承、电机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种轴向轴承转子、轴向轴承、电机和压缩机。该轴向轴承转子包括转子本体(1)，转子本体(1)沿周向设置有多个补气通道(2)，补气通道(2)的第一端延伸至转子本体(1)的外周面，补气通道(2)的第二端延伸至转子本体(1)的端面，补气通道(2)的进气方向与转子本体(1)的转动方向相反。根据本申请的轴向轴承转子，不用引入外部设备就能够增加轴向轴承承载力，提高轴向***的稳定性，简化了轴承结构，减轻了轴承重量，提高了轴向轴承的冷却效果。

Description

轴向轴承转子、轴向轴承、电机和压缩机

技术领域

本申请涉及空气压缩技术领域，具体涉及一种轴向轴承转子、轴向轴承、电机和压缩机。

背景技术

目前空气动压轴向轴承结构包括两侧轴承座、两侧空气动压轴承定子以及空气动压轴承转子(也可以称为推力盘)。

空气动压轴承工作原理为，通过设计使零件与轴承定子顶面形成楔形空间，由于楔形空间以及空气本身的粘度，高速旋转的轴承转子将空气带入楔形空间，空气由于流通截面积变化从而产生压力或推力；径向空气轴承由于本身结构特点自然形成楔形区域，而轴向轴承的轴承定子与轴承转子通常设计为平面，所以与径向轴承相比轴向动压空气轴承承载力较低，稳定性较差。

目前为解决轴向承载力低、稳定性差的缺点，常用的方式为，在轴承座上增加进气孔达到静压空气轴承与动压空气轴承的结合，弥补低转速时轴向动压轴承承载力不足，以及高速时的稳定性较差的问题，但该结构需要额外引入进气结构以及进气、过滤设备，会导致整体结构复杂、***重量增加，不适合使用在具有小型轻量化要求的领域。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种轴向轴承转子、轴向轴承、电机和压缩机，不用引入外部设备就能够增加轴向轴承承载力，提高轴向***的稳定性，简化了轴承结构，减轻了轴承重量，提高了轴向轴承的冷却效果。

为了解决上述问题，本申请提供一种轴向轴承转子，包括转子本体，转子本体沿周向设置有多个补气通道，补气通道的第一端延伸至转子本体的外周面，补气通道的第二端延伸至转子本体的端面，补气通道的进气方向与转子本体的转动方向相反。

优选地，多个补气通道沿转子本体的周向间隔排布，且分为两组，第一组补气通道延伸至转子本体的第一端端面，第二组补气通道延伸至转子本体的第二端端面。

优选地，第一组的补气通道与第二组的补气通道一一对应地沿周向交替排布。

优选地，至少一个补气通道的第一端包括一个进气口，第二端包括至少两个出气口，位于第二端的至少两个出气口与位于第一端的进气口相连通，至少两个出气口的第一个位于转子本体的第一端端面上，至少两个出气口中的第二个位于转子本体的第二端端面上。

优选地，至少两个出气口中的第一个出气口和第二个出气口沿周向对应设置；或，至少两个出气口中的第一个出气口和第二个出气口沿周向错位排布。

优选地，多个补气通道沿转子本体的周向间隔排布，各补气通道的出气口位于转子本体的同一端面上。

优选地，补气通道包括设置在转子本体的端面上的导流槽。

优选地，沿着气流的流动方向，位于末端的导流槽的深度递减。

优选地，导流槽为直槽或弧形槽。

优选地，导流槽包括直槽段和弧形槽段，直槽段位于导流槽的进气方向的前端，弧形槽段位于导流槽的进气方向的后端，弧形槽段与直槽段相连接。

优选地，补气通道的进气口位于转子本体的外周面上，补气通道的出气口位于转子本体的端面上，补气通道从进气口经转子本体的内部延伸至出气口处，补气通道的通道壁与转子本体的端面之间具有预设间距。

优选地，补气通道为直孔或弧形孔。

优选地，补气通道的截面为圆形、椭圆形或多边形。

优选地，沿着气流的流动方向，补气通道的截面积递减。

优选地，出气口的截面积和进气口的截面积的比值范围为0.3～0.8。

根据本申请的另一方面，提供了一种轴向轴承，包括轴向轴承转子，该轴向轴承转子为上述的轴向轴承转子。

根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括轴向轴承转子，该轴向轴承转子为上述的轴向轴承转子。

根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括轴向轴承转子，该轴向轴承转子为上述的轴向轴承转子。

本申请提供的轴向轴承转子，包括转子本体，转子本体沿周向设置有多个补气通道，补气通道的第一端延伸至转子本体的外周面，补气通道的第二端延伸至转子本体的端面，补气通道的进气方向与转子本体的转动方向相反。该轴向轴承转子上增加了进气方向与转子本体的转动方向相反的补气通道，因此能够使得轴向轴承转子的外周面与轴向轴承的承载面所在侧的气隙连通，从而在转轴运行时，利用轴向轴承转子的转动作用强迫空气进入补气通道，并通过补气通道使得空气进入到轴向轴承转子端部的气隙处，对气隙位置进行补气，从而有效增加轴向轴承承载力，提高轴向轴承的稳定性，同时由于轴向轴承转子的连续转动作用，能够使得外部空气不断补入气隙位置处，对轴向轴承形成强迫风冷，即使带走气隙内的热量，提高轴向轴承的冷却效果。由于本申请的气体流动是通过轴向轴承转子转动实现，因此无需引入外部设备，也不用额外增加***复杂程度以及轴向轴承的整体重量，能够更加方便地实现轴向轴承的轻量化和小型化。

附图说明

图1为本申请实施例的轴向轴承转子的立体结构图；

图2为本申请实施例的轴向轴承转子的侧视结构图；

图3为本申请实施例的轴向轴承转子的剖视结构图。

附图标记表示为：

1、转子本体；2、补气通道；3、进气口；4、出气口。

具体实施方式

结合参见图1至图3所示，根据本申请的实施例，轴向轴承转子包括转子本体1，转子本体1沿周向设置有多个补气通道2，补气通道2的第一端延伸至转子本体1的外周面，补气通道2的第二端延伸至转子本体1的端面，补气通道2的进气方向与转子本体1的转动方向相反。

该轴向轴承转子上增加了进气方向与转子本体的转动方向相反的补气通道，因此能够使得轴向轴承转子的外周面与轴向轴承转子的承载面所在侧的气隙连通，从而在转轴运行时，利用轴向轴承转子的转动作用强迫空气进入补气通道，并通过补气通道使得空气进入到轴承转子端部的气隙处，对气隙位置进行补气，从而有效增加轴向轴承承载力，提高轴向轴承的稳定性。

轴向轴承运行时由于轴向轴承转子外径较大，且轴向轴承定转子间的工作间隙很小，导致会产生较大的风摩损耗，气隙内温升剧烈，在采用本申请的轴向轴承转子之后，由于轴承转子的连续转动作用，能够使得外部空气不断补入气隙位置处，对轴向轴承形成强迫风冷，即使带走气隙内的热量，提高轴向轴承的冷却效果。由于本申请的气体流动是通过轴向轴承转子转动实现，因此无需引入外部设备，也不用额外增加***复杂程度以及轴承的整体重量，能够更加方便地实现轴向轴承的轻量化和小型化。

在轴向轴承失稳或转轴受到冲击导致轴承转子与定子间气膜破裂失效时，现有技术中的轴向轴承在重新产生气膜前轴承转子与定子会高速摩擦导致轴承损伤。在采用本申请的轴向轴承转子之后，只要转轴在高速旋转，即使气膜破裂，在轴向轴承转子的补气作用下，仍然会产生轴向的支撑力，同时快速向气隙内补充气体，加快新气膜的生成，缩短轴向轴承定转子的接触时间，使轴承损伤得到有效控制。

上述的轴向轴承为空气动压轴向轴承。

在一个实施例中，多个补气通道2沿转子本体1的周向间隔排布，且分为两组，第一组补气通道2延伸至转子本体1的第一端端面，第二组补气通道2延伸至转子本体1的第二端端面。在本实施例中，两组补气通道2分别用于对转子本体1的不同端面处的气隙进行补气，第一组补气通道2用于对转子本体1的第一端端面处的气隙进行补气，第二组补气通道2用于对转子本体1的第二端端面处的气隙进行补气，使得转子本体1的两端能够同时补气，能够在转子本体1的两端均形成稳定的润滑气膜，提高轴向轴承工作时的稳定性。

此外，由于本实施例中的补气通道2分组设置，每组补气通道2对不同的气隙进行补气，因此能够使得转子本体1两端的补气通道2相互隔离，彼此不会产生影响，提高了补气的稳定性和有效性。

在一个可选的实施例中，第一组的补气通道2与第二组的补气通道2一一对应地沿周向交替排布。在本实施例中，第一组的任意一个补气通道2位于相邻的两个第二组的补气通道2之间，第二组的任意一个补气通道2位于相邻的两个第一组的补气通道2之间，使得两组补气通道2均能够沿着转子本体1的周向均匀排布，使得转子本体1两端的气隙内的气流分布更加均匀，更加有利于形成均匀的润滑气膜，轴向轴承的工作更加稳定。同时，由于两组补气通道2沿着转子本体1的周向交替排布，因此不会对转子本体1本身的结构强度造成较大影响，能够有效保证转子本体1本身的结构强度。

在另外一个可选的实施例中，第一组补气通道2可以设置在转子本体1的第一端，第二组补气通道2可以设置在转子本体1的第二端，两组补气通道2沿周向对应设置，且沿轴向间隔设置，从而使得两组补气通道2能够在同时向各自对应的气隙进行补气的同时，相互之间不会发生干扰，工作更加稳定。

在一个实施例中，至少一个补气通道2的第一端包括一个进气口3，第二端包括至少两个出气口4，位于第二端的至少两个出气口4与位于第一端的进气口3相连通，至少两个出气口4的第一个位于转子本体1的第一端端面上，至少两个出气口4中的第二个位于转子本体1的第二端端面上。在本实施例中，一个补气通道2包括至少两个出气口4，因此可以通过一个补气通道2同时向转子本体1两端的气隙处进行补气，能够减少补气通道2的数量，而不会影响对转子本体1两端气隙的补气效果。

在一个可选的实施例中，至少两个出气口4中的第一个出气口4和第二个出气口4沿周向对应设置。

在另外一个可选的实施例中，至少两个出气口4中的第一个出气口4和第二个出气口4沿周向错位排布。

多个补气通道2沿转子本体1的周向间隔排布，各补气通道2的出气口4位于转子本体1的同一端面上。

在一个实施例中，补气通道2包括设置在转子本体1的端面上的导流槽。在本实施例中，补气通道2为开设在转子本体1的端面上的导流槽，导流槽在转子本体1上开口，使得气流在从转子本体1的外周面进入到转子本体1内后，能够从转子本体1上的导流槽开口处不断地向气隙处进行送气。

在一个可选的实施例中，沿着气流的流动方向，位于末端的导流槽的深度递减，使得气流在向着导流槽的末端流动的过程中，会不断地被压缩，加大进入气隙内的气体压力，因此能够增强轴向轴承的承载力。

导流槽例如为直槽或弧形槽，直槽的底壁可以设置为相对于转子本体1的端面倾斜，使得导流槽沿着靠近该导流槽所在侧端面的方向，深度递减，可以形成良好的气体压缩效应。弧形槽也具有与直槽类似的效果。

在一个实施例中，导流槽包括直槽段和弧形槽段，直槽段位于导流槽的进气方向的前端，弧形槽段位于导流槽的进气方向的后端，弧形槽段与直槽段相连接。在本实施例中，导流槽为直槽段和弧形槽段的组合，直槽段便于气流的引入，弧形槽能够使从直槽段进入的气流顺滑地流向气隙处，减小气流阻力。

在一个实施例中，补气通道2的进气口3位于转子本体1的外周面上，补气通道2的出气口4位于转子本体1的端面上，补气通道2从进气口3经转子本体1的内部延伸至出气口4处，补气通道2的通道壁与转子本体1的端面之间具有预设间距。

在本实施例中，除了进气口3和出气口4之外，整个补气通道2都位于轴向轴承转子的内部，使得气流在从进气口3进入到从出气口4流出的过程中，不会发生泄漏，且只能够由转子本体1的外周面上的进气口3进入，经转子本体1的端面上的出气口4流出，提高了气流利用效率，使得气流能够更加集中地被输送至气隙处，起到良好的补气和冷却效果。

在一个实施例中，多个补气通道2可以沿着周向均匀间隔设置，部分补气通道2的出气口4位于转子本体1的第一端端面上，部分补气通道2的出气口4位于转子本体1的第二端的端面上，出气口4位于转子本体1的第一端端面的补气通道2和出气口4位于转子本体1的第二端的端面上的补气通道2沿着转子本体1的周向交替排布，形成均与分布的补气路径，提高补气均匀性。

在另外一个实施例中，多个补气通道2可以沿着周向均匀间隔设置，每一个补气通道2均包括两个出气口4，其中一个出气口4位于转子本体1的第一端端面上，另一个出气口4位于转子本体1的第二端端面上，属于同一个补气通道2的两个出气口4可以沿周向上对应设置，也可以沿周向错位设置，由于两个出气口4均是通过同一个进气口3进气，因此可以使得轴向轴承转子两端的压力更加均匀。

补气通道2具有一定的旋向，方向与轴向轴承转子的转动方向相反，可根据电机转速及轴承转子尺寸设计补气通道2的旋向，使其性能达到最优。轴向轴承转子运行时，由于补气通道2的旋向与运行方向相反，会强迫轴承转子外表面空气通过进气口3进入补气通道2内，然后经补气通道2分别向转子本体1两端的气隙进行补气。

补气通道2可以为直孔或弧形孔。当补气通道2为直孔时，可以设置为斜孔，使得补气通道2从第一端向第二端沿着靠近转子本体1的端面的方向倾斜，从而能够形成有效导流，方便气体在转子本体1的端面形成气隙。

补气通道2的截面为圆形、椭圆形或多边形。

在一个实施例中，沿着气流的流动方向，补气通道2的截面积递减。由于补气通道2的截面设置为逐渐变小，会对内部通过的空气进行压缩排气，然后分别在轴向轴承转子两端排气，实现类似于静压空气轴承的功能，辅助轴向轴承悬浮，提高轴向轴承承载力及稳定性。

当轴向轴承受到轴向冲击，导致气膜破裂时，此时转轴仍高速旋转，所以空气仍会通过补气通道进入轴承定、转子间隙产生一定压力，用于防护轴承定转子产生严重磨损，同时快速补气，加快新气膜的产生，使轴承***恢复稳定。

出气口4的截面积和进气口3的截面积的比值范围为0.3～0.8，可以使得进入补气通道2内的气流获得合适的压缩比，既能够保证对气隙的稳定有效补气，又能够强迫气隙内的气流进行换气，对气隙进行有效散热。

根据本申请的实施例，轴向轴承包括轴向轴承转子，该轴向轴承转子为上述的轴向轴承转子。

轴向轴承还包括轴承座和轴向轴承定子，在轴向轴承转子的两端分别设置有轴向轴承定子，轴向轴承转子与两端的轴向轴承定子之间分别形成气隙。

根据本申请的实施例，电机包括轴向轴承转子，该轴向轴承转子为上述的轴向轴承转子。

根据本申请的实施例，压缩机包括轴向轴承转子，该轴向轴承转子为上述的轴向轴承转子。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (17)

1.一种轴向轴承转子，其特征在于，包括转子本体(1)，所述转子本体(1)沿周向设置有多个补气通道(2)，所述补气通道(2)的第一端延伸至所述转子本体(1)的外周面，所述补气通道(2)的第二端延伸至所述转子本体(1)的端面，所述补气通道(2)的进气方向与所述转子本体(1)的转动方向相反；多个所述补气通道(2)沿所述转子本体(1)的周向间隔排布，且分为两组，第一组所述补气通道(2)延伸至所述转子本体(1)的第一端端面，第二组所述补气通道(2)延伸至所述转子本体(1)的第二端端面。

2.根据权利要求1所述的轴向轴承转子，其特征在于，第一组的各所述补气通道(2)与第二组的各所述补气通道(2)沿周向交替排布。

3.根据权利要求1所述的轴向轴承转子，其特征在于，至少一个所述补气通道(2)的第一端包括一个进气口(3)，第二端包括至少两个出气口(4)，位于第二端的所述至少两个出气口(4)与位于第一端的所述进气口(3)相连通，所述至少两个出气口(4)的第一个位于所述转子本体(1)的第一端端面上，所述至少两个出气口(4)中的第二个位于所述转子本体(1)的第二端端面上。

4.根据权利要求3所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述至少两个出气口(4)中的第一个出气口(4)和第二个出气口(4)沿周向对应设置；或，所述至少两个出气口(4)中的第一个出气口(4)和第二个出气口(4)沿周向错位排布。

5.根据权利要求1所述的轴向轴承转子，其特征在于，多个所述补气通道(2)沿所述转子本体(1)的周向间隔排布，各所述补气通道(2)的出气口(4)位于所述转子本体(1)的同一端面上。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述补气通道(2)包括设置在所述转子本体(1)的端面上的导流槽。

7.根据权利要求6所述的轴向轴承转子，其特征在于，沿着气流的流动方向，位于末端的所述导流槽的深度递减。

8.根据权利要求7所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述导流槽为直槽或弧形槽。

9.根据权利要求7所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述导流槽包括直槽段和弧形槽段，所述直槽段位于所述导流槽的进气方向的前端，所述弧形槽段位于所述导流槽的进气方向的后端，所述弧形槽段与所述直槽段相连接。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述补气通道(2)的进气口(3)位于所述转子本体(1)的外周面上，所述补气通道(2)的出气口(4)位于所述转子本体(1)的端面上，所述补气通道(2)从所述进气口(3)经所述转子本体(1)的内部延伸至所述出气口(4)处，所述补气通道(2)的通道壁与所述转子本体(1)的端面之间具有预设间距。

11.根据权利要求10所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述补气通道(2)为直孔或弧形孔。

12.根据权利要求10所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述补气通道(2)的截面为圆形、椭圆形或多边形。

13.根据权利要求10所述的轴向轴承转子，其特征在于，沿着气流的流动方向，所述补气通道(2)的截面积递减。

14.根据权利要求13所述的轴向轴承转子，其特征在于，所述出气口(4)的截面积和所述进气口(3)的截面积的比值范围为0.3～0.8。

15.一种轴向轴承，包括轴向轴承转子，其特征在于，所述轴向轴承转子为权利要求1至14中任一项所述的轴向轴承转子。

16.一种电机，包括轴向轴承转子，其特征在于，所述轴向轴承转子为权利要求1至15中任一项所述的轴向轴承转子。

17.一种压缩机，包括轴向轴承转子，其特征在于，所述轴向轴承转子为权利要求1至15中任一项所述的轴向轴承转子。

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