[發明專利]一種提高空氣箔片軸承支承轉子系統穩定性的方法

在審

• 申請號: 201711324760.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108253012A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 呂鵬;李映宏;馮凱
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: F16C17/02
• 分類號: F16C17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種提高空氣箔片軸承支承轉子系統穩定性的方法，通過在軸承?轉子系統中轉子上鉆孔或者刻槽的方式，減少或者消除軸承?轉子系統中的失穩現象。在箔片空氣軸承中產生的高壓氣體會對轉子產生一個激勵作用，這便是誘發流體失穩的主要原因。在轉子上鉆孔后，當孔轉到軸承中形成的局部高壓區時，由于壓差的作用，氣體會在孔中從高壓區流向低壓區。此時，激勵路徑變短，對轉子的激勵作用將減小，從而降低轉子的振動，提高轉子的穩定性。同理，在轉子軸頸處刻槽后，箔片空氣軸承中形成的高壓區氣體會在壓差的作用下沿著刻槽流向軸承兩側的低壓區，從而減小氣體激勵的作用效果，降低轉子的振動，提高轉子的穩定性。

技術領域

本發明涉及空氣動壓軸承技術領域，具體涉及一種提高空氣箔片軸承支承轉子系統穩定性的方法。

背景技術

箔片空氣軸承(FAB)是指以周圍環境中的空氣作為潤滑劑并采用箔片作為彈性支承元件的一種動壓軸承，通常是由幾層金屬箔片以不同的形式或形態組合而成,箔片軸承便由此得名。它由兩層箔片組成,上層為頂層箔片,由一整張平箔片卷曲而成,故常簡稱為“平箔”,位于下面的是支撐拱箔起彈性支撐作用,由于其具有波浪狀結構常簡稱為“波箔”。通常將采用波箔作為彈性支撐結構的箔片軸承稱為波箔型箔片軸承。與傳統意義上的軸承相比,由于其結構設計的優越性,使得軸承的工作溫度范圍得到很大的拓寬,具有穩定性高、耐振動沖擊、啟停性能好、裝配對中要求低以及后期維護和使用成本低等特點。

由于箔片軸承中潤滑氣體粘性摩擦引起的環繞轉子表面的氣體循環流動和轉子系統中結構、氣膜之間在特定轉速區域的共振有可能會造成圖1所示的軸承-轉子系統的自激振動。自激振動發生時軸頸中心在軸承中具有極大的軸心軌跡和振動幅值，這種自激振動常被稱為渦動(Whirl)或振蕩(Whip)，這種渦動或震蕩便是導致流體誘發失穩的主要原因。渦動和振蕩運動的發生機理和表現特征具有明顯的區別。轉子系統的渦動運動是由于轉子轉動引起軸徑表面潤滑氣體的循環流動產生垂直于軸心在軸承中徑向位移的切向力所激發，所以渦動頻率與潤滑氣體循環流動的平均轉速相關。潤滑氣體循環流動引起的切向力方向與阻尼力相反，其作用類似于負阻尼，不斷的為系統振動輸入能量，所以能夠引起轉子振動幅值的迅速增加。轉子系統的振蕩運動是由于系統結構剛度和潤滑氣體之間的共振引起，所以振蕩頻率與箔片軸承的結構剛度相關。

流體誘發失穩現象必須在下述3個物理條件都具備的情況下才有可能發生(見圖2)：

(1)一個外回轉體1內還有另一個內回轉體2,并且兩個回轉體間存在相對旋轉運動；

(2)兩個回轉體間存在某種粘性流體介質3；

(3)粘性流體在兩回轉體間流動并形成流體楔。

流體誘發的失穩會產生較大的振幅，通常為次同步的轉子自激振動，可導致軸承、葉輪或其他轉子零件上的轉子與定子發生摩擦。振動還會在轉子中產生明顯的交變應力，導致疲勞失效。由于其潛在的危害，應該消除或者避免流體誘發的失穩。

發明內容

為了減小或者消除流體誘發的失穩帶來的負面影響，本發明通過在轉子上鉆孔或者刻槽的方式來降低轉子-軸承系統中的渦動或振蕩現象，從而提高其穩定性。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是，在軸承-轉子系統中轉子上鉆孔或者刻槽，其特征在于鉆孔的位置在軸頸位于徑向軸承中間平面處，鉆孔的數量一般是3個或者4個，但在保證轉子剛度和強度的前提下可盡量多鉆，且在轉子上沿圓周方向均勻分布；同樣，刻槽所在的位置位于軸頸處，方向沿軸向，刻槽的數量在保證轉子剛度和強度的前提下可多刻，但在轉子軸頸處沿圓周方向均勻分布。

為了減少或者消除上述軸承轉子系統失穩的方法，其實施方式如下所述：

1)當轉子在箔片空氣軸承中時，由于靜態載荷的作用轉子會偏離軸承的中心，軸承圓周周圍的徑向間隙便會存在一個差值。