CN107035702B - 立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机，包括蜗壳、上轴承部件、转轴、电动机转子、电动机壳体、下推力永磁轴承部件、支撑座、底板、电线、变频器、电动机定子、叶轮等。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。永磁悬浮轴承可有效降低机器运行中的摩擦损耗，同时具有寿命长的优点。本发明能够在高转速下运行，并采用通冷却水的方式进行降温。永磁悬浮轴承承担了鼓风机运行中产生向上的轴向气动力，辅助轴承仅承受运行中产生的径向离心力，因而辅助轴承的寿命也较一般应用中的寿命要长。本发明能够降低在污水曝气供氧处理环节中的能耗，起到环保的作用，有着广阔的市场应用前景。

Description

立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机

技术领域

本发明涉及一种污水处理过程中曝气供氧用的鼓风机，特别是一种立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机。

背景技术

中国是一个淡水资源相对匮乏的国家，但同时随着中国经济的迅速发展，我国污水排放量越来越多，包括城镇生活污水和工业污水。随之而来的是对污水处理提出了更高的要求。污水处理厂能耗成本占其运营维护成本的40％～80％，主要集中在污水提升、曝气供氧、污泥输送与处理和混凝沉淀等部位，其中曝气供氧过程中鼓风机的能耗占总能耗比例较大，占整个污水处理厂能耗的50％～60％。所以设计一种机械效率高、能耗低的单级高速离心鼓风机对于降低污水处理的成本，提高污水处理的效率具有十分重要的实用意义。

目前用于曝气的鼓风机主要有罗茨鼓风机、低速多级离心鼓风机、机械齿轮箱式单级高速离心鼓风机，近些年又出现了空气悬浮单级高速离心鼓风机和磁悬浮单级高速离心鼓风机。

罗茨鼓风机和低速多级离心鼓风机由于效率低、噪声大、能耗大、体积及重量大和流量调节性能差等缺陷，在国外的污水处理厂中逐步被淘汰，国内仍在大量使用。齿轮增速单级高速离心鼓风机由于具有体积小、重量轻、效率高、节约能源、性能调节范围广泛和自动化水平高等特点，成为国内外污水处理厂的主流产品。磁悬浮单级离心鼓风机和空气悬浮单级离心鼓风机属于最的单级高速离心鼓风机，由于采用先进的变频调速、磁悬浮轴承及空气悬浮轴承等技术，取消了传统单级高速离心鼓风机的齿轮增速箱和滑动轴承的供油系统，满足污水处理厂对曝气鼓风机节能、环保、风量调节范围广泛、低噪声、低振动及安装维护方便等要求，是未来污水处理行业曝气鼓风机的发展趋势。

但是，目前空气悬浮单级高速离心鼓风机和主动磁悬浮单级高速离心鼓风机的广泛应用仍存在难题，空气悬浮单级高速离心鼓风机需要额外高压气泵提供气源，主动磁悬浮单级高速离心鼓风机需要提供额外的磁悬浮轴承主动电子控制系统，国内技术不太成熟，工业应用少，且成本依然很高。

单级高速离心鼓风机电机中支承系统机械效率的提升可以有效提升电机效率，进而提高单级高速离心鼓风机效率。永磁悬浮轴承支承为微接触微摩擦型支承，工作时通过永磁体间的磁力来平衡外载荷，可以实现高转速、长寿命和高效率运行；同时永磁悬浮轴承支承不需要额外高压气泵和主动电子控制系统，这也使其在工业应用成本上优于气悬浮轴承和主动磁悬浮轴承支承。因此，设计一种基于永磁悬浮轴承支承的单级高速离心鼓风机对于降低污水处理中的能耗以及提高污水处理的效率具有极其重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对各种离心鼓风机所存在的缺点，提供一种立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机，它利用永磁悬浮轴承技术支承，用于污水处理中的曝气供氧环节，一方面降低了污水处理中的能耗，并为单级高速离心鼓风机的研究提供了一个新的方向；另一方面也为永磁轴承的工业化、发挥其优势提供了一个实例。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机，包括蜗壳、上轴承部件、转轴、电动机转子、电动机壳体、下推力永磁轴承部件、支撑座、底板、电线、变频器、电动机定子、叶轮；为便于安装蜗壳分为能够拆卸的三部分，所述蜗壳底部通过内六角圆头螺钉与上轴承部件连接，电动机壳体的两端通过内六角圆头螺钉分别与上轴承部件和下推力永磁轴承部件相连，转轴由上轴承部件和下推力永磁轴承部件支承，转轴与电动机转子相连，电动机定子固定在电动机壳体的内冷却套内，电动机转子和电动机定子之间有一定间隙，下推力永磁轴承部件通过内六角圆头螺钉固定在支撑座上，支撑座通过内六角圆头螺钉与底板连接，叶轮在蜗壳内与转轴相连，常规市电流经过变频器变频，再经由电线为电动机提供高频电流，电动机高速旋转，带动叶轮高速驱动气流为污水池进行曝气供氧。

所述上轴承部件包括上连接盘、上轴承座外套、上传感器座、测量环、前螺母、轴承一、轴承二、上轴承座内套、上内隔圈、上外隔圈、轴承一弹簧座、上小盖、内六角圆头螺钉；上轴承座外套通过内六角圆头螺钉与上连接盘固定；上轴承座外套上开有冷却水孔，冷却系统水路连接上轴承座内套外部所开凹槽，用于冷却水的循环，对轴承一和轴承二进行冷却；上轴承座外套上还开有润滑脂加注孔，上轴承座内套上也开有的润滑脂管路需要与上轴承座外套的润滑脂加注孔管路对齐，上轴承座内套的内部设有螺旋槽，提高轴承的润滑效果；上轴承座外套与上轴承座内套通过焊接固定；上内隔圈和上外隔圈用于分开轴承一和轴承二；轴承一和轴承二用于转轴的支承；轴承一的上方安装有轴承一弹簧座和前螺母分别用于压紧轴承一的外圈和内圈；上小盖用于压紧轴承一弹簧座，在上小盖上部开有环形阶梯槽，用于安装前螺母，前螺母通过螺钉连接测量环。上传感器座在底部开有螺纹孔，通过螺钉与上小盖进行连接。

所述下推力永磁轴承部件包括磁轴承上端盖、磁轴承上内套、磁轴承外套座圈、辅助轴承一弹簧座、辅助轴承一、动磁环、动磁环座轴圈、辅助轴承二三冷却套、辅助轴承二、辅助轴承三、传感器支架、测速盘、轴端螺母、磁轴承下端盖、辅助轴承三弹簧座、下外隔圈、下内隔圈、静磁环、静磁环座、辅助轴承一冷却套；所述磁轴承外套座圈开有冷却水孔和油脂加注孔，冷却水孔与磁轴承上内套的冷却系统水路相通，辅助轴承二三冷却套和辅助轴承一冷却套的外部均开有凹槽，凹槽连接冷却系统水路，冷却系统对磁轴承的辅助轴承进行冷却；辅助轴承二三冷却套和辅助轴承一冷却套的外部均开有润滑脂加注管路，其与润滑脂管路相通，在冷却套内部有螺旋槽提高对辅助轴承的润滑效果；静磁环安装在静磁环座内，动磁环安装在动磁环座轴圈的磁环座内，静磁环和动磁环同极相对，存在一定间隙的两磁环产生斥力，斥力使下推力永磁轴承部件承受向上的工作载荷；静磁环座上面安装辅助轴承一冷却套，冷却套内装有辅助轴承一和辅助轴承一弹簧座；磁轴承上端盖通过内六角圆头螺钉与磁轴承上内套固定，从而压紧辅助轴承一弹簧座和辅助轴承一冷却套；辅助轴承二和辅助轴承三由下内隔圈和下外隔圈隔开，转轴安装在动磁环座轴圈内，动磁环座轴圈随转轴一起转动；当鼓风机的变频电动机启动时，随着转速的升高，叶轮所受向上的气动力越来越大，当转速上升到工作转速时，叶轮所受向上的气动力为正常工作载荷，静磁环和动磁环之间的磁斥力即设置为工作载荷值，此时磁斥力与工作载荷平衡，当转速超过工作转速继续升高时，叶轮所受向上的气动力继续增大，静磁环和动磁环之间的间隙会变小，转轴会向上移动，但辅助轴承一会起到保护作用，静磁环和动磁环之间不会接触，两者不会产生摩擦，其间的斥力继续提供轴向力；磁轴承下端盖通过内六角圆头螺栓与磁轴承座外套座圈固定，进而压紧辅助轴承三弹簧座和辅助轴承三；在磁轴承座外套的底部安装有传感器支架用于安装位移传感器和速度传感器。测速盘通过螺栓与轴端螺母连接。

所述变频器采用交-直-交变频器，先把工频交流电通过整流器变成直流电，再把直流电源变换成频率、电压均能够控制的交流电，然后提供给电动机，通过调节输出电源的频率来对电动机转速进行控制；所述电动机通过变频器调速，电动机转子采用鼠笼式绕组。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质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。永磁悬浮轴承可有效降低机器运行中的摩擦损耗，同时具有成本低寿命长的优点。本发明能够在高转速下运行，并采用通冷却水的方式进行降温。永磁悬浮轴承承担了鼓风机运行中产生的向上轴向气动力，辅助轴承仅承受运行中产生的径向离心力，因而辅助轴承的寿命也较一般应用中的寿命要长。本发明能够降低在污水曝气供氧处理环节中的能耗，起到环保的作用，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示意图。

图3是本发明的下推力永磁轴承部件示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

如图1所示，一种立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机，包括蜗壳1、上轴承部件2、转轴3、电动机转子4、电动机壳体5、下推力永磁轴承部件6、支撑座7、底板8、电线9、变频器10、电动机定子11、叶轮12；为便于安装蜗壳1分为能够拆卸的三部分，所述蜗壳1底部通过内六角圆头螺钉与上轴承部件2连接，电动机壳体5的两端通过内六角圆头螺钉分别与上轴承部件2和下推力永磁轴承部件6相连，转轴3由上轴承部件2和下推力永磁轴承部件6支承，转轴3与电动机转子4相连，电动机定子11固定在电动机壳体5的内冷却套内，电动机转子4和电动机定子11之间有一定间隙，下推力永磁轴承部件6通过内六角圆头螺钉固定在支撑座7上，支撑座7通过内六角圆头螺钉与底板8连接，叶轮12在蜗壳1内与转轴3相连，常规市电流经过变频器10变频，再经由电线9为电动机提供高频电流，电动机高速旋转，带动叶轮12高速驱动气流为污水池进行曝气供氧。

如图2所示，所述上轴承部件2包括上连接盘13、上轴承座外套14、上传感器座15、测量环16、前螺母17、轴承一18、轴承二19、上轴承座内套20、上内隔圈21、上外隔圈22、轴承一弹簧座23、上小盖24、内六角圆头螺钉25；上轴承座外套14通过内六角圆头螺钉25与上连接盘13固定；上轴承座外套14上开有冷却水孔，冷却系统水路连接上轴承座内套20外部所开凹槽，用于冷却水的循环，对轴承一18和轴承二19进行冷却；上轴承座外套14上还开有润滑脂加注孔，上轴承座内套20上也开有的润滑脂管路需要与上轴承座外套14的润滑脂加注孔管路对齐，上轴承座内套20的内部设有螺旋槽，提高轴承的润滑效果；上轴承座外套14与上轴承座内套20通过焊接固定；上内隔圈21和上外隔圈22用于分开轴承一18和轴承二19；轴承一18和轴承二19用于转轴的支承；轴承一18的上方安装有轴承一弹簧座23和前螺母17分别用于压紧轴承一18的外圈和内圈；上小盖24用于压紧轴承一弹簧座23，在上小盖24上部开有环形阶梯槽，用于安装前螺母17，前螺母17通过螺钉连接测量环16。上传感器座15在底部开有螺纹孔，通过螺栓与上小盖24连接。

如图3所示，所述下推力永磁轴承部件6包括磁轴承上端盖26、磁轴承上内套27、磁轴承外套座圈28、辅助轴承一弹簧座29、辅助轴承一30、动磁环31、动磁环座轴圈32、辅助轴承二三冷却套33、辅助轴承二34、辅助轴承三35、传感器支架36、测速盘37、轴端螺母38、磁轴承下端盖39、辅助轴承三弹簧座40、下外隔圈41、下内隔圈42、静磁环43、静磁环座44、辅助轴承一冷却套45；所述磁轴承外套座圈28开有冷却水孔和油脂加注孔，冷却水孔与磁轴承上内套27的冷却系统水路相通，辅助轴承二三冷却套33和辅助轴承一冷却套45的外部均开有凹槽，凹槽连接冷却系统水路，冷却系统对磁轴承的辅助轴承进行冷却；辅助轴承二三冷却套33和辅助轴承一冷却套45的外部均开有润滑脂加注管路，其与润滑脂管路相通，在冷却套内部有螺旋槽提高对辅助轴承的润滑效果；静磁环43安装在静磁环座44内，动磁环31安装在动磁环座轴圈32的磁环座内，静磁环43和动磁环31同极相对，存在一定间隙的两磁环产生斥力，斥力使下推力永磁轴承部件6承受向上的工作载荷；静磁环座44上面安装辅助轴承一冷却套45，冷却套45内装有辅助轴承一30和辅助轴承一弹簧座29；磁轴承上端盖26通过内六角圆头螺钉与磁轴承上内套27固定，从而压紧辅助轴承一弹簧座29和辅助轴承一冷却套45；辅助轴承二34和辅助轴承三35由下内隔圈42和下外隔圈41隔开，转轴3安装在动磁环座轴圈32内，动磁环座轴圈32随转轴3一起转动；当鼓风机的变频电动机启动时，随着转速的升高，叶轮12所受向上的气动力越来越大，当转速上升到工作转速时，叶轮12所受向上的气动力为正常工作载荷，静磁环43和动磁环31之间的磁斥力即设置为工作载荷值，此时磁斥力与工作载荷平衡，当转速超过工作转速继续升高时，叶轮12所受向上的气动力继续增大，静磁环43和动磁环31之间的间隙会变小，转轴会向上移动，但辅助轴承一30会起到保护作用，静磁环43和动磁环31之间不会接触，两者不会产生摩擦，其间的斥力继续提供轴向力；磁轴承下端盖39通过内六角圆头螺栓与磁轴承座外套28座圈固定，进而压紧辅助轴承三弹簧座40和辅助轴承三35；在磁轴承座外套28的底部安装有传感器支架36用于安装位移传感器和速度传感器。测速盘37通过螺栓与轴端螺母38连接。

Claims (3)

1.一种立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机，其特征在于：包括蜗壳（1）、上轴承部件（2）、转轴（3）、电动机转子（4）、电动机壳体（5）、下推力永磁轴承部件（6）、支撑座（7）、底板（8）、电线（9）、变频器（10）、电动机定子（11）、叶轮（12）；为便于安装蜗壳（1）分为能够拆卸的三部分，所述蜗壳（1）底部通过内六角圆头螺钉与上轴承部件（2）连接，电动机壳体（5）的两端通过内六角圆头螺钉分别与上轴承部件（2）和下推力永磁轴承部件（6）相连，转轴（3）由上轴承部件（2）和下推力永磁轴承部件（6）支承，转轴（3）与电动机转子（4）相连，电动机定子（11）固定在电动机壳体（5）的内冷却套内，电动机转子（4）和电动机定子（11）之间有一定间隙，下推力永磁轴承部件（6）通过内六角圆头螺钉固定在支撑座（7）上，支撑座（7）通过内六角圆头螺钉与底板（8）连接，叶轮（12）在蜗壳（1）内与转轴（3）相连，常规市电流经过变频器（10）变频，再经由电线（9）为电动机提供高频电流，电动机高速旋转，带动叶轮（12）高速驱动气流为污水池进行曝气供氧；

所述下推力永磁轴承部件（6）包括磁轴承上端盖（26）、磁轴承上内套（27）、磁轴承外套座圈（28）、辅助轴承一弹簧座（29）、辅助轴承一（30）、动磁环（31）、动磁环座轴圈（32）、辅助轴承二三冷却套（33）、辅助轴承二（34）、辅助轴承三（35）、传感器支架（36）、测速盘（37）、轴端螺母（38）、磁轴承下端盖（39）、辅助轴承三弹簧座（40）、下外隔圈（41）、下内隔圈（42）、静磁环（43）、静磁环座（44）、辅助轴承一冷却套（45）；所述磁轴承外套座圈（28）开有冷却水孔和油脂加注孔，冷却水孔与磁轴承上内套（27）的冷却系统水路相通，辅助轴承二三冷却套（33）和辅助轴承一冷却套（45）的外部均开有凹槽，凹槽连接冷却系统水路，冷却系统对磁轴承的辅助轴承进行冷却；辅助轴承二三冷却套（33）和辅助轴承一冷却套（45）的外部均开有润滑脂加注管路，其与润滑脂管路相通，在辅助轴承二三冷却套（33）和辅助轴承一冷却套（45）的冷却套内部有螺旋槽提高对辅助轴承的润滑效果；静磁环（43）安装在静磁环座（44）内，动磁环（31）安装在动磁环座轴圈（32）的磁环座内，静磁环（43）和动磁环（31）同极相对，存在一定间隙的两磁环产生斥力，斥力使下推力永磁轴承部件（6）承受向上的工作载荷；静磁环座（44）上面安装辅助轴承一冷却套（45），辅助轴承一冷却套（45）内装有辅助轴承一（30）和辅助轴承一弹簧座（29）；磁轴承上端盖（26）通过内六角圆头螺钉与磁轴承上内套（27）固定，从而压紧辅助轴承一弹簧座（29）和辅助轴承一冷却套（45）；辅助轴承二（34）和辅助轴承三（35）由下内隔圈（42）和下外隔圈（41）隔开，转轴（3）安装在动磁环座轴圈（32）内，动磁环座轴圈（32）随转轴（3）一起转动；当鼓风机的变频电动机启动时，随着转速的升高，叶轮（12）所受向上的气动力越来越大，当转速上升到工作转速时，叶轮（12）所受向上的气动力为正常工作载荷，静磁环（43）和动磁环（31）之间的磁斥力即设置为工作载荷值，此时磁斥力与工作载荷平衡，当转速超过工作转速继续升高时，叶轮（12）所受向上的气动力继续增大，静磁环（43）和动磁环（31）之间的间隙会变小，转轴会向上移动，但辅助轴承一（30）会起到保护作用，静磁环（43）和动磁环（31）之间不会接触，两者不会产生摩擦，其间的斥力继续提供轴向力；磁轴承下端盖（39）通过内六角圆头螺栓与磁轴承外套座圈（28）固定，进而压紧辅助轴承三弹簧座（40）和辅助轴承三（35）；在磁轴承外套座圈（28）的底部安装有传感器支架（36）用于安装位移传感器和速度传感器，测速盘（37）通过螺栓与轴端螺母（38）连接。

2.根据权利要求1所述的立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机，其特征在于：所述上轴承部件（2）包括上连接盘（13）、上轴承座外套（14）、上传感器座（15）、测量环（16）、前螺母（17）、轴承一（18）、轴承二（19）、上轴承座内套（20）、上内隔圈（21）、上外隔圈（22）、轴承一弹簧座（23）、上小盖（24）、内六角圆头螺钉（25）；上轴承座外套（14）通过内六角圆头螺钉（25）与上连接盘（13）固定；上轴承座外套（14）上开有冷却水孔，冷却系统水路连接上轴承座内套（20）外部所开凹槽，用于冷却水的循环，对轴承一（18）和轴承二（19）进行冷却；上轴承座外套（14）上还开有润滑脂加注孔，上轴承座内套（20）上也开有的润滑脂管路需要与上轴承座外套（14）的润滑脂加注孔管路对齐，上轴承座内套（20）的内部设有螺旋槽，提高轴承的润滑效果；上轴承座外套（14）与上轴承座内套（20）通过焊接固定；上内隔圈（21）和上外隔圈（22）用于分开轴承一（18）和轴承二（19）；轴承一（18）和轴承二（19）用于转轴的支承；轴承一（18）的上方安装有轴承一弹簧座（23）和前螺母（17）分别用于压紧轴承一（18）的外圈和内圈；上小盖（24）用于压紧轴承一弹簧座（23），在上小盖（24）上部开有环形阶梯槽，用于安装前螺母（17），前螺母（17）通过螺钉连接测量环（16），上传感器座（15）通过螺栓与上小盖（24）连接。

3.根据权利要求1所述的立式永磁悬浮单级高速离心鼓风机，其特征在于：所述变频器（10）采用交-直-交变频器，先把工频交流电通过整流器变成直流电，再把直流电变换成频率、电压均能够控制的交流电，然后提供给电动机，通过调节输出电源的频率来对电动机转速进行控制；所述电动机通过变频器（10）调速，电动机转子（4）采用鼠笼式绕组。