[发明专利]一种动压箔片径向气体轴承冷却结构和冷却方法

说明书

本发明属于气体轴承技术领域，具体涉及一种适用于径向动压箔片气体轴承的冷却结构和冷却方法，冷却结构包括轴承座和套设在轴承座上的壳体；壳体上开设有冷却流体进口，轴承座上设置有一个或多个用于冷却流体通过的轴向凹槽，轴承座上还开设有一个或多个供气孔，供气孔垂直于轴心贯穿轴承座；冷却结构还包括波箔片和平箔片，壳体与轴承座、波箔片和平箔片由外向内依次同轴设置。该结构增大了冷却流体的流通面积，从而提高冷却效果；采用该冷却结构的冷却方法不仅适用于气体冷却介质，还适用于制冷剂等液体冷却介质。

技术领域

本发明属于气体轴承技术领域，具体涉及一种适用于径向动压箔片气体轴承的冷却结构和冷却方法。

背景技术

箔片动压气体轴承是一种采用气体作为润滑介质的自作用式的气体轴承，可用于飞机环境控制系统(ACM)、微型燃气轮机、透平机械、离心鼓风机、涡轮增压器、离心制冷压缩机等领域。与传统油膜轴承相比，具有结构简单、转速高、摩擦功耗低等优点，随着离心制冷压缩机高速化、小型化的发展趋势以及染料电池等新能源的发展，气体轴承在高速旋转机械具有广阔的应用前景。

箔片气体轴承是动压气体轴承最常见的结构形式之一。径向箔片气体轴承依靠轴承与转子轴之间形成的楔型间隙产生动压效应，从而产生支撑转子重量的承载力。箔片气体轴承的气膜间隙很小，一般为几十微米，随着电机转速的升高，轴承间隙内不可避免有热管理问题。轴承内部由摩擦功耗、气体压缩产生的热量会导致箔片轴承和转子轴温度升高，如果热量不能及时导出，一方面会使得气体轴承的工作特性发生变化，甚至发生热失控导致故障，另一方面较高的温度还会使得箔片轴承和转子轴发生热膨胀，导致气膜间隙减小和高速摩擦发生，影响轴承和机器的稳定性和可靠性。对轴承的冷却和热管理是箔片气体轴承研究的重要方面。

现有的箔片径向气体轴承一般通过自然冷却的方式，即轴承产生的热量被高热导率的轴承座传递到周围环境。这种方式属于被动方式，在转速不太高、工况不太恶劣的情况下可以采用，但在高转速时散热效果不好。另外一种方式是通过引入外部冷却气体对径向气体轴承进行轴向冷却，即设置进气通道，使得气体从径向气体轴承的一端流向另一端，冷却气体通道即为箔片气体轴承中波箔片与轴承座、以及波箔片与平箔片之间的间隙，但由于此间隙较小，且气体的比热容也较小，因而冷却效果也不理想；而且此冷却方式的冷却介质一般为气体，当采用冷却剂等液体时，由于通流面积小，效果不好。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种动压箔片径向气体轴承冷却结构和冷却方法，通过在轴承座表面开设横向凹槽、供气孔及环形槽、冷却通道等冷却结构，增大冷却流体的流通面积，从而提高冷却效果；采用该冷却结构的冷却方法不仅适用于气体冷却介质，还适用于制冷剂等液体冷却介质。

本发明的技术方案是：

一种动压箔片径向气体轴承冷却结构，所述冷却结构包括轴承座和套设在所述轴承座上的壳体；所述壳体上开设有冷却流体进口，所述轴承座上设置有一个或多个用于冷却流体通过的轴向凹槽，所述轴承座上还开设有一个或多个供气孔，所述供气孔垂直于轴心贯穿所述轴承座；所述冷却结构还包括波箔片和平箔片，所述壳体与轴承座、波箔片和平箔片由外向内依次同轴设置。

进一步的，当所述供气孔的数量为多个时，所述轴承座上设置有环形槽；所述环形槽位于所述轴承座外表面且环绕所述轴承座圆周方向设置，多个所述供气孔均匀布设在所述环形槽内；或者，多个所述供气孔布设于所述轴向凹槽中。

进一步的，所述轴向凹槽设置于所述轴承座与壳体相接的外表面，或设置于所述轴承座的内表面；所述轴向凹槽沿轴向或周向设置于所述轴承座上；所述波箔片和平箔片为整周型式箔片，或所述波箔片和平箔片均由多个分离箔片相邻组成，所述波箔片和平箔片的数量相同。

进一步的，当所述供气孔的数量为一个时，所述供气孔与冷却流体进口同心设置以保证流体通过。