CN104196749A - 通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机及叶轮轴向间隙调节方法 - Google Patents

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胡思宁
李健
吴立华
董继勇
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Abstract

本发明公开一种通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机及叶轮轴向间隙调节方法，其属于离心式风机领域。其中离心式风机包括风机壳体、固定于风机壳体上的进气道、安装于风机壳体中的电机转子以及电机定子，电机转子上位于电机定子下方的位置安装有主动轴向磁轴承，电机转子的上末端延伸超出风机壳体的上端面之上，电机转子的下末端位于风机壳体中且与风机壳体的下壁面相间隔开，在电机转子的上末端上安装有一叶轮，进气道包围于叶轮外围，在风机壳体的下壁面上安装有轴向位移传感器，在风机壳体内埋设有用于测量风机壳体温度的温度传感器，在电机转子的外围设置有用于测量电机转子温度的非接触式温度传感器。

Description

通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机及叶轮轴向间隙调节方法
技术领域：
本发明涉及一种通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机及叶轮轴向间隙调节方法，其属于离心式风机领域。
背景技术：
离心式风机的叶轮是高速流体部件，与其他零件的配合间隙有着较为严格的要求。其中叶尖与进气道的间隙、轮盘底部密封齿间隙对于风机的性能有较大的影响。当间隙过大时会导致漏气，影响风机效率；当间隙过小时容易出现碰擦，导致叶轮损坏。因此需要严格控制叶轮相对其他零件的位置。但风机在停机状态和工作状态的温度是不同的，而且机壳与转子的温度在不同状态下也是不同的，因此叶轮相对进气道、机壳的位置经常发生变化。
使用机械轴承的转子的轴向位置是固定的，通常无法主动调整；而主动轴向磁轴承可以通过改变控制系统参数来方便地进行调整。因此使用机械轴承的风机中通常将轴向轴承布置在接近叶轮的位置以减小从轴向轴承到叶轮间隙之间的轴向膨胀量，从而降低轴向间隙的变化；而使用磁轴承的风机通常将轴向位移传感器布置在叶轮底部以直接测量叶轮的位置，从而通过调整主动轴向磁轴承直接调节轴向间隙；其他情况下则采用增大轴向间隙的方法，以降低效率为代价避免叶轮损坏事故。
但是风机在工作时叶轮附近是高温区，其温度常常超过150℃，某些高压风机甚至可以达到200℃。在这种温度和较高的转速下，机械轴承的寿命将大大降低，而磁轴承常用的轴向位移传感器也不能承受如此高温。
因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机及叶轮轴向间隙调节方法。
本发明采用如下技术方案：一种通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机，其包括风机壳体、固定于风机壳体上的进气道、安装于风机壳体中的电机转子以及电机定子，所述电机转子上位于电机定子方的位置安装有主动轴向磁轴承，所述电机转子的上末端延伸超出风机壳体的上端面之上，电机转子的下末端位于风机壳体中且与风机壳体的下壁面相间隔开，在所述电机转子的上末端上安装有一叶轮，所述进气道包围于叶轮外围，在所述风机壳体的下壁面上安装有轴向位移传感器，在所述风机壳体内埋设有用于测量风机壳体温度的温度传感器，在电机转子的外围设置有用于测量电机转子温度的非接触式温度传感器。
进一步地，所述风机壳体上设置有用于安装所述非接触式温度传感器的支架。
本发明还采用如下技术方案：一种通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机的叶轮轴向间隙调节方法，其包括如下步骤：
(1)风机装配调试时，在室温T0下根据叶轮密封性能要求、叶轮加工精度、轴承游隙确定叶轮底部密封齿与风机壳体之间的间隙，此时轴向位移传感器输出其与电机转子的下端面之间的距离读数S0，并将其记录为主动轴向磁轴承的基本控制参数；
(2)当风机内部温度发生变化时，通过风机壳体内的温度传感器测出风机壳体的温度T1、通过非接触温度传感器测出电机转子的温度T2；
(3)风机壳体在叶轮的间隙到轴向位移传感器之间部分的轴向长度增加了△L1＝L0×(T1-T0)×u1，其中装配时风机壳体初始轴向长度为L0，风机壳体材料的线膨胀系数为u1；
(4)电机转子在叶轮的间隙到轴向位移传感器之间部分的轴向长度增加了△L2＝L0×(T2-T0)×u2，其中装配时电机转子初始轴向长度为L0，电机转子材料的线膨胀系数为u2；
(5)叶轮底部密封齿与风机壳体轴向间隙变化量为S1＝△L2-△L1，将电机转子向下端移动S1，即调整电机转子轴向位置使轴向位移传感器的距离读数为S0-S1，保证叶轮底部密封齿与风机壳体间隙不变；
(6)利用软件读取风机壳体温度T1和电机转子温度T2并完成上述计算，然后输入到主动轴向磁轴承的控制器中，控制器通过改变两个主动轴向磁轴承的电流使电机转子平衡位置向下移动S1，直到轴向位移传感器的距离读数稳定在S0-S1。
本发明具有如下有益效果：
(1).将轴向位移传感器布置在温度较低的区域，利用主动轴向磁轴承的可调节性能，结合离心式风机中设置的温度传感器，通过控制器换算出离心式风机中风机壳体、电机转子的膨胀量，从而调节叶轮的轴向间隙，保证离心式风机正常运行；
(2).轴向位移传感器布置在温度较低的区域，寿命长，且无需采用耐高温轴向位移传感器；
(3).无需留出太大叶轮轴向间隙，也不会出现碰撞事故；
(4).主动磁轴承比机械轴承能够适应更高的转速。
附图说明：
图1为本发明离心式风机的部分结构示意图。
其中：
1-进气道；2-叶轮；3-风机壳体；4-电机定子；5-电机转子；6-主动轴向磁轴承；7-轴向位移传感器；8-非接触式温度传感器；9-支架。
具体实施方式：
请参照图1所示，本发明离心式风机包括风机壳体3、固定于风机壳体3上的进气道1、安装于风机壳体3中的电机转子5及电机定子4、以及安装于电机转子5上的且位于电机定子4下方的主动轴向磁轴承6。
其中电机转子5的上末端延伸超出风机壳体3的上端面之上，电机转子5的下末端位于风机壳体3中且与风机壳体3的下壁面相间隔开。在电机转子5的上末端上安装有一叶轮2，其中进气道1包围于叶轮2外围。在风机壳体3的下壁面上安装有轴向位移传感器7。在风机壳体3内埋设有用于测量风机壳体3温度的温度传感器(未图示)，在电机转子5的外围设置有用于测量电机转子5温度的非接触式温度传感器8，其中非接触式温度传感器8与电机转子5不相接触。风机壳体3上设置有用于安装所述非接触式温度传感器8的支架9。
本发明中将轴向位移传感器7布置在温度较低的风机壳体的下侧区域，利用主动轴向磁轴承的可调节性能，结合电机转子外围设置的非接触式温度传感器以及风机壳体中埋设的温度传感器，然后通过控制器换算出离心式风机中风机壳体、电机转子的膨胀量，从而调节叶轮的轴向间隙，其中控制器是主动轴向磁轴承的核心部件之一，其一般安装于风机外部的电气箱内，通过电缆分别与位移传感器、温度传感器及主动轴向磁轴承线圈连接。具体的工作原理及步骤如下；
(1)风机装配调试时，在室温T0下根据叶轮密封性能要求、叶轮加工精度、轴承游隙确定叶轮底部密封齿与风机壳体之间的间隙，此时轴向位移传感器7可输出其与电机转子5的下端面之间的距离读数S0，并将其记录为主动轴向磁轴承6的基本控制参数；
(2)当风机内部温度发生变化时，通过风机壳体内的温度传感器测出风机壳体3的温度T1、通过非接触温度传感器8测出电机转子5的温度T2；
(3)此时风机壳体3在叶轮2的间隙到轴向位移传感器7之间部分的轴向长度增加了△L1＝L0×(T1-T0)×u1，其中装配时风机壳体3初始轴向长度为L0，风机壳体材料的线膨胀系数为u1；如风机壳体3的轴向由多种材料构成、或轴向各部分温度相差较大，则可以在这些区域分别安装温度传感器，并将各部分膨胀量相加得到轴向总伸长量△L1；
(4)此时电机转子5在叶轮2的间隙到轴向位移传感器7之间部分的轴向长度增加了△L2＝L0×(T2-T0)×u2，其中装配时电机转子5初始轴向长度为L0，电机转子材料的线膨胀系数为u2；如电机转子5轴向由多种材料构成、或轴向各部分温度相差较大，则可以在这些区域分别安装非接触式温度传感器，并将各部分膨胀量相加得到轴向总伸长量△L2；
(5)此时叶轮2底部密封齿与风机壳体3轴向间隙变化量为S1＝△L2-△L1，将电机转子5向下端移动S1，即调整电机转子轴向位置使轴向位移传感器7的距离读数为S0-S1，保证叶轮2底部密封齿与风机壳体3间隙不变；
(6)利用软件(这里的软件指的是存储在控制器中的一个专用的小程序，是专门为前面所述的计算过程所编写的小程序，其包括：读取传感器参数并转化为输入参数的输入模块、按步骤3和4计算距离参数的计算模块、以及向控制器传输计算结果的输出模块)读取风机壳体温度T1和电机转子温度T2并完成上述计算，然后输入到主动轴向磁轴承的控制器中，控制器通过改变两个主动轴向磁轴承的电流使电机转子平衡位置向下移动S1，直到轴向位移传感器7的距离读数稳定在S0-S1。
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，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机，其包括风机壳体(3)、固定于风机壳体(3)上的进气道(1)、安装于风机壳体(3)中的电机转子(5)以及电机定子(4)，其特征在于：所述电机转子(5)上位于电机定子(4)下方的位置安装有主动轴向磁轴承(6)，所述电机转子(5)的上末端延伸超出风机壳体(3)的上端面之上，电机转子(5)的下末端位于风机壳体(3)中且与风机壳体(3)的下壁面相间隔开，在所述电机转子(5)的上末端上安装有一叶轮(2)，所述进气道(1)包围于叶轮(2)外围，在所述风机壳体(3)的下壁面上安装有轴向位移传感器(7)，在所述风机壳体(3)内埋设有用于测量风机壳体(3)温度的温度传感器，在电机转子(5)的外围设置有用于测量电机转子(5)温度的非接触式温度传感器(8)。
2.如权利要求1所述的通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机，其特征在于：所述风机壳体(3)上设置有用于安装所述非接触式温度传感器(8)的支架(9)。
3.一种通过主动轴向磁轴承调节叶轮轴向间隙的离心式风机的叶轮轴向间隙调节方法，其特征在于：包括如下步骤
(1)风机装配调试时，在室温T0下根据叶轮密封性能要求、叶轮加工精度、轴承游隙确定叶轮(2)底部密封齿与风机壳体(3)之间的间隙，此时轴向位移传感器(7)输出其与电机转子(5)的下端面之间的距离读数S0，并将其记录为主动轴向磁轴承(6)的基本控制参数；
(2)当风机内部温度发生变化时，通过风机壳体内的温度传感器测出风机壳体(3)的温度T1、通过非接触温度传感器(8)测出电机转子(5)的温度T2；
(3)风机壳体(3)在叶轮(2)的间隙到轴向位移传感器(7)之间部分的轴向长度增加了△L1＝L0×(T1-T0)×u1，其中装配时风机壳体(3)初始轴向长度为L0，风机壳体材料的线膨胀系数为u1；
(4)电机转子(5)在叶轮(2)的间隙到轴向位移传感器(7)之间部分的轴向长度增加了△L2＝L0×(T2-T0)×u2，其中装配时电机转子(5)初始轴向长度为L0，电机转子材料的线膨胀系数为u2；
(5)叶轮(2)底部密封齿与风机壳体(3)轴向间隙变化量为S1＝△L2-△L1，将电机转子(5)向下端移动S1，即调整电机转子轴向位置使轴向位移传感器(7)的距离读数为S0-S1，保证叶轮(2)底部密封齿与风机壳体(3)间隙不变；
(6)利用软件读取风机壳体温度T1和电机转子温度T2并完成上述计算，然后输入到主动轴向磁轴承的控制器中，控制器通过改变两个主动轴向磁轴承的电流使电机转子平衡位置向下移动S1，直到轴向位移传感器(7)的距离读数稳定在S0-S1。
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