CN105143694B - 夹套式磁性轴承和包括这种轴承的旋转机器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种夹套式磁性轴承1，其用于具有转子4的旋转机器。夹套式磁性轴承1包括固定在固定支承装置2上的定子磁路5，定子磁路5包括放置在金属保护壳中的至少一个线圈6和铁磁体7。所述保护壳包括环形支承件8和环形夹套13，环形支承件8和环形夹套13被焊接在一起。环形夹套13包括磁性材料，并且被保护层17涂覆。
Description
技术领域
公开的实施例总体涉及磁性轴承，其用于具有转子的旋转机器。具体地说，实施例涉及用于旋转机器的磁性轴承，其中转子和轴承在使用时与腐蚀性的、酸性的或携带颗粒的流体相接触，例如气态氛围。某些典型的实施例尤其涉及一种包括这种磁性轴承的旋转机器。
背景技术
在旋转机器上的磁性轴承的使用变得越来越普及，尤其在腐蚀性流体的情况下。但轴承在其中运转的机器的操作流体是酸性的或腐蚀性的或携带颗粒时，需要通过利用防腐蚀保护技术保护磁性轴承的线圈和相关联的装置。这种技术的一个示例是夹套式轴承，其中轴承的定子部分受到金属夹套的保护，金属夹套由不会氧化或腐蚀并且一般不会受到与环境侵蚀性相关的任何现象影响的材料制成。
夹套可采用焊接在环形支承件上的板的形式，其放置在定子磁路上，磁路包括至少一个线圈和铁磁体。环形支承件可由不锈材料，例如磁性不锈钢制成。闭合板的夹套可由与环形支承件相同的材料制成，或者其可具有不同的金属材料，例如镍基合金。
为了承受操作条件(压力、压力的快速变化、温度、承受腐蚀和磨损的能力)，夹套一般呈现0.3至1mm或更大范围内的厚度，例如在0.3至0.5mm的范围内，即类似于磁性轴承的空隙的厚度(其是在定子磁路和轴承的转子电枢之间的距离)。这种非磁性材料的夹套的存在因而意味着增加了轴承空隙的厚度，这导致可从所述轴承获得的负载具有极大的限制。此外，其不会整体确保在夹套和磁性轴承的转子电枢之间在任何条件下都不存在接触。
因此需要减少夹套的厚度，并且通过精细的金属板组成夹套。然而，这需要使用具有高机械特性和防腐蚀特性的特殊材料，以确保定子磁路得到免于腐蚀的保护，并且在操作过程中保持相同的形状和尺寸。
发明内容
本发明的一个目的是补救上面的缺点，同时保持夹套式轴承原理的好处。具体地说，本发明的一个目的是提供一种磁性轴承，其建造便宜，并且具有更高的负载容量。
根据第一方面，在一个典型的实施例中，一种用于具有转子的旋转机器的夹套式磁性轴承包括固定在固定支承装置上的定子磁路。定子磁路包括放置在金属保护壳上的至少一个线圈和铁磁体。所述保护壳包括环形支承件和环形夹套，环形支承件和环形夹套被焊接在一起。环形夹套包括磁性材料，例如铁磁性材料，并且被覆保护层。
由于保护层的原因，夹套的材料可针对其磁性和机械特性而进行选择：防腐蚀的特性就不再是有关的。夹套的材料和环形支承件的材料受到保护层的保护，以免腐蚀。具体地说，保护层避免对碳钢和低合金钢的湿性CO2腐蚀损伤，并且避免对不锈钢的氯化物麻点腐蚀损伤。这样就可以为夹套和/或环形支承件选择这些材料(具有想要的磁性和机械特性)。此外，但夹套的材料是铁磁性材料时，不再需要具有薄的夹套来保护定子磁路：夹套可具有比非磁性夹套更大的厚度，这减少了材料在使用时关于机械特性和夹套变形的要求，导致轴承更长的寿命和更小的空隙。
因此，由于保护层和磁性夹套的使用，可以减少空隙，并因而增加了本发明的磁性轴承的能力。此外，保护层可以在维修步骤期间很容易进行刷新，这容许改善和简化轴承的可维修性。此外，由于保护层的原因，可以为夹套和/或为环形支承件使用例如碳钢和低合金钢或不锈钢等材料，这是廉价且容易焊接的。
在某些实施例中，保护层可包括镍层。
所述镍层可通过无电镀镍来形成。
所述镍层可包括镍和磷。
在某些实施例中，环形夹套可包括磁性材料，其选自铁磁性材料、磁性不锈钢和镍基合金的材料组。
在某些实施例中，环形支承件和夹套包括相同的材料，其选自碳、低合金钢和不锈钢。为环形支承件和夹套选择相同的材料容许简化焊接步骤，因为材料具有相同的化学成分。
根据一个实施例，轴承是夹套式轴向磁性轴承。该轴承可包括固定在转子上的盘形式的转子电枢，并且定子磁路可面向所述转子电枢。
转子和转子电枢可在使用过程中与腐蚀性的、酸性的或携带颗粒的流体，例如气态氛围相接触。
在某些实施例中，环形夹套与线圈和/或铁磁体相接触。
在某些实施例中，保护壳包括磁性材料，并被覆保护层。
根据一个实施例，环形夹套具有带径向腹板和两个轴向凸缘的U形截面。在某些实施例中，径向腹板的材料和轴向凸缘的材料是不同的。径向腹板的材料可选自铁磁性材料。轴向凸缘的材料可选自防腐蚀材料，其可焊接在环形支承件上。
根据又一方面，一种旋转机器，例如涡轮机器，可包括转子和之前所述的夹套式轴承。
根据又一方面，制造之前所述轴承的工艺可包括如下步骤：将环形夹套焊接在环形支承件上，并用保护层涂覆环形夹套。
在某些实施例中，该工艺可包括如下步骤：用保护层涂覆环形夹套，对被涂覆的环形夹套执行热处理，然后将被涂覆的环形夹套焊接到环形支承件上。
附图说明
其它使用的特性将出现在阅读以下作为示例并参照附图而给出的本发明的特定实施例的说明书时，其中：
图1是沿着图2的线I-I看去的轴向截面图，其显示了根据一个典型实施例的磁性轴承；
图2是沿着图1的线II-II看去的径向截面图；
图3是根据一个典型实施例的磁性轴承的轴向截面图。
以下参照附图描述典型的实施例。不同图纸中的相同的标号标识相同或相似的元件。另外，图纸并不需要按比例绘制。
具体实施方式
图1和图2显示了用于旋转机器的本发明的轴向夹套式磁性轴承1的第一实施例。夹套式磁性轴承1包括定子电枢2和转子电枢3，转子电枢采用固定在旋转机器的旋转轴4上的盘形式。
定子电枢2包括定子磁路5，其按照传统方式包括一个或多个环形线圈6和铁磁体7。铁磁体7可为厚重的，或者可为局部迭片的。定子磁路5放置在金属的环形支承件8中，环形支承件8本身固定在固定支承装置9上。
定子磁路5放置在面向转子电枢3的位置。定子电枢2相对于转子电枢3限定了空隙Δ。在某些实施例中，空隙Δ可位于0.4mm至1.5mm的范围内，优选在0.4mm至1.2mm的范围内。
定子磁路5的环形支承件8具有U形截面，其具有径向腹板10和内和外轴向凸缘11和12。凸缘11和12在旋转轴4的轴线方向上的长度至少等于定子磁路5的铁磁体7的高度。
磁性轴承1还包括环形夹套13。环形夹套13焊接在环形支承件8上。环形夹套13的材料选自磁性材料，优选铁磁性材料，例如碳钢和低合金钢。具体地说，因为夹套被覆保护层以受到防腐蚀保护，所以不再需要使用具有高防腐蚀特性的材料：夹套13的材料根据其磁性和其机械特性进行选择。在这种情况下，环形夹套13不会增加在定子磁路5和转子电枢3之间的空隙。
磁性轴承1还包括保护层17。保护层17的目的是保护定子磁路5和夹套以免腐蚀。保护层17存在于夹套13的表面上。保护层17还可覆盖环形支承件8的凸缘11,12的外表面。
在某些实施例中，保护层17的厚度可在1nm至1mm的范围内，优选在100nm至10µm的范围内。
在某些实施例中，保护层17可为镍层。所述镍层可通过无电镀镍来形成。所述镍层可包括镍和磷。
由于环形夹套13和保护层17的使用，从而可以使定子磁路5获得免于腐蚀的保护，同时使定子磁路5和转子电枢3之间的空隙Δ保持小于现有技术的磁性轴承中的空隙。具体地说，当环形夹套13包括铁磁性材料时，空隙Δ是在保护层17和转子电枢3之间的距离和保护层17的厚度之和。
在图3中所示的典型的实施例中，用于旋转机器的轴向夹套式磁性轴承1包括具有U截面的环形夹套13，其具有径向腹板14和内外轴向凸缘15和16。环形夹套13的轴向凸缘15,16焊接在环形支承件8的凸缘11,12上。
具体地说，夹套13可包括两种材料：一种用于径向腹板14的材料和一种用于轴向凸缘15,16的材料。轴向凸缘15,16的材料选自其可以很容易焊接并且防腐蚀的材料，例如镍基合金，如因科镍合金®625。径向腹板14的材料选自磁性材料，优选铁磁性材料。
在这个典型的实施例中，环形夹套13的轴向凸缘的材料不需要受到免于腐蚀的保护。在这种情况下，保护层17可在环形夹套13焊接到环形支承件8上的步骤之前应用于环形夹套13的表面上。的确，在焊接步骤期间，可从环形夹套的焊接部分，即从轴向凸缘15,16，而非径向腹板14上除去保护层17。这样在沉积到环形夹套13上之后，并且在环形夹套13焊接到环形支承件8上的步骤之前执行保护层17的热处理(例如在600℃下)。在焊接步骤之前的热处理容许在环形夹套13上获得更好的保护层17，同时不损坏定子磁路5的线圈6。此外，用于环形夹套13的凸缘15,16的特定材料的使用容许在焊接步骤期间，在从焊接部分除去保护层之后避免所述凸缘的腐蚀。
上面的说明是参照轴向类型的磁性轴承写成的。然而，可以相似的方式应用于径向类型的磁性轴承，或者应用于组合了径向轴承和轴向轴承的功能的锥形类型的磁性轴承上。
Claims (13)
1.一种用于具有转子(4)的旋转机器的夹套式磁性轴承(1)，所述轴承(1)包括固定在固定支承装置(2)上的定子磁路(5)，所述定子磁路(5)包括放置在金属保护壳中的至少一个线圈(6)和铁磁体(7)，其中所述保护壳包括环形支承件(8)和环形夹套(13)，所述环形支承件(8)和所述环形夹套(13)焊接在一起，
其特征在于，所述环形夹套(13)包括磁性材料并被保护层(17)涂覆，其中所述环形夹套(13)具有U形截面，且具有径向腹板(14)以及自所述径向腹板(14)的端部延伸的内轴向凸缘(15)和外轴向凸缘(16)。
2.根据权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述保护层(17)包括镍层。
3.根据权利要求2所述的轴承(1)，其特征在于，所述镍层通过无电镀镍而形成。
4.根据权利要求2所述的轴承(1)，其特征在于，所述镍层包括镍和磷。
5.根据权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述环形夹套(13)包括磁性材料，其选自铁磁性材料、磁性不锈钢和镍基合金的材料组。
6.根据权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述轴承(1)是夹套式轴向磁性轴承。
7.根据权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，包括固定在所述转子(4)上的盘形式的转子电枢(3)，并且所述定子磁路(5)面向所述转子电枢(3)。
8.根据权利要求7所述的轴承(1)，其特征在于，所述转子(4)和所述转子电枢(3)在使用过程中与腐蚀性的、酸性的或携带颗粒的流体。
9.根据权利要求1至8中的任一权项所述的轴承(1)，其特征在于，所述环形夹套(13)与所述线圈(6)和/或所述铁磁体(7)相接触。
10.根据权利要求1至8中的任一权项所述的轴承(1)，其特征在于，所述保护壳包括磁性材料，并且被所述保护层(17)涂覆。
11.一种旋转机器，包括根据权利要求1至10中的任一权项所述的轴承(1)。
12.一种工艺用于制造根据权利要求1至10中的任一权项所述的轴承(1)，其包括如下步骤：将所述环形夹套(13)焊接到所述环形支承件(8)上，并且用所述保护层(17)涂覆所述环形夹套(13)。
13.根据权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述环形夹套(13)的所述两个凸缘(15,16)包括镍基合金，并且包括以下步骤：用所述保护层(17)涂覆环形夹套(13)，对被涂覆的环形夹套执行热处理，并且然后将被涂覆的环形夹套焊接到所述环形支承件(8)上。
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