一种适于装配镶块的扩压器及基于它的空气轴承的制作方法

1.本发明涉及空气轴承，具体是一种适于装配镶块的扩压器及包含它的空气轴承。


背景技术：

2.公开号cn112879318a的发明专利公开了一种高速离心压缩机，并具体公开了一级扩压器与一级轴承座之间的主轴上套设有止推盘，止推盘两侧分别设有一个止推空气轴承，止推空气轴承包括底板、中间支撑件、顶层箔片，底板呈环形，底板上沿圆周设有若干条冷却凹槽，底板的外边缘设有若干个固定安装孔；中间支撑件包括若干支撑箔片和弹性箔片，支撑箔片和弹性箔片通过点焊方式固定在底板上，支撑箔片和弹性箔片两两一组，用来对顶层箔片进行支撑；所述顶层箔片包括若干片单片箔片，所述若干片单片箔片呈环形布置，相邻两单片箔片之间柔性连接形成整体式顶层箔片结构。
3.公开号cn108286567a的发明专利公开了一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承，包括底板、支承波箔和顶层箔片，圆形的底板设置在下方，多片扇形的顶层箔片固定在底板的上方，支承波箔装配在底板和顶层箔片之间，还包括设置在顶层箔片和底板结合处径向一侧的入口段垫片，入口段垫片的厚度可调，支承波箔和顶层箔片之间为预紧装配。
4.上述专利公开的技术方案的空气轴承中都包含了底板，并且波箔、顶箔都直接或间接与底板进行连接，而通常底板都是通过螺钉固接在扩压器或扩压器上，不仅占据了有限的空间，而且在长期动载荷的作用下，螺钉会出现松动、断裂，影响气体压缩机整个系统的稳定性。而且支承波箔因焊接容易造成变形，造成波箔翘起，最终导致顶波不平整，运行时气膜不均匀。


技术实现要素：

5.为克服现有技术的缺陷或缺陷之一，本发明公开一种适于装配镶块的扩压器，所采取的技术方案是：一种适于装配镶块的扩压器，包括圆盘状的扩压器本体，扩压器本体的盘面上开设空气轴承安装槽，空气轴承安装槽的轴心线与扩压器本体的轴心线共线，空气轴承安装槽的底壁上圆周阵列n个导气通道，与现有技术不同的是，在空气轴承安装槽的底壁上、对应每个导气通道的同侧分别开设一个扇面状的镶嵌槽，镶嵌槽槽底中部开设螺钉通孔；n≥3。
6.进一步地，扩压器本体中心开设与空气轴承安装槽同心的冷却气回流腔，导气通道与冷却气回流腔相通；冷却气回流腔中心开设同心的中心孔，靠近空气轴承安装槽的侧壁开设同心的环形导气槽，导气通道的内端与环形导气槽不相通；n个开口于扩压器本体周向圆面的导气孔贯通环形导气槽和冷却气回流腔。
7.本发明还公开基于这一种适于装配镶块的扩压器的空气轴承，包括顶箔；
n个波箔单体，每个波箔单体一侧向外同曲率延伸形成非波段，非波段上开设1个与镶嵌槽形状相似的波箔通孔；n个镶块，每个镶块的顶面向上延伸形成与镶嵌槽形状相似的镶块凸起，镶块凸起的高度大于等于波箔单体的厚度；镶块中部沿竖向开设螺孔；n个镶块分别置入n个镶嵌槽中；n个螺钉，分别从扩压器本体背面的螺钉通孔穿入后与螺孔螺接；n个波箔单体通过其上的波箔通孔分别套设在n个镶块上；每个镶块的顶端和或镶块凸起顶端通过点焊与顶箔固接。
8.进一步地，顶箔包括n个顶箔单体，每个顶箔单体包括固定段、比固定段高的抵接段、将固定段与抵接段连为一体的转折段，固定段的下表面与抵接段的下表面之间的距离小于波箔单体的波高；n个顶箔单体的固定段分别与n个镶块的顶端和/或镶块凸起的顶端通过激光点焊固接在一起。
9.进一步地，顶箔包括n个顶箔单体，相邻两个顶箔单体之间通过波形系带连为一体形成环形；n个顶箔单体的同侧边缘与n个镶块的顶端和/或镶块凸起的顶端通过激光点焊固接在一起。
10.进一步地，波形系带包括靠近内环的内系带和靠近外环的外系带。
11.进一步地，n个镶块分别与n个镶嵌槽过渡配合或间隙配合，并通过耐高温胶粘合。
12.进一步地，镶块的高度大于镶嵌槽的深度。
13.与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：1.省去现有技术的底板、节省了零件和加工成本。
14.2.波箔套设在镶块上，无需焊接，避免了波箔因焊接引起的变形。
15.3.波箔套设在镶块上，镶块对波箔进行径向和轴向限位，无需焊接固定，避免脱焊掉落的可能性，运行更可靠，但不限制波箔自由端的伸展与回缩，提供相应的弹性和阻尼。
16.4.波箔套设在镶块上，提高了轴承装配的表面平整度，提高了受力和磨擦的均匀性，减少磨损、提高寿命。
17.5.省去现有技术的底板，节省了空间，有利于气体压缩机的小型化、轻量化。
18.6.结构简单，便于安装。
附图说明
19.图1是本发明扩压器的结构示意图。
20.图2是本发明扩压器另一视角的结构示意图。
21.图3是本发明波箔单体的结构示意图。
22.图4是本发明镶块的结构示意图。
23.图5是实施例2中顶箔单体的结构示意图。
24.图6是实施例2中扩压器与波箔单体、镶块和顶箔单体装配后的结构示意图。
25.图7是实施例3中顶箔的结构示意图。
26.图8是实施例3中扩压器与波箔单体、镶块和顶箔装配后的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明做进一步说明。
28.实施例1，如图1-2所示的包括圆盘状的扩压器本体200，扩压器本体200的盘面上开设空气轴承安装槽204，空气轴承安装槽204的轴心线与扩压器本体200的轴心线共线，空气轴承安装槽204的底壁上圆周阵列6个导气通道207，在空气轴承安装槽204的底壁上、对应每个导气通道207的同侧分别开设一个扇面状的镶嵌槽208，镶嵌槽208槽底中部开设螺钉通孔209。
29.扩压器本体200中心开设与空气轴承安装槽204同心的冷却气回流腔202，导气通道207与冷却气回流腔202相通；冷却气回流腔202中心开设同心的中心孔201，靠近空气轴承安装槽204的侧壁开设同心的环形导气槽203，导气通道207的内端与环形导气槽203不相通；n个开口于扩压器本体200周向圆面的导气孔205贯通环形导气槽203和冷却气回流腔202。
30.本实施例的扩压器能够一体机加工完成平面和铣槽，能保证与之适配的每个镶块定位面的公差精度。
31.实施例2，如图3-6所示的基于实施例1的一种适于装配镶块的扩压器的空气轴承，包括6个波箔单体1，每个波箔单体1一侧向外同曲率延伸形成非波段11，非波段11上开设1个与镶嵌槽208形状相似的波箔通孔12；6个镶块2，每个镶块2的顶面向上延伸形成与镶嵌槽208形状相似的镶块凸起22，镶块凸起22的高度大于等于波箔单体1的厚度；镶块2中部沿竖向开设螺孔21；6个镶块2分别置入6个镶嵌槽208中；6个螺钉，分别从扩压器本体200背面的螺钉通孔109穿入后与螺孔21螺接；从而将镶块2固定在扩压器本体200上。
32.6个波箔单体1通过其上的波箔通孔12分别套设在6个镶块2上；彻底杜绝了波箔单体1开焊脱落的可能。
33.顶箔3；包括6个顶箔单体31，每个顶箔单体31包括固定段311、比固定段311高的抵接段312、将固定段311与抵接段312连为一体的转折段313，固定段311的下表面与抵接段312的下表面之间的距离小于波箔单体1的波高；6个顶箔单体31的固定段311分别与6个镶块2的顶端和/或镶块凸起22的顶端通过激光点焊固接在一起。
34.在另一优选实施例中，6个镶块2分别与6个镶嵌槽208过渡配合或间隙配合，并通过耐高温胶粘合。
35.在另一优选实施例中，6个镶块（2）分别与n个镶嵌槽（208）过盈配合，省去6个螺钉，也无需在镶块（2）中部开设螺孔（21）、无需在镶嵌槽（208）槽底中部开设螺钉通孔（209）。
36.在另一优选实施例中，镶块2的高度大于镶嵌槽208的深度。镶块2的材质选用不锈钢、碳钢或高温合金等任何适焊的材料，区别于扩压器本体200常用的铝材，比铝材更方便焊接，焊接强度也更高。
37.6个顶箔单体31被焊接固定后，每个顶箔单体31的转折段313和抵接段312就会向上翘起，每个顶箔单体31呈现一端低、一端高的斜坡状。
38.为了方便地说明波箔单体1、镶块2和顶箔单体31与扩压器本体200的结构关系，在图6中，隐藏了位于上的那个顶箔单体31。图中的小黑点为激光焊接的焊点。
39.本实施例的空气轴承是一种空气止推轴承，主轴带动扩压器本体200一侧的止推盘旋转时，止推盘带动周围的空气同时旋转流动，旋转流动的空气流经高低相间的环状顶箔3时，在边界层吸附效应的作用下，形成楔形气膜，成对的空气止推轴承之间就会产生要将彼此分离的推力，轴旋转的速度越快，产生的推力相应越大，相应地进入每个波箔单体1下表面的波形槽中空气的压力也越大，每个波箔单体1会抵压每个顶箔单体31不至于被压塌，这是一个动态平衡的过程，在此过程中，波箔单体1小幅度地伸缩变形，波高会有小幅度的变化，以适应轴旋转速度的变化。
40.实施例3，如图3-4、7-8所示的基于实施例1的一种适于装配镶块的扩压器的空气轴承，除了顶箔3的结构之外其他与实施例2相同。顶箔3包括6个顶箔单体31，相邻两个顶箔单体31之间通过波形系带32连为一体形成环形；波形系带32包括靠近内环的内系带321和靠近外环的外系带322。波形系带32起到柔性连接相邻顶箔单体31的作用。6个顶箔单体31的同侧边缘与6个镶块2的顶端和/或镶块凸起22的顶端通过激光点焊固接在一起。
41.焊接后，环形的顶箔3的下表面局部与镶块2的顶面抵接，波形系带32便自然弯曲变形，使得整个环形的顶箔3呈现高低相间的环形波状。由于波形系带32对相邻顶箔单体31具有牵扯作用，故而整个顶箔的顶面会更加平整，提高了受力和磨擦的均匀性，减少磨损、提高寿命。
42.为了方便地说明波箔单体1、镶块2和环形顶箔3与扩压器相互的结构关系，在图8中，将顶箔3右侧进行了半剖，右下方位置的镶嵌槽102内未装配镶块2，也就未套设波箔单体1；右上方的1个镶嵌槽102内虽然装配了镶块2，但未套设波箔单体1；上方的1个镶嵌槽102内既有镶块2，也套设了波箔单体1。图中顶箔3上的小黑点为激光焊接的焊点。
43.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。本发明未详述之处，均为本技术领域的现有技术或的公知常识。