CN104179712A - 一种空气悬浮离心鼓风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气悬浮离心鼓风机，包括电机、电机底座、导流口、排气口、涡轮和蜗壳。转子与左涡轮和右涡轮通过转子芯轴同轴连接。电机壳内设有左、右径向轴承组件，径向轴承组件包括径向轴承座、径向轴承、左轴承位和径向轴承压盖，径向轴承为箔片式动压气体径向轴承。电机壳内右侧设有内止推轴承座、外止推轴承座和止推盘，内止推轴承座和止推盘之间设有内止推轴承，止推盘与外止推轴承座之间设有外止推轴承。内止推轴承和外止推轴承以及径向轴承均为箔片式动压气体止推轴承。本发明空气悬浮离心鼓风机使用箔片式动压气体径向轴承和止推轴承，具有高速稳定性好，承载力大、润滑性能好、无需外部气源、耐高温和寿命长的优点，提高了风机的效率，降低能量消耗和噪音污染。

Description

一种空气悬浮离心鼓风机

技术领域     本发明属于机械设备技术领域，涉及一种空气悬浮离心鼓风，尤其涉及采用箔片式动压气体止推轴承的空气悬浮离心鼓风机。 

背景技术

污水活性污泥法处理的曝气鼓风机分为罗兹鼓风机、多级低速离心风机、单级高速离心风机。污水处理厂鼓风机的能耗很大，一般占到污水处理厂总能耗的30%-50%以上。罗兹鼓风机噪声大，存在润滑油向气缸渗漏的缺点，同时其风量只能采用调节转速和旁路放空阀法，风机效率低，能源的浪费严重。单级高速离心风机需要庞大的润滑以及冷却系统，维护工作量大，后期维护费用高。多级低速离心风机是通过多级串联的叶轮经过几级压缩获得所需要的风压和风量，在体积和重量方面劣势明显，同样也存在着送风系统进油的问题。驱动鼓风机转动的核心设备是电机，电机的转子主轴通过径向轴承和推力轴承支承，轴承的摩擦和润滑性能对电机及鼓风机的性能至关重要。滚动轴承摩擦磨损大、寿命短，不适用于高速工况；磁悬浮轴承相关技术尚不成熟、造价昂贵、控制结构复杂、易造成电磁污染，无法实现大规模应用；液体滑动轴承承载力和刚度都很高，但由于液体阻尼大，速度受到很大限制。 

公开号为CN1594890A的中国发明专利申请公开一种“高速电动磁悬浮离心式鼓风机，包括电机机壳，电机机壳内有第一径向轴承、电机定子、第二径向轴承、第一推力轴承和第二推力轴承。该电机机壳通过一背盘与一蜗壳连接，……，采用电机转子与推力盘共轴设计，其径向轴承和推力轴承采用电磁悬浮或空气轴承或浮环轴承”。该专利申请公开的高速电动磁悬浮离心式鼓风机为单侧叶轮结构，并且没有公开使用具体空气轴承的结构。 

发明内容

本发明的目的是提供一种空气悬浮离心鼓风机，以提高鼓风机的效率，降低能量消耗和噪音污染，便于维护保养。 

本发明空气悬浮离心鼓风机，包括电机、电机底座、导流口、排气口、左涡轮、左蜗壳、右涡轮和右蜗壳，左涡轮和左蜗壳安装电机的一端，右涡轮和右蜗壳安装在电机的另一端，对称布置。电机包括电机壳、定子、转子、电机盖和转子芯轴，转子与左涡轮7和右涡轮通过转子芯轴同轴连接。电机壳内设有左、右径向轴承组件，左、右径向轴承组件分别安装在转子的两端。径向轴承组件包括径向轴承座、径向轴承、左轴承位和径向轴承压盖，径向轴承为箔片式动压气体径向轴承。电机壳内右侧设有内止推轴承座、外止推轴承座和止推盘，内止推轴承座和止推盘之间设有内止推轴承，止推盘与外止推轴承座之间设有外止推轴承。内止推轴承和外止推轴承为箔片式动压气体止推轴承。内止推轴承座和外止推轴承座设有止推轴承定位槽，内止推轴承和外止推轴承通过止推轴承定位销定位。 

箔片式动压气体止推轴承由底板、波箔和顶箔构成，波箔和顶箔先后焊接在底板上。箔片式动压气体径向轴承由径向轴承波箔、径向轴承顶箔和定位销构成，径向轴承顶箔和径向轴承波箔通过定位销周向固定在径向轴承座内，径向轴承压盖将径向轴承波箔和径向轴承顶箔轴向限位。左涡轮和右涡轮的端面设有迷宫密封结构，鼓风机设有迷宫密封板，迷宫密封结构与迷宫密封板形成鼓风机密封系统。电机的左侧设有涡轮定位槽，左涡轮通过涡轮定位槽用定位销与转子外端面连接。电机右侧设有右涡轮定位槽，右涡轮通过涡轮定位槽用定位销与转子外端面连接。转子芯轴两端的尾端设有六角法兰螺母。涡轮的轮毂外端面与转子轴肩紧密贴合，实现轴向定位。左涡壳和右蜗壳的材质为铝合金，左涡轮和右涡轮的材质为铝合金。电机为高速异步感应电机。鼓风机含变频调速控制系统，电机与变频调速控制系统电路连接。鼓风机设有电机散热翼翅或冷却介质内循环系统。 

传统的气体轴承分为静压气体轴承和动静压气体轴承，静压气体轴承需要外部气源持续供气，使用成本高，而且静压气体轴承的刚度和承载力比较低。动静压气体轴承虽然提高了轴承的稳定性和承载性，结构复杂，加工难度大。箔片式动压空气轴承与传统的气体轴承相比，无需外部气源，承载能力大、运行寿命长、可靠性高、耐高温能力强以及高速稳定性好等特点。由于箔片具有良好的弹性特征，使得轴承支承表面能够根据转速和载荷的变化作相应的变形调整，自动形成相应的润滑气膜，体现出了较强的抗冲击能力和自适应性能，又因箔片轴承在运行过程中箔片与箔片之间以及箔片与轴承壳体内壁之间存在着库伦摩擦力，消耗掉了部分多余能量，对抑制转子系统振动、保持稳定性等方面起到了重要作用。箔片本身的自适应特性，使得箔片轴承相对于静压气体轴承的公差精度要求以及转子对中性要求苛刻程度大为降低。 

本发明由效率高达95%-97%的高速异步感应电机和电机两头对称安装的涡轮构成空气悬浮离心鼓风机，与容积式鼓风机相比较具有高速稳定性好，供气量大、运行平稳、效率高、结构简单、噪音低、占地面积小、重量小、使用年限长、维修量小、壳体内不需润滑和气体不会被油二次污染等优点。电机的径向轴承均采用箔片式动压气体径向轴承，内、外止推轴承采用箔片式动压气体止推轴承，具有高速稳定性好、承载力大、润滑性能好、无需外部气源、耐高温和寿命长的优点，可有效防止喘振，降低能量消耗。使用箔片式动压气体止推轴承和径向轴承，实现了无机械接触，没有机械之间的摩擦损失。电机与涡轮采用同轴直联式结构，无需齿轮箱和润滑油系统，无机械接触，噪音在75-80分贝以下，可以提供没有油成分的洁净的空气，提高了风机的效率，降低了能量消耗和噪音污染，电机采用风冷或水冷结构，满足高温下正常运行，同时便于维护保养。 

附图说明

图1为本发明空气悬浮离心鼓风机的结构示意图； 

图2为图1的局部图；

图3为箔片式动压气体止推轴承的示意图。

图4为箔片式动压气体径向轴承的示意图。 

其中 

1—风管支架、2—转子芯轴、3—六角法兰螺母、4—转子、5—箔片式动压气体止推轴承、6—导流口、7—左涡轮、8—左蜗壳、9—涡轮定位槽、10—底板、11—电机盖、12—排气口、13—波箔、14—迷宫密封板、16—左径向轴承座、17—左径向轴承、18—左轴承位、19—定子、20—顶箔、21—焊点、22—电机壳、23—右轴承位、24—右径向轴承、25—右径向轴承座、26—内止推轴承座、27—径向轴承座 、28—止推轴承定位槽、29—外止推轴承座、31—右蜗壳、32—右涡轮、33—右螺母、35—外止推轴承、36—止推盘、37—内止推轴承、38—右涡轮定位槽、39—定位销孔、40—径向轴承压盖、42—电机底座、43—径向轴承波箔、44—径向轴承顶箔。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。 

本发明空气悬浮离心鼓风机如图1所示，包括电机、电机底座42、导流口6、排气口12、左涡轮7、左蜗壳8、右涡轮32和右蜗壳31，电机为高速异步感应电机。电机包括电机壳22、定子19、转子4、电机盖11和转子芯轴2。左涡轮、左蜗壳、右涡轮和右蜗壳安装在转子芯轴2，两涡轮采用对称布置，左涡轮和左蜗壳安装电机的一端，右涡轮和右蜗壳安装在电机的另一端，两端分别用六角法兰螺母3拧紧固定，涡轮轮毂外端面与转子轴肩紧密贴合，实现轴向定位。电机壳内设有左、右径向轴承组件，左、右径向轴承组件分别安装在转子的两端。左径向轴承组件包括左径向轴承座16、左径向轴承17、左轴承位18和径向轴承压盖，右径向轴承组件包括右轴承位23、右径向轴承24、右径向轴承座25和径向轴承压盖40。左径向轴承和右径向轴承为箔片式动压气体径向轴承，如图4所示，箔片式动压气体径向轴承由径向轴承波箔43、径向轴承顶箔44和定位销39构成，径向轴承顶箔和径向轴承波箔通过定位销周向固定在径向轴承座27内，径向轴承压盖40将径向轴承波箔和径向轴承顶箔轴向限位。如图2所示，电机壳内右侧设有内止推轴承座26、外止推轴承座29和止推盘36，内止推轴承座和止推盘之间设有内止推轴承37，止推盘与外止推轴承座之间设有外止推轴承35，内止推轴承和外止推轴承为箔片式动压气体止推轴承。如图3所示，箔片式动压气体止推轴承由底板10、波箔13和顶箔20构成，波箔和顶箔先后焊接在底板上。内止推轴承座和外止推轴承座设有止推轴承定位槽28，内止推轴承和外止推轴承通过止推轴承定位销定位。鼓风机设有迷宫密封板14，左涡轮7和右涡轮32的端面设有迷宫密封结构，迷宫密封结与迷宫密封板形成鼓风机密封系统。电机的左侧设有涡轮定位槽9，左涡轮通过涡轮定位槽用定位销与转子外端面连接。电机右侧的设有右涡轮定位槽38，右涡轮通过涡轮定位槽用定位销与转子外端面连接，实现涡轮周向定位，并承受高速旋转和工作时产生的扭矩。鼓风机设有变频调速控制系统，电机与变频调速控制系统电路连接。左涡壳和右蜗壳的材质为铝合金，左涡轮和右涡轮的材质为铝合金。鼓风机设有电机散热翼翅和冷却介质内循环系统。 

高速异步感应电机的效率可达 97%， 直驱系统控制性能好，发热小。电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小，整个传动系统重量轻，单位重量的功率大。允许的过载电流大，可靠性显著提高，在高速运转中电机噪声明显降低，寿命高于普通交流电机。用铝合金铸造的涡壳，吸入侧呈水平方向，在出口侧呈垂直方向或水平方向，鼓风效率高。涡轮用铝合金材料精密加工制作而成，经过严格的动平衡测试，效率可达92%。整机冷却方式为水冷，直联式无需齿轮箱、润滑油系统，满足高温下正常运行。小机型采用空气自冷技术，配有电机散热翼翅，在200HP以上大机型在电机壳体内设有冷媒内循环系统，在炎炎夏日也能保证正常工作。 

箔片式动压气体止推轴承是回转轴承，不需要外部气源和设在内部的气道，在周围空气回转形成压力的作用下产生悬浮的轴承，正常工作时无需额外增加气源。本发明空气悬浮离心鼓风机为免润滑油鼓风机，不需要使用的复杂的油膜轴承和供油系统等，排出的空气里不含油的成分。箔片式动压气体止推轴承不消耗能源，维护保养费用低，可以实现长周期稳定的运转，提高整个系统的工作效率。鼓风机设有变频调速控制系统，外部负荷的变动时，变频器自动地调节电机的回转速度，做到最经济运行，有效节约能源。 

Claims (10)

1.一种空气悬浮离心鼓风机，包括电机、电机底座（42）、导流口（6）、排气口（12）、左涡轮（7）、左蜗壳（8）、右涡轮（32）和右蜗壳（31），所述左涡轮和左蜗壳安装电机的一端，右涡轮和右蜗壳安装在电机的另一端；所述电机包括电机壳（22）、定子（19）、转子（4）、电机盖（11）和转子芯轴（2），所述转子与左涡轮和右涡轮通过转子芯轴同轴连接；所述电机壳内设有左、右径向轴承组件，左、右径向轴承组件分别安装在转子的两端；其特征是：所述径向轴承组件包括径向轴承座、径向轴承、轴承位和径向轴承压盖（40），所述径向轴承为箔片式动压气体径向轴承；所述电机壳内右侧设有内止推轴承座（26）、外止推轴承座（29）和止推盘（36），内止推轴承座和止推盘之间设有内止推轴承（37），止推盘与外止推轴承座之间设有外止推轴承（35）；所述内止推轴承和外止推轴承为箔片式动压气体止推轴承（5）；所述内止推轴承座和外止推轴承座设有止推轴承定位槽（28），内止推轴承和外止推轴承通过止推轴承定位销定位。

2.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述箔片式动压气体止推轴承（5）由底板（10）、波箔（13）和顶箔（20）构成，波箔和顶箔先后焊接在底板上。

3.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述箔片式动压气体径向轴承由径向轴承波箔（43）、径向轴承顶箔（44）和定位销（39）构成，所述径向轴承顶箔和径向轴承波箔通过定位销周向固定在径向轴承座（27）内，径向轴承压盖（40）将径向轴承波箔和径向轴承顶箔轴向限位。

4.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述左涡轮（7）和右涡轮（32）对称布置，涡轮（7）和右涡轮的端面设有迷宫密封结构，所述鼓风机设有迷宫密封板（14），迷宫密封结构与迷宫密封板形成鼓风机密封系统。

5.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述电机的左侧设有涡轮定位槽（9），左涡轮通过涡轮定位槽用定位销与转子外端面连接；电机右侧的设有右涡轮定位槽（38），右涡轮通过涡轮定位槽用定位销与转子外端面连接。

6.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述转子芯轴（2）两端的尾端设有六角法兰螺母（3）。

7.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述左涡壳（8）和右蜗壳（31）的材质为铝合金，所述左涡轮（7）和右涡轮（32）的材质为铝合金。

8.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述电机为高速异步感应电机。

9.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述鼓风机设有变频调速控制系统，电机与变频调速控制系统电路连接。

10.根据权利要求1所述的空气悬浮离心鼓风机，其特征是：所述鼓风机设有电机散热翼翅或冷却介质内循环系统。