CN107023328B - 立式永磁悬浮余热发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种立式永磁悬浮余热发电机，由发电机外壳，膨胀机的蜗壳和叶轮，转轴，定子系统，转子系统，上轴承部件和下轴承部件组成。其中膨胀机蜗壳安装在发电机外壳上，叶轮与发电机转子相连接，发电机转轴与转子相连，由上轴承部件和下轴承部件支承，上轴承部件和下轴承部件固定在外壳上，发电机定子固定在外壳上，与转子之间有气隙。膨胀机蜗壳吸收余热资源的高温蒸汽，推动发电机叶轮转动，从而带动发电机发电。本发明设计合理，结构紧凑，运行可靠，采用永磁悬浮轴承支承，无需油润滑，磨损小，寿命长，能够在高转速下运行，采用通冷却水的方式进行降温，能够充分利用工厂里的余热资源，起到环保，节能作用，有着广阔的市场应用前景。

Description

立式永磁悬浮余热发电机
技术领域
本发明涉及一种立式永磁悬浮余热发电机，主要应用于发电机领域。
背景技术
磁悬浮轴承是利用永磁体或电磁体所产生的磁场力将转子悬浮于空中，使转子和定子之间没有任何机械接触的一种高性能轴承。与传统机械轴承相比，它具有磨损小，能耗低，转速高，寿命长，无需润滑及无油污染等优点，特别适用于高速，真空，超净等特殊环境，在能源交通，军工医疗，航空航天以及机器人等高科技领域有着广阔的应用前景。永磁悬浮轴承作为磁悬浮轴承的一种，完全依靠磁体本身所产生的永久磁力或超导磁力来实现转轴在部分自由度上的稳定悬浮。相比主动磁悬浮轴承，具备体积小，无功耗，结构简单的优点。
永磁悬浮轴承所具备的一系列优点决定了它具有极其重要的应用价值。近年来，将永磁悬浮轴承应用于发电机领域取得了一系列的成果，但都属于低转速发电机，且对于永磁轴承的设计至今还未形成一套系统的、通用的方法。因此研究一种高转速的永磁悬浮发电机，使其能大规模的工业应用很有必要。
发明内容
本发明就是为了克服现有的技术不足，提供一种立式永磁悬浮余热发电机，用于工业余热回收的发电环节，旨在一方面使永磁轴承能够工业化，发挥其优势，使其应用于发电机领域，另一方面能够带来发电机技术方向的革新。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种立式永磁悬浮余热发电机，包括发电机外壳，膨胀机蜗壳，叶轮，发电机转轴，上轴承部件，定子绕组，定子铁芯，转子压板一，转子磁钢，转子铁芯，转子压板二，下轴承部件；所述膨胀机蜗壳固定在发电机外壳上，叶轮与发电机转轴相连接，发电机转轴与转子铁芯相连，并由上轴承部件和下轴承部件支承，上轴承部件和下轴承部件固定在发电机外壳上，所述转子铁芯与转子磁钢相连；发电机的所述定子铁芯和定子绕组相连，定子铁芯固定在发电机外壳上，发电机定子与转子之间有气隙，转子压板一和转子压板二盖在发电机转子两端起到密封作用；余热资源在膨胀机的作用下，产生高温气体，从膨胀机蜗壳进入，推动叶轮转动，从而带动发电机转轴转动，使发电机发电。
所述上轴承部件包括上端盖一，外套一，内套，辅助轴承，外隔圈，内隔圈，顶座，碟簧；所述上端盖一通过六角圆头螺钉与发电机外壳相连接，外套一通过内六角圆头螺钉与上端盖一相连，外套一上开有冷却水孔，用于输送冷却水，内套上开有螺旋槽，用于冷却水循环，外套一焊接在内套上，内套上的螺旋槽需与外套一上的冷却水孔相对齐；冷却水通过外套一的冷却水孔，在内套外面螺旋槽进行循环，对高转速的余热发电机起到降温作用；所述内隔圈，外隔圈用于分开上下两个辅助轴承，辅助轴承起到支承发电机转轴和径向定位的作用，上辅助轴承上面放置顶座，顶座上放置碟簧，碟簧的作用在于压紧顶座，从而压紧上下辅助轴承。
所述下轴承部件包括上端盖二，内六角螺钉，外套二，中套，密封圈一，下内套，辅助轴承一，顶座一，下端盖，调整垫片，定磁环，定导磁环座，密封圈二，动磁环，动导磁环座，上内套，顶座二，辅助轴承二；所述上端盖二通过内六角螺钉与外套二相连，外套二上开有冷却水孔，外套二与中套、下内套焊接在一起，中套上也开有冷却水孔，下端盖通过内六角螺钉与外套二相连，下端盖上放有顶座一，顶座一上放置辅助轴承一，辅助轴承一和顶座一均安装在下内套中，下内套上放有定导磁环座，定磁环放置在定导磁环座中，定磁环下有调整垫片用于调整磁环位置；定磁环上方悬浮动磁环，动磁环安装在动导磁环座上，上内套套在顶座二和辅助轴承二外面；下端盖，顶座一，辅助轴承一，定导磁环座，辅助轴承二，顶座二均套在动导磁环座上，上内套和下内套外侧均开有螺旋槽，用于冷却水循环，对发电机进行降温，以防温度过高，密封圈一和密封圈二放在中套和外套二之间，起到隔水密封作用。
所述转子包括转子磁钢，转子铁芯，转子保护套，发电机转轴，转子采用内置径向磁路式转子结构，其中转子磁钢选取瓦片形和矩形的结合形式，即转子磁钢外围采用圆弧段，左右及内边采用直线段；转子磁钢镶嵌在转子铁芯周围，为提高高速旋转状态下转子的强度，转子外面设有转子保护套；发电机转轴与转子相连接，发电机转轴带动转子旋转，在定子系统中产生感应电动势。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实在性特点和显著的优点：
本发明设计合理，结构紧凑，运行可靠，采用永磁悬浮轴承支承，无需油润滑，磨损小，能耗低，寿命长，能够在高转速下运行，采用通冷却水的方式进行降温，能够充分利用工厂里的余热资源，起到环保，节能作用，有着广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的上轴承部件结构示意图。
图3是本发明的下轴承部件结构示意图。
图4是本发明的转子结构示意图。
图5是本发明的定子结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
如图2所示，一种立式永磁悬浮余热发电机，包括发电机外壳，膨胀机蜗壳1，叶轮2，发电机转轴3，上轴承部件4，定子绕组5，定子铁芯6，转子压板一7，转子磁钢8，转子铁芯9，转子压板二10，下轴承部件11；所述膨胀机蜗壳1固定在发电机外壳上，叶轮2与发电机转轴3相连接，发电机转轴3与转子铁芯9相连，并由上轴承部件4和下轴承部件11支承，上轴承部件4和下轴承部件11固定在发电机外壳上，所述转子铁芯9与转子磁钢8相连；发电机的所述定子铁芯6和定子绕组5相连，定子铁芯6固定在发电机外壳上，发电机定子与转子之间有气隙，转子压板一7和转子压板二10盖在发电机转子两端起到密封作用；余热资源在膨胀机的作用下，产生高温气体，从膨胀机蜗壳1进入，推动叶轮2转动，从而带动发电机转轴3转动，使发电机发电。
如图1所示，所述上轴承部件4包括上端盖一12，外套一13，内套14，辅助轴承15，外隔圈16，内隔圈17，顶座18，碟簧19；所述上端盖一12通过六角圆头螺钉与发电机外壳相连接，外套一13通过内六角圆头螺钉与上端盖一12相连，外套一13上开有冷却水孔，用于输送冷却水，内套14上开有螺旋槽，用于冷却水循环，外套一13焊接在内套14上，内套14上的螺旋槽需与外套一13上的冷却水孔相对齐；冷却水通过外套一13的冷却水孔，在内套14外面螺旋槽进行循环，对高转速的余热发电机起到降温作用；所述内隔圈17，外隔圈16用于分开上下两个辅助轴承15，辅助轴承15起到支承发电机转轴和径向定位的作用，上辅助轴承上面放置顶座18，顶座18上放置碟簧19，碟簧19的作用在于压紧顶座19，从而压紧上下辅助轴承15。
如图3所示，所述下轴承部件11包括上端盖二20，内六角螺钉21，外套二22，中套23，密封圈一24，下内套25，辅助轴承一26，顶座一27，下端盖28，调整垫片29，定磁环30，定导磁环座31，密封圈二32，动磁环33，动导磁环座34，上内套35，顶座二36，辅助轴承二37；所述上端盖二20通过内六角螺钉21与外套二22相连，外套二22上开有冷却水孔，外套二22与中套23、下内套25焊接在一起，中套23上也开有冷却水孔，下端盖28通过内六角螺钉与外套二22相连，下端盖28上放有顶座一27，顶座一27上放置辅助轴承一26，辅助轴承一26和顶座一27均安装在下内套25中，下内套25上放有定导磁环座31，定磁环30放置在定导磁环座31中，定磁环30下有调整垫片29用于调整磁环位置；定磁环30上方悬浮动磁环33，动磁环33安装在动导磁环座34上，上内套35套在顶座二36和辅助轴承二37外面；下端盖28，顶座一27，辅助轴承一26，定导磁环座31，辅助轴承二37，顶座二36均套在动导磁环座34上，上内套35和下内套25外侧均开有螺旋槽，用于冷却水循环，对发电机进行降温，以防温度过高，密封圈一24和密封圈二32放在中套23和外套二22之间，起到隔水密封作用。
如图4所示，所述的转子包括转子磁钢8，转子铁芯9，转子保护套38，发电机转轴3，转子采用内置径向磁路式转子结构，其中转子磁钢8选取瓦片形和矩形的结合形式，即转子磁钢8外围采用圆弧段，左右及内边采用直线段；转子磁钢8镶嵌在转子铁芯9周围，为提高高速旋转状态下转子的强度，转子外面设有转子保护套38；发电机转轴3与转子相连接，发电机转轴3带动转子旋转，在定子系统中产生感应电动势。
如图5所示，本发明定子的结构示意图，包括定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯由带槽的硅钢片叠压而成，定子槽型采用半闭口槽。电枢绕组采用三相双层短距绕组，定子的三相绕组采用星型法连接。

Claims (3)

1.一种立式永磁悬浮余热发电机，其特征在于，包括发电机外壳，膨胀机蜗壳(1)，叶轮(2)，发电机转轴(3)，上轴承部件(4)，定子绕组(5)，定子铁芯(6)，转子压板一(7)，转子磁钢(8)，转子铁芯(9)，转子压板二(10)，下轴承部件(11)；所述膨胀机蜗壳(1)固定在发电机外壳上，叶轮(2)与发电机转轴(3)相连接，发电机转轴(3)与转子铁芯(9)相连，并由上轴承部件(4)和下轴承部件(11)支承，上轴承部件(4)和下轴承部件(11)固定在发电机外壳上，所述转子铁芯(9)与转子磁钢(8)相连；发电机的所述定子铁芯(6)和定子绕组(5)相连，定子铁芯(6)固定在发电机外壳上，发电机定子与转子之间有气隙，所述发电机定子包括定子铁芯(6)和定子绕组(5)，所述转子包括转子磁钢(8)、转子铁芯(9)、转子保护套(38)和发电机转轴(3)，转子压板一(7)和转子压板二(10)盖在发电机转子两端起到密封作用；余热资源在膨胀机的作用下，产生高温气体，从膨胀机蜗壳(1)进入，推动叶轮(2)转动，从而带动发电机转轴(3)转动，使发电机发电；
所述上轴承部件(4)包括上端盖一(12)，外套一(13)，内套(14)，辅助轴承(15)，外隔圈(16)，内隔圈(17)，顶座(18)，碟簧(19)；所述上端盖一(12)通过六角圆头螺钉与发电机外壳相连接，外套一(13)通过内六角圆头螺钉与上端盖一(12)相连，外套一(13)上开有冷却水孔，用于输送冷却水，内套(14)上开有螺旋槽，用于冷却水循环，外套一(13)焊接在内套(14)上，内套(14)上的螺旋槽需与外套一(13)上的冷却水孔相对齐；冷却水通过外套一(13)的冷却水孔，在内套(14)外面螺旋槽进行循环，对高转速的余热发电机起到降温作用；所述内隔圈(17)，外隔圈(16)用于分开上下两个辅助轴承(15)，辅助轴承(15)起到支承发电机转轴和径向定位的作用，上辅助轴承上面放置顶座(18)，顶座(18)上放置碟簧(19)，碟簧(19)的作用在于压紧顶座(18)，从而压紧上下辅助轴承(15)。
2.根据权利要求1所述的立式永磁悬浮余热发电机，其特征在于，所述下轴承部件(11)包括上端盖二(20)，内六角螺钉(21)，外套二(22)，中套(23)，密封圈一(24)，下内套(25)，辅助轴承一(26)，顶座一(27)，下端盖(28)，调整垫片(29)，定磁环(30)，定导磁环座(31)，密封圈二(32)，动磁环(33)，动导磁环座(34)，上内套(35)，顶座二(36)，辅助轴承二(37)；所述上端盖二(20)通过内六角螺钉(21)与外套二(22)相连，外套二(22)上开有冷却水孔，外套二(22)与中套(23)、下内套(25)焊接在一起，中套(23)上也开有冷却水孔，下端盖(28)通过内六角螺钉与外套二(22)相连，下端盖(28)上放有顶座一(27)，顶座一(27)上放置辅助轴承一(26)，辅助轴承一(26)和顶座一(27)均安装在下内套(25)中，下内套(25)上放有定导磁环座(31)，定磁环(30)放置在定导磁环座(31)中，定磁环(30)下有调整垫片(29)用于调整磁环位置；定磁环(30)上方悬浮动磁环(33)，动磁环(33)安装在动导磁环座(34)上，上内套(35)套在顶座二(36)和辅助轴承二(37)外面；下端盖(28)，顶座一(27)，辅助轴承一(26)，定导磁环座(31)，辅助轴承二(37)，顶座二(36)均套在动导磁环座(34)上，上内套(35)和下内套(25)外侧均开有螺旋槽，用于冷却水循环，对发电机进行降温，以防温度过高，密封圈一(24)和密封圈二(32)放在中套(23)和外套二(22)之间，起到隔水密封作用。
3.根据权利要求1所述的立式永磁悬浮余热发电机，其特征在于，所述转子包括转子磁钢(8)，转子铁芯(9)，转子保护套(38)，发电机转轴(3)，转子采用内置径向磁路式转子结构，其中转子磁钢(8)选取瓦片形和矩形的结合形式，即转子磁钢(8)外围采用圆弧段，左右及内边采用直线段；转子磁钢(8)镶嵌在转子铁芯(9)周围，为提高高速旋转状态下转子的强度，转子外面设有转子保护套(38)；发电机转轴(3)带动转子旋转，在定子系统中产生感应电动势。
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