CN103836080A - 复合式磁悬浮保护轴承系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合式磁悬浮保护轴承系统，包括机械保护轴承、压环和下支撑座，下支撑座中间为凹形，本系统还包括径向弹性阻尼器和轴向磁悬浮缓冲装置，机械保护轴承固定于径向弹性阻尼器的内圈，径向弹性阻尼器和机械保护轴承的外环通过压环固定在下支撑座的凹形的侧壁上，所述的轴向磁悬浮缓冲装置包括上永磁环、辅助转子和下永磁环，上永磁环固定于辅助转子的下端，下永磁环固定于下支撑座的凹形的底面内并与上永磁环的位置相对应，辅助转子与机械保护轴承的下端连接，上永磁环和下永磁环相互之间产生斥力。本系统结构紧凑，可靠性高，使其能承载住大质量高速运转的转子冲击，为磁轴承在大质量高速立式转子上的应用提供了安全保障。

Description

复合式磁悬浮保护轴承系统
技术领域
本发明涉及一种复合式磁悬浮保护轴承系统。
背景技术
保护轴承(也称辅助轴承)是磁悬浮轴承系统的要组成部分。它的主要作用是在磁轴承失效时临时替代磁轴承支撑高速旋转的转子，起到保护转子与磁轴承的作用。在保护轴承是磁轴承-转子系统安全可靠运行的基本保障。由于使用磁悬浮轴承时转子的转速高，载荷大，失稳时对保护轴承瞬间会造成强大的冲击。保护轴承能否抵抗住这种冲击保持正常运行，是保护轴承能否起到保护作用的关键。目前，保护轴承基本都采用的是精密角接触球轴承，其配合精密，转速高，但抗冲击能力较差，尤其是抗轴向冲击的能力。由于质量较大高速旋转立式转子的冲击力已经超出了目前保护轴承的承载范围，所以光靠单一的保护轴承已经不能起到保护作用了。
发明内容
为了克服保护轴承抗冲击能力差的不足，公开了一种复合式磁悬浮保护轴承系统，使保护轴承能起到良好的抗冲击作用，大大提高了保护轴承的承载能力和磁轴承-转子系统的安全可靠性，尤其是对应用于大质量高速立式转子的磁轴承能起到更好的保护作用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种复合式磁悬浮保护轴承系统，包括机械保护轴承、压环和下支撑座，下支撑座中间为凹形，本系统还包括径向弹性阻尼器和轴向磁悬浮缓冲装置，机械保护轴承固定于径向弹性阻尼器的内圈，径向弹性阻尼器和机械保护轴承的外环通过压环固定在下支撑座的凹形的侧壁上，所述的轴向磁悬浮缓冲装置包括上永磁环、辅助转子和下永磁环，上永磁环固定于辅助转子的下端，下永磁环固定于下支撑座的凹形的底面内并与上永磁环的位置相对应，辅助转子与机械保护轴承的下端连接，上永磁环和下永磁环相互之间产生斥力。
本发明还具有如下特征：
1、所述的径向弹性阻尼器包括外支撑环、弹性阻尼构件和内支撑环，外支撑环、弹性阻尼构件和内支撑环从外到内依次连接在一起。
2、所述的弹性阻尼构件为弹性波纹环结构或者环形结构。
3、所述的机械保护轴承为一组背对背配对的高精密高速机械轴承。
4、所述的辅助转子与本系统所要保护的转子轴端的轴向间隙大于机械保护轴承内环上端与该转子的轴向保护间隙。
5、所述的两个永磁环的间隙要大于机械保护轴承的游隙。
本发明的有益效果是，能最大程度的提高机械保护轴承的抗冲击能力，使得保护轴承能适用于大质量高速的立式转子。与国外的保护轴承系统的吸盘式轴向保护相比，本保护轴承系统采用的永磁环斥力的轴向保护，其具有自身独特的优势，它体积小、无功耗、结构简单。并且吸盘式的保护系统的轴向保护直接占据的整个机械保护轴承，不能同时再进行径向的轴承保护了。本保护轴承系统弥补了高精密机械保护轴承抗冲击能力差的缺点，保障了磁轴承-转子系统的使用安全，使得磁轴承能应用于大质量高速的立式转子上，为大功率的磁悬浮储能飞轮的研发提供的基础。
附图说明
图1为复合式磁悬浮保护轴承系统结构示意图；
图2为径向弹性阻尼器的结构示意图；
其中1.转子，2.压环，3.保护轴承，4.径向弹性阻尼器，5.下支撑座，6.上永磁环，7.辅助转子，8.下永磁环，9.外支撑环10.弹性阻尼构件，11.内支撑环。
具体实施方式
下面结合上说明书附图对本发明作进一步说明：
实施例1
如图1-2所示，一种复合式磁悬浮保护轴承系统，包括机械保护轴承3、压环2和下支撑座5，下支撑座5中间为凹形，其特征在于：还包括径向弹性阻尼器4和轴向磁悬浮缓冲装置，机械保护轴承3固定于径向弹性阻尼器4的内圈，径向弹性阻尼器4和机械保护轴承3的外环通过压环固定在下支撑座5的凹形的侧壁上，所述的轴向磁悬浮缓冲装置包括上永磁环6、辅助转子7和下永磁环8，上永磁环6固定于辅助转子7的下端，下永磁环8固定于下支撑座5的凹形的底面内并与上永磁环6的位置相对应，辅助转子7与机械保护轴承3的下端连接，上永磁环6和下永磁环8相互之间产生斥力。所述的径向弹性阻尼器4包括外支撑环9、弹性阻尼构件10和内支撑环11，外支撑环9、弹性阻尼构件10和内支撑环11从外到内依次连接在一起。所述的弹性阻尼构件10为弹性波纹环结构或者环形结构。所述的机械保护轴承3为一组背对背配对的高精密高速机械轴承。所述的辅助转子7与本系统所要保护的转子轴端的轴向间隙大于机械保护轴承3内环上端与该转子的轴向保护间隙。所述的两个永磁环的间隙要大于机械保护轴承3的游隙。转子1的一侧轴端安装在机械保护轴承3上，转子1在失稳时，会落到机械保护轴承3上，会对机械保护轴承3的径向与轴向造成冲击。径向冲击会通过机械保护轴承3传到径向弹性阻尼器4，径向弹性阻尼器4通过弹性阻尼构件10能吸收径向的冲击能量。并能减小转子在保护轴承3上高速旋转时的震动。轴向冲击通过机械保护轴承3的内环传到辅助转子7上，由于上永磁环6与下永磁环8相互作用的斥力，使得辅助转子7收到向上的推力，能抵抗住来自转子的轴向冲击，产生斥力的能够托起辅助转子7。如果瞬间轴向冲击过大，会使辅助转子7下移，上下永磁环的间隙变小，增大相互间的斥力，使得保护轴承3的轴向抗冲击能力增强。
实施例2
系统工作原理：在磁悬浮的转子正常运转时，本系统不工作，机械保护轴承下端受到辅助转子的一个向上的推力，上端由压环固定。在磁悬浮的转子失稳时，转子会对机械保护轴承的径向与轴向形成强大的冲击。当转子与机械保护轴承接触时，本系统开始工作。辅助转子与转子轴端的轴向间隙大于机械保护轴承内环上端与转子的轴向保护间隙，使得转子不会与辅助转子直接接触，而是通过机械保护轴承的内环与辅助转子连接的。当转子轴向冲击机械保护轴承时，辅助转子的推力能够基本抵消掉转子自身重力造成的轴向冲击。当轴向冲击过大时，由于机械保护轴承存在游隙，会使辅助转子下移，起到缓冲作用。同时，两个永磁环的间隙减小，会使斥力加强，增大辅助转子对机械保护轴承的推力，使机械保护轴承达到轴向抗冲击的作用，经过设计计算确定两个永磁环的磁场强度、直径、截面积等参数，辅助转子对保护轴承的轴向推力为转子重量，两个永磁环的间隙要大于保护轴承的游隙。机械保护轴承径向固定在弹性阻尼器的内部与内支撑环相连，当机械保护轴承收到径向冲击时，通过弹性阻尼构件的弹性阻尼材料及结构能很好的吸收径向的冲击能量，同时也能减小转子失稳后的震动。

Claims (6)

1.一种复合式磁悬浮保护轴承系统，包括机械保护轴承(3)、压环(2)和下支撑座(5)，下支撑座(5)中间为凹形，其特征在于：还包括径向弹性阻尼器(4)和轴向磁悬浮缓冲装置，机械保护轴承(3)固定于径向弹性阻尼器(4)的内圈，径向弹性阻尼器(4)和机械保护轴承(3)的外环通过压环固定在下支撑座(5)的凹形的侧壁上，所述的轴向磁悬浮缓冲装置包括上永磁环(6)、辅助转子(7)和下永磁环(8)，上永磁环(6)固定于辅助转子(7)的下端，下永磁环(8)固定于下支撑座(5)的凹形的底面内并与上永磁环(6)的位置相对应，辅助转子(7)与机械保护轴承(3)的下端连接，上永磁环(6)和下永磁环(8)相互之间产生斥力。
2.根据权利要求1所述一种复合式磁悬浮保护轴承系统，其特征在于：所述的径向弹性阻尼器(4)包括外支撑环(9)、弹性阻尼构件(10)和内支撑环(11)，外支撑环(9)、弹性阻尼构件(10)和内支撑环(11)从外到内依次连接在一起。
3.根据权利要求2所述一种复合式磁悬浮保护轴承系统，其特征在于：所述的弹性阻尼构件(10)为弹性波纹环结构或者环形结构。
4.根据权利要求1所述一种复合式磁悬浮保护轴承系统，其特征在于：所述的机械保护轴承(3)为一组背对背配对的高精密高速机械轴承。
5.根据权利要求1所述一种复合式磁悬浮保护轴承系统，其特征在于：所述的辅助转子(7)与本系统所要保护的转子轴端的轴向间隙大于机械保护轴承(3)内环上端与该转子的轴向保护间隙。
6.根据权利要求1所述一种复合式磁悬浮保护轴承系统，其特征在于：所述的两个永磁环的间隙要大于机械保护轴承(3)的游隙。
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