CN101016850B - 应用于透平机的永磁悬浮轴承 - Google Patents

应用于透平机的永磁悬浮轴承 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械领域，特指一种用作高速、长期和连续旋转的透平机械的永磁悬浮轴承。其中透平机叶片(1)安装在转子端部；环形永磁磁钢(2、5、8)安装在转子上，环形永磁磁钢(3，4及6，7)被安装在定子上，环形永磁磁钢(2、3)和环形永磁磁钢(7、8)大小相等，同轴同向排列，它们之间的互相吸引力，具有径向轴承的作用，环形永磁磁钢(4、5、6)大小不等，同轴同向排列，它们之间的斥力，为透平机转子轴向的平衡和稳定，提供了保证。当转速达到一定值后，转子的转动惯量会保持转子稳定的旋转。其优点是，转子与定子无机械接触，无机械磨损，可长期、连续使用。

Description

应用于透平机的永磁悬浮轴承
技术领域
本发明涉及机械领域，特指一种用作高速、长期及连续运转的透平机(涡轮机)的永磁悬浮轴承。
背景技术
目前旋转机械的轴承有机械轴承、液压轴承、空气轴承等，其使寿命均因机械磨损或轴承的机械故障而受限。在过去的几十年里，磁力泵已有了深入的研究。第一台磁力泵试验模型是由Bramm在20世纪80年代早期研制成功的(bramm G，Novak P and OlsenDB：A free-floating body as the motor of a centrifugal blood pump for LVAD or TAH.Euro.Soc.Artif.Organs Proc.，8，41-45，1981)。第一台被应用的磁力泵是由Akamatzu博士等人研制出的，其采用了电磁轴承(EMB)和永磁轴承(PMB)的混合轴承系统(Akamazu T：Centrifugal blood pump with a magnetically suspended impeller″，Artif.Organs 16，305-308，1992)。到目前为止，此混合轴承已被广泛使用(Hoshi，Asama H，Shinshi T，OhuchiK，Nakamura M，Mizuno T，i Arai H，Shimokohbe A，Takatani S：Disposable MagneticallyLevitated Centrifugal Blood Pump：Design and In Vitro Performance Artificial Organs.29：7520，July 2005)。目前所有的磁力泵都需要EMC，都是电磁悬浮泵。其优势是没有机械轴承的损耗，但其结构复杂成本高而得不到普遍应用。本发明人曾研制成永磁悬浮轴承并得到专利(96231553.2)，但在应用中发现，该轴承在轴向能有效支承转子，但在径向因支承力不够，不能有效支承转子。
发明内容
本发明的目的是应用永磁悬浮轴承取代空气轴承，使高速旋转透平机能长期、连续运转。
本发明的目的是这样实现的：
透平叶片与第1、8环形永磁磁钢和第5环形永磁磁钢被安装在转子上，第3、4、6、7环形永磁磁钢被安装在定子上。第1、3、7、8环形永磁磁钢大小相等，同轴同向排列，互相吸引；其吸引力互相平衡或低效。同时，第1环形永磁磁钢2与第3环形永磁磁钢3，第7环形永磁磁钢与第8环形永磁磁钢的吸引力，对任何作用于转子上的水平干扰，无论是平行于纸面或垂直于纸面的，均具有恢复力，意即第1环形永磁磁钢与第3环形永磁磁钢，第7环形永磁磁钢与第8环形永磁磁钢，具有径向二个自由度的轴承作用。此外，对于转子主轴在纸面上或垂直于纸面上的旋转，第1环形永磁磁钢2与第3环形永磁磁钢和第7环形永磁磁钢与第8环形永磁磁钢具有阻碍作用。至此，转载在四个自由度上有支承力。
第4环形永磁磁钢与第5环形永磁磁钢和第5环形永磁磁钢与第6环形永磁磁钢，具有轴向抗压、抗拉的作用。这样，转子只剩下最后一个自由度——旋转方向的稳定，是由转子自身的陀螺效应来实现的，即转子转速达到一定值之后，转子能保持稳定旋转。
附图说明
图1：应用于透平机的永磁悬浮轴承结构示意图
图1标号代表：1、透平叶片；2～8、分别代表第1、3、4、5、6、7、8环形永磁磁钢；
具体实施方式
现在结合图1详细说明应用于透平机的永磁悬浮轴承的结构及工作原理。
如图1所示：透平机叶片1安装在第1环形永磁磁钢(2)所处平面之上的转子端部；第1环形永磁磁钢2、第5环形永磁磁钢5和第8环形永磁磁钢8平行安装在转子上，处于同一平面中的第3环形永磁磁钢3和第4环形永磁磁钢4及处于同一平面中的第6环形永磁磁钢6和第7环形永磁磁钢7相互平行地安装在定子上；第5环形永磁磁钢(5)位于第3环形永磁磁钢(3)和第4环形永磁磁钢(4)所处的平面之下，且位于第6环形永磁磁钢(6)和第7环形永磁磁钢(7)所处的平面之上；第1环形永磁磁钢2位于透平机叶片1与第3环形永磁磁钢3和第4环形永磁磁钢4所处的平面之间；第8环形永磁磁钢8位于第6环形永磁磁钢6和第7环形永磁磁钢7所处平面下方的转子端部；第1环形永磁磁钢2、第3环形永磁磁钢3和第7环形永磁磁钢7、第8环形永磁磁钢8大小相等，同轴同向排列，他们之间的互相吸引力，具有径向轴承的作用，因为任何水平方向的干扰力，无论是平行于纸面的或者是垂直于纸面的，都会受到第1环形永磁磁钢2与第3环形永磁磁钢3或第7环形永磁磁钢7与第8环形永磁磁钢8的阻碍；换言之，转子水平方向的平动，会受到第1环形永磁磁钢2与第3环形永磁磁钢3和第7环形永磁磁钢7与第8环形永磁磁钢8之间吸引力的阻碍。对于转子的在纸面上或垂直于纸面上的转动，第1环形永磁磁钢2与第3环形永磁磁钢3和第7环形永磁磁钢7与第8环形永磁磁钢8之间的吸引力也将产生阻碍作用。就是说，转子四个自由度上的平衡和稳定，由第1环形永磁磁钢2与第3环形永磁磁钢3和第7环形永磁磁钢7与第8环形永磁磁钢8提供。
第4环形永磁磁钢4与第5环形永磁磁钢5、第5环形永磁磁钢5与第6环形永磁磁钢6，大小不等，同轴同向排列，且第5环形永磁磁钢5的内径大于第4环形永磁磁钢4和第6环形永磁磁钢6的外径。它们之间的斥力，为透平机转子轴向的平衡和稳定，提供了保证。
透平机最后一个自由度即绕轴旋转方向的平衡与稳定，由转子高速旋转产生的陀螺效应来提供。简言之，当转速达到一定值后，转子的转动惯量会保持转子稳定的旋转。

Claims (1)

1.应用于透平机的永磁悬浮轴承，它由转子和定子组成，其特征是：透平机叶片(1)安装在第1环形永磁磁钢(2)所处平面之上的转子端部；第1环形永磁磁钢(2)、第5环形永磁磁钢(5)和第8环形永磁磁钢(8)平行安装在转子上；处于同一平面中的第3环形永磁磁钢(3)和第4环形永磁磁钢(4)、处于同一平面中的第6环形永磁磁钢(6)和第7环形永磁磁钢(7)相互平行地安装在定子上；第5环形永磁磁钢(5)位于第3环形永磁磁钢(3)和第4环形永磁磁钢(4)所处的平面之下，且位于第6环形永磁磁钢(6)和第7环形永磁磁钢(7)所处的平面之上；第1环形永磁磁钢(2)位于透平机叶片(1)与第3环形永磁磁钢(3)和第4环形永磁磁钢(4)所处的平面之间；第8环形永磁磁钢(8)位于第6环形永磁磁钢(6)和第7环形永磁磁钢(7)所处平面下方的转子端部；第1环形永磁磁钢(2)、第3环形永磁磁钢(3)、第7环形永磁磁钢(7)与第8环形永磁磁钢(8)大小相等，同轴同向排列；第4环形永磁磁钢(4)、第5环形永磁磁钢(5)和第6环形永磁磁钢(6)大小不等，同轴同向排列，且第5环形永磁磁钢(5)的内径大于第4环形永磁磁钢(4)和第6环形永磁磁钢(6)的外径。
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