CN103307103A - 磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座、转子组件和磁悬浮轴承组件，转子组件由磁悬浮轴承组件支承，磁悬浮轴承组件由鼠笼式弹性支承装置支承，鼠笼式弹性支承装置由机座支承，鼠笼式弹性支承装置与机座间还设有金属橡胶环。本发明提供的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置能有效抑制高速磁悬浮轴承转子系统的振动。本发明既可有效利用金属橡胶材料良好的阻尼性能，又可控制转子系统临界转速大小以满足转子系统临界转速设计准则的要求，有助于磁悬浮轴承的推广应用。

Description

磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置。

背景技术

磁悬浮轴承转子系统相较于传统轴承支承的转子系统，因其磁悬浮轴承与其所支承的转子之间的非接触性而具有许多无可比拟的优点。

磁悬浮轴承通过产生电磁力将转子悬浮支承，其电磁力可通过调整线圈电流或电压大小进行控制，即磁悬浮轴承的刚度和阻尼是可控的，因此在一定范围内可以实现对转子振动的抑制。

然而磁悬浮轴承转子系统对自身刚度和阻尼的调节范围较窄，而其阻尼又相对较低，使其抑制转子振动的能力较弱，特别是转子跨过临界转速以及受到突加不平衡力时，转子的平衡状态及系统工作性能都会受到严重威胁。

研究及实验表明，转子振幅与临界转速和不平衡质量成正比，与系统阻尼成反比。因此降低转子振幅可采取降低临界转速或增大系统阻尼的方法。

金属橡胶是一种由金属丝制造的均质弹性多空隙材料，具有类似橡胶的良好阻尼性能，被广泛应用在转子系统中以增大系统阻尼。金属橡胶本身具有刚度，然而在变形过程中其刚度特性变化曲线呈线性—软特性—硬特性变化，在变形量由小变大过程中，刚度开始时保持基本不变，随后变小，之后又变大。在变形量足够大时，金属橡胶近似刚性。金属橡胶刚度的这种非线性变化使单独利用金属橡胶阻尼器支承转子系统来控制系统临界转速大小并满足转子系统临界转速设计准则的要求造成了一定难度。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其能有效抑制高速磁悬浮轴承转子系统的振动。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座、转子组件和磁悬浮轴承组件，转子组件由磁悬浮轴承组件支承，磁悬浮轴承组件由鼠笼式弹性支承装置支承，鼠笼式弹性支承装置由机座支承，鼠笼式弹性支承装置与机座间还设有金属橡胶环。

优选的，所述金属橡胶环与鼠笼式弹性支承装置为小过盈配合，金属橡胶环与机座也为小过盈配合。

优选的，所述金属橡胶环配有用于将其轴向压紧的压紧环。

优选的，所述转子组件还配有用于监测其振动位移的传感器，转子组件包括与传感器相配合的传感器基准环。

优选的，所述转子组件还配有辅助轴承。

优选的，所述转子组件还配有推力轴承，转子组件包括与推力轴承相配合的推力盘。

优选的，所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，两个端环分别与机座直接或间接固定，各笼条与磁悬浮轴承组件直接或间接固定。

优选的，所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，其中一个端环与机座直接或间接固定，另一个端环与磁悬浮轴承组件直接或间接固定。

优选的，所述鼠笼式弹性支承装置包括一个端环和若干笼条，端环与机座直接或间接固定，各笼条与磁悬浮轴承组件直接或间接固定。

优选的，所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，其中一个端环与机座直接或间接固定，另一个端环分别与传感器、磁悬浮轴承组件、推力轴承以及辅助轴承直接或间接固定。

本发明的优点和有益效果在于：提供一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其能有效抑制高速磁悬浮轴承转子系统的振动。本发明既可有效利用金属橡胶材料良好的阻尼性能，又可控制转子系统临界转速大小以满足转子系统临界转速设计准则的要求，有助于磁悬浮轴承的推广应用。

本发明磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括径向和轴向磁悬浮轴承、用于支承磁悬浮轴承的鼠笼式弹性支承装置以及内嵌于鼠笼式弹性支承装置和机座间的金属橡胶环。通过鼠笼式弹性支承可在不影响转子本身刚性的前提下，将转子支承系统的临界转速降低并控制在预期数值，同时又能满足转子系统临界转速设计准则的要求，还通过金属橡胶环提供的阻尼达到抑制系统振动的目的。

所述金属橡胶环的内径与鼠笼式弹性支承装置的外径之间以及金属橡胶环外径与机座内径之间采用小过盈配合，在安装过程中金属橡胶环可实现一定程度的径向预压缩量。

为防止系统运行过程中金属橡胶环的松动，设计了可以压缩金属橡胶环轴侧端面的压紧环，通过调整金属橡胶环轴向长度来实现径向预压缩量的改变。

工作过程中，转子会因自身涡动而引起磁悬浮轴承发生振动，从而引起支承磁悬浮轴承的鼠笼式弹性支承装置与机座间发生相对运动，从而挤压中间的金属橡胶环，金属橡胶环产生阻尼力来有效抑制振动。

本发明同时应用了鼠笼式弹性支承和金属橡胶阻尼器来组成组合式支承，这样可针对金属橡胶的刚度在变形中的非线性变化，通过鼠笼式弹性支承提供固定且预期的支承刚度，使系统总支承刚度保持基本不变，来控制转子系统临界转速大小，以满足转子系统临界转速设计准则的要求，又能充分利用金属橡胶良好的阻尼性能，在磁悬浮轴承组件带动鼠笼式弹性支承装置与机座间相对运动时来挤压中间的金属橡胶环产生阻尼力，避免转子通过临界转速时因鼠笼式弹性支承装置变形过大而造成笼条应力破坏，并同时达到抑制系统振动的目的。

附图说明

图1是本发明实施例2的示意图;

图2是本发明实施例3的示意图;

图3是本发明实施例4的示意图;

图4为本发明实施例12的组合支承装置装配图;

图5为本发明实施例12的径向磁悬浮轴承磁路示意图；

图6为本发明实施例12的推力轴承磁路示意图；

图7为本发明组合支承装置的工作原理图，ΔS为鼠笼式弹性支承装置和机座发生相对运动时金属橡胶环的受压变形量，F为金属橡胶环因受压变形而产生的阻尼力。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施的技术方案是：

实施例1

一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座、转子组件和磁悬浮轴承组件，转子组件由磁悬浮轴承组件支承，磁悬浮轴承组件由鼠笼式弹性支承装置支承，鼠笼式弹性支承装置由机座支承，鼠笼式弹性支承装置与机座间还设有金属橡胶环。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明优选的技术方案是：

如图1，一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座A1、转子组件A2和磁悬浮轴承组件A3，转子组件A2由磁悬浮轴承组件A3支承，磁悬浮轴承组件A3由鼠笼式弹性支承装置支承，鼠笼式弹性支承装置由机座A1支承，鼠笼式弹性支承装置与机座A1间还设有金属橡胶环A4。所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环A5和若干笼条A6，两个端环A5分别与机座A1直接或间接固定，各笼条A6与磁悬浮轴承组件A3直接或间接固定。

实施例3

在实施例1的基础上，本发明优选的技术方案是：

如图2，一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座B1、转子组件B2和磁悬浮轴承组件B3，转子组件B2由磁悬浮轴承组件B3支承，磁悬浮轴承组件B3由鼠笼式弹性支承装置支承，鼠笼式弹性支承装置由机座B1支承，鼠笼式弹性支承装置与机座B1间还设有金属橡胶环B4。所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环B5和若干笼条B6，其中一个端环B5与机座B1直接或间接固定，另一个端环B5与磁悬浮轴承组件B3直接或间接固定。

实施例4

在实施例1的基础上，本发明优选的技术方案是：

如图3，一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座C1、转子组件C2和磁悬浮轴承组件C3，转子组件C2由磁悬浮轴承组件C3支承，磁悬浮轴承组件C3由鼠笼式弹性支承装置支承，鼠笼式弹性支承装置由机座C1支承，鼠笼式弹性支承装置与机座C1间还设有金属橡胶环C4。所述鼠笼式弹性支承装置包括一个端环C5和若干笼条C6，端环C5与机座C1直接或间接固定，各笼条C6与磁悬浮轴承组件C3直接或间接固定。

实施例5

在实施例1的基础上，本发明优选的技术方案是：

所述金属橡胶环与鼠笼式弹性支承装置为小过盈配合，金属橡胶环与机座也为小过盈配合。

实施例6

在实施例5的基础上，本发明优选的技术方案是：

所述金属橡胶环配有用于将其轴向压紧的压紧环。

实施例7

在实施例6的基础上，本发明优选的技术方案是：

所述转子组件还配有用于监测其振动位移的传感器，转子组件包括与传感器相配合的传感器基准环。

所述转子组件还配有磁悬浮推力轴承，转子组件包括与推力轴承相配合的推力盘以及隔磁环。

所述转子组件还配有辅助轴承。

实施例8

在实施例7的基础上，本发明优选的技术方案是：

所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，两个端环分别与机座直接或间接固定，各笼条与磁悬浮轴承组件以及辅助轴承直接或间接固定。

实施例9

在实施例7的基础上，本发明优选的技术方案是：

所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，其中一个端环与机座直接或间接固定，另一个端环与磁悬浮轴承组件以及辅助轴承直接或间接固定。

实施例10

在实施例7的基础上，本发明优选的技术方案是：

所述鼠笼式弹性支承装置包括一个端环和若干笼条，端环与机座直接或间接固定，各笼条与磁悬浮轴承组件以及辅助轴承直接或间接固定。

实施例11

在实施例9的基础上，本发明优选的技术方案是：

所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，其中一个端环与机座直接或间接固定，另一个端环分别与传感器、磁悬浮轴承组件、推力轴承以及辅助轴承直接或间接固定。

实施例12

在实施例11的基础上，本发明优选的技术方案是：

如图4，一种磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座1、转子组件和磁悬浮轴承组件，转子组件由磁悬浮轴承组件支承，磁悬浮轴承组件由鼠笼式弹性支承装置4支承，鼠笼式弹性支承装置4由机座1支承，鼠笼式弹性支承装置4与机座1间还设有金属橡胶环13。

转子10左端置有辅助轴承25，由辅助轴承端盖24和螺栓23将其固定在磁悬浮轴承端盖19上，在转子系统通电运行之前起支承转子10的作用，而且在突然断电等原因致磁悬浮轴承失效时也可起到一定的保护作用。

所述转子组件还配有磁悬浮推力轴承，转子组件包括与推力轴承相配合的推力盘27以及隔磁环28。推力轴承由推力轴承定子22、推力轴承线圈26和推力轴承定子压板21组成，通过螺栓20紧固推力轴承定子压板21，将推力轴承线圈26压紧于推力轴承定子22内。轴向推力盘27受推力轴承线圈26通电后产生的电磁场作用进而产生轴向电磁力，并通过PID控制保证转子的轴向位置。图6为推力轴承磁路示意图。设置隔磁环28以阻隔径向磁悬浮轴承磁路和推力轴承磁路。径向磁悬浮轴承和推力轴承均设置在鼠笼式弹性支承装置4内。

所述转子组件还配有用于监测其振动位移的传感器8，转子组件包括与传感器8相配合的传感器基准环9。传感器8固定在径向传感器支架7上。

所述转子组件包括转子硅钢片组11，其套装有径向磁悬浮轴承硅钢片组12。径向磁悬浮轴承硅钢片组12上绕有磁悬浮轴承线圈6，与径向磁悬浮轴承压圈5一起组成径向磁悬浮轴承，并固定在径向传感器支架7和推力轴承之间。径向磁悬浮轴承采用磁极沿转子周向布置方法，其磁路如图5所示。

轴向推力盘27和隔磁环28安装在转子硅钢片组11的一侧，传感器基准环9安装在转子硅钢片组11的另一侧。轴向推力盘受推力轴承线圈通电后产生的电磁场作用进而产生轴向电磁力，并通过PID控制保证转子的轴向位置。图6为推力轴承磁路示意图。

所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，其中一个端环通过螺栓18与磁悬浮轴承端盖19固定，另一个端环通过螺栓17固定于连接套16上，连接套16通过螺栓15与机座1固定。

通过螺栓18与磁悬浮轴承端盖19固定的端环在远离磁悬浮轴承端盖19的端面设有沿径向向内延伸的凸环，径向传感器支架7、径向磁悬浮轴承和推力轴承沿轴向被固定在磁悬浮轴承端盖19与凸环间，并通过螺栓18紧固磁悬浮轴承端盖19，使径向传感器支架7、径向磁悬浮轴承和推力轴承沿轴向被磁悬浮轴承端盖19压紧。

金属橡胶环13直接以小过盈配合方式压入鼠笼式弹性支承装置4与机座1之间，实现一定预压缩量，且金属橡胶环13一端与连接套16内端面相接触，另一端由轴向压紧环3压紧，压紧环3通过螺栓2与机座1固定，通过调整金属橡胶环13轴向长度来改变金属橡胶环13径向预压缩量。

机座1还设有定位棒14。

工作时，转子10会因自身涡动而引起磁悬浮轴承发生振动，从而引起支承磁悬浮轴承的鼠笼式弹性支承装置4与机座1间发生相对运动ΔS来挤压中间的金属橡胶环13产生阻尼力F（如图7所示），达到抑制转子10振动的目的。转子10振动幅值的改善则可以通过传感器8进行监测。

本发明通过鼠笼式弹性支承提供固定且预期的支承刚度来改善系统支承刚性并有效控制临界转速的大小，并借助金属橡胶环提供的阻尼来达到改善磁悬浮轴承转子系统对振动的抑制，使柔性转子机械系统可在临界转速以上安全运行。

 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，包括机座、转子组件和磁悬浮轴承组件，其特征在于，转子组件由磁悬浮轴承组件支承，磁悬浮轴承组件由鼠笼式弹性支承装置支承，鼠笼式弹性支承装置由机座支承，鼠笼式弹性支承装置与机座间还设有金属橡胶环。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述金属橡胶环与鼠笼式弹性支承装置为小过盈配合，金属橡胶环与机座也为小过盈配合。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述金属橡胶环配有用于将其轴向压紧的压紧环。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述转子组件还配有用于监测其振动位移的传感器，转子组件包括与传感器相配合的传感器基准环。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述转子组件还配有辅助轴承。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述转子组件还配有推力轴承，转子组件包括与推力轴承相配合的推力盘。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，两个端环分别与机座直接或间接固定，各笼条与磁悬浮轴承组件直接或间接固定。

8.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，其中一个端环与机座直接或间接固定，另一个端环与磁悬浮轴承组件直接或间接固定。

9.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述鼠笼式弹性支承装置包括一个端环和若干笼条，端环与机座直接或间接固定，各笼条与磁悬浮轴承组件直接或间接固定。

10.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承转子系统的组合支承装置，其特征在于，所述鼠笼式弹性支承装置包括两个端环和若干笼条，其中一个端环与机座直接或间接固定，另一个端环分别与传感器、磁悬浮轴承组件、推力轴承以及辅助轴承直接或间接固定。

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