CN108775335B - 一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，包括外部框架以及安装在外部框架上的螺旋压滤机构、位于螺旋压滤机构出口侧的驱动机构、位于主轴两端的磁悬浮机构和用于保护主轴的辅助保护机构；所述螺旋压滤机构包括主轴、螺旋叶片、动静环和背压板，所述驱动机构包括装入式电动机的发电机转子与装入式电动机定子，所述磁悬浮机构采用主动式磁悬浮轴承AMB结构，包括左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承均由转子和第一定子组成，所述轴向磁悬浮轴承由推力盘和第二定子组成，所述辅助保护机构由左辅助保护轴承和右辅助保护轴承组成，本发明结构简单，构思新颖，成本低廉。

Description

一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置

技术领域

本发明涉及一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置。

背景技术

近年来，随着人们环保意识逐渐提高，污泥处理技术日益为人们所重视，各国都在投入重金研发新技术，争取找到更经济、更合理的污泥处理方案。污泥处理市场未来几年具有广阔的发展前景。

叠螺式脱水机是一种新型的螺旋挤压过滤机，由于其易分离、不易堵塞的特点，目前已广泛应用在市政污水处理及工业废水处理、石油化工、医药、纺织、冶金、食品饮料、矿山等众多领域。随着各种新材料与控制技术的发展，国内一些公司也在原有基础上进行了一些创新、改进，如针对螺旋轴的改进、双轴结构、行业专用机型等，但仍限制于传统的机械结构，机构磨损严重且污泥的脱水效果不能满足更高要求。

磁悬浮轴承技术是一种发展成熟的机电一体化技术，由于其无接触、无磨损、高精度、高速度、能耗低、无需润滑和密封等特点, 磁悬浮轴承被越来越多的应用于离心机、鼓风机、压缩机、燃气轮机等传统旋转机械，在航空航天、能源交通、石油化工、食品卫生、城市污水处理等行业具有广泛的应用前景。国内也还未有针对叠螺式污泥脱水机的磁悬浮设备。

发明内容

为了克服现有叠螺式污泥脱水机的机构磨损严重，起动力矩大，污泥脱水效果不能满足更高要求等问题，本发明的目的在于提供一种将磁悬浮轴承代替传统机械轴承支承应用于叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，可以有效提高其整体性能：包括大幅度提高压滤工作扭矩，简化轴承润滑系统，抑制过大振动，降低摩擦能耗等。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，包括外部框架以及安装在外部框架上的螺旋压滤机构、位于螺旋压滤机构出口侧的驱动机构、位于主轴两端的磁悬浮机构和用于保护主轴的辅助保护机构；

所述螺旋压滤机构包括主轴、螺旋叶片、动静环和背压板，所述主轴为一个整体杆件，自左向右其上依次套有左辅助保护轴承、左径向磁悬浮轴承、变距螺杆、发电机转子、轴向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承和右辅助保护轴承，所述螺旋叶片焊接于所述主轴的变距螺杆部分，所述变距螺杆部分具有的导程角为15度，螺距朝出口侧分三级依次减小；所述动静环包括动环、静环和四个固定杆，动环与静环交替布置，所述动环与所述螺杆叶片采用内周接触方式套在所述变距螺杆外，所述静环由所述四根固定杆固定于外部框架上，所述动环被夹在两个静环之间，并可以相对于静环产生一定位移的错动，所述背压板位于出口侧，通过螺栓螺母与所述外部框架连接，并与出口留有间隙保证出泥压力；

所述驱动机构包括装入式电动机的发电机转子与装入式电动机定子，所述装入式电动机的发电机转子固定于所述主轴上，所述装入式电动机定子固定于所述外部框架；

所述磁悬浮机构采用主动式磁悬浮轴承AMB结构，包括左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承均由转子和第一定子组成，所述转子由压紧的圆环形硅钢片叠加而成，两端由压板压紧并固定，所述第一定子由八极结构的硅钢片同样叠压而成，所述每个八极结构的硅钢片分别缠绕有电磁线圈，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承分别位于主轴两端，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承的定子固定于外部框架上；所述轴向磁悬浮轴承由推力盘和第二定子组成，所述推力盘与所述主轴之间过盈配合，所述第二定子由一对定子铁芯和第三电磁线圈组成，所述轴向磁悬浮轴承位于所述发电机转子外侧，所述轴向磁悬浮轴承的第二定子固定于外部框架上；

所述辅助保护机构由左辅助保护轴承和右辅助保护轴承组成，左辅助保护轴承和右辅助保护轴承均为角接触球轴承，所述角接触球轴承的外圈与轴承支座过盈配合，角接触球轴承的内圈与主轴在工作时保持一段间隙，保护角接触球轴承的内圈与主轴的间隙小于左径向磁悬浮轴承或右径向磙悬浮轴承的定子和转子之间的径向间隙，保护角接触球轴承的内圈与主轴204轴肩端面的间隙小于轴向磁悬浮轴承的定子和转子之间的轴向间隙，在突然断电或磁悬浮失控时起到对所述主轴的安全保护作用。

本发明中，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承均通过锁紧螺母固定于主轴上。

本发明中，所述发电机转子通过锁紧螺母固定于主轴上。

本发明中，所述轴承磁悬浮轴承通过锁紧螺母固定于主轴上。

本发明中，发电机转子、左径向磁悬浮轴承的转子、右径向磁悬浮轴承的转子、轴向磁悬浮轴承推力盘的内径尺寸相同。

本发明中，所述驱动机构位于螺旋压滤机构出口侧且位于主轴的中部，使主轴上应力分布均匀；所述磁悬浮机构位于主轴两端，起到两端支承并悬浮的作用；所述辅助保护机构位于主轴两端最外侧，便于维护时进行润滑，且阶梯轴末端可使磁浮轴承与角接触轴承尺寸较小，降低制造成本。

本发明中，所述外部框架底部与底座固定，方便安装调试与维修。

本发明中，所述装入式发电机装于电机支架上，电机支架和第一压盖采用一端压紧固定，另一端露出安装的方式安装。

本发明中，所述左径向磁轴承和右径向磁轴承均安装于轴向磁轴承支座上，所述轴向磁轴承支座与第二压盖之间采用一端压紧固定，另一端露出安装的方式安装。

本发明的有益效果在于：

一、采用了磁悬浮轴承代替传统机械轴承支承，有效提高驱动装置的整体性能，大幅度提高压滤工作扭矩，简化轴承润滑系统，抑制过大振动，降低摩擦能耗；

二、采用了新的驱动装置分布，减小了主轴较长时会产生的振动，避免了位于主轴末端进行驱动的弊端，使主轴上应力分布均匀；

三、辅助保护机构设置于主轴两端最外侧，便于维护时进行润滑，且阶梯轴末端可使磁浮轴承与角接触轴承尺寸较小，降低制造成本；

四、外部框架采用多个支架与同一底座分别固定，可调节支架间距，方便安装调试与维修；

五、采用了“一体化主轴”设计，主轴为一个整体杆件，避免了各轴分段设计时连接处应力较大易受磨损的问题，且使主轴长度减小，结构更加紧凑；

六、发电机转子、左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承、轴向磁悬浮轴承推力盘的内径尺寸相同，可采用通用尺寸的锁紧螺母206与主轴固定，既易于维修更换，又可减少库存备件数量；

七、装入式电动机、径向磁轴承均采用了半开放式安装（一端压紧固定，另一端露出安装），提高了装置的散热性能，避免装置过热使电机与磁悬浮轴承工作效率降低甚至损坏。

附图说明

图1为本发明的整体剖视图；

图2为一体化主轴的结构示意图；

图3为驱动机构的结构示意图；

图4为磁悬浮机构的结构示意图；

图5为辅助保护机构的结构示意图；

图中标号：１为外部框架，２为螺旋压滤机构，３为驱动机构，４为磁悬浮机构，５为辅助保护机构，201为左辅助保护轴承，202为左径向磁悬浮轴承，203为变距螺杆，204为主轴，205为发电机转子，206为锁紧螺母，207为轴向磁悬浮轴承,208为右径向磁悬浮轴承，209为右辅助保护轴承，301为第一压盖,302为电机支架,303为发电机定子,304为第一电磁线圈，401为第二电磁线圈，402为第一定子，403为径向磁轴承支座，404为第二压盖，405为定子铁芯，406为第三电磁线圈，407为轴向磁轴承支座，501为轴承支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例１：参照图1~图5，一种基于叠螺式污泥脱水机的磁悬浮轴承支承的驱动装置，包括外部框架1以及安装在外部框架1上的螺旋压滤机构2、位于螺旋压滤机构出口侧的驱动机构3、位于主轴两端的磁悬浮机构4、用于保护主轴的辅助保护机构5；

所述螺旋压滤机构2包括主轴204、螺旋叶片、动静环和背压板，所述主轴204为一个整体杆件，用于依次布置左辅助保护轴承201、左径向磁悬浮轴承202、变距螺杆203、发电机转子205、锁紧螺母206、轴向磁悬浮轴承207、右径向磁悬浮轴承208和右辅助保护轴承209，所述螺旋叶片焊接于所述变距螺杆203上，变距螺杆203的螺距朝出口侧分三级依次减小，所述变距螺杆203具有的导程角为15度，所述动静环包括动环、静环和四个固定杆，动环与静环交替布置，所述动环与所述螺杆叶片采用内周接触方式套在所述变距螺杆203外，所述静环由所述四根固定杆固定于所述外部框架，所述动环被夹在两个静环之间并可以相对于静环产生一定位移的错动，所述背压板位于出口侧，通过螺栓螺母与所述外部框架连接，并与出口留有一定间隙保证出泥压力；

所述驱动机构3包括装入式电动机的第一压盖301、电机支架302、发电机定子303、第一电磁线圈304、发电机转子205和锁紧螺母206，所述压盖301通过螺栓与电机支架302固定，所述发电机定子303为多极结构并由压紧的硅钢片叠加而成，各极上缠绕第一电磁线圈304，所述发电机定子303固定于所述电机支架302，所述发电机转子205由压紧的圆环形硅钢片叠加而成，所述发电机转子205通过锁紧螺母206固定于所述主轴204上；

所述磁悬浮机构4采用主动式磁悬浮轴承AMB结构，包括左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，所述左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承分别位于主轴两端，二者结构相同，所述左径向磁悬浮轴承或右径向磙悬浮轴承由转子和第一定子402组成，所述左径向磁悬浮轴承202的转子由压紧的圆环形硅钢片叠加而成，所述左径向磁悬浮轴承202的转子通过锁紧螺母206固定于所述主轴204，所述第一定子402由八极结构的硅钢片同样叠压而成，所述八极上结构的硅钢片分别缠绕电磁线圈401，所述第一定子402由第二压盖404压紧并固定于径向磁轴承支座403；

所述轴向磁悬浮轴承207位于所述发电机转子外侧，所述轴向磁悬浮轴承207由推力盘和第二定子组成，所述推力盘与所述主轴204之间过盈配合，并通过一对锁紧螺母206固定，所述第二定子由一对定子铁芯405和第三电磁线圈406组成，所述轴向磁悬浮轴承207的定子固定于轴向磁轴承支座407上；

再进一步，所述辅助保护机构5由左辅助保护轴承201和右辅助保护轴承209（即角接触球轴承）组成，所述角接触球轴承的外圈与轴承支座501过盈配合，角接触球轴承的内圈与主轴204在工作时保持一段间隙，保护角接触球轴承的内圈与主轴204的间隙小于左径向磁悬浮轴承或右径向磙悬浮轴承的定子和转子之间的径向间隙，保护角接触球轴承的内圈与主轴204轴肩端面的间隙小于轴向磁悬浮轴承的定子和转子之间的轴向间隙，在突然断电或磁悬浮失控时能防止磁悬浮转子与定子及主轴204上其他零件间的碰撞，起到对主轴整体的安全保护作用；

更进一步，所述磁悬浮的叠螺式污泥脱水机还包括控制装置，所述装入式电动机的第一电磁线圈304、径向磁悬浮轴承的第二电磁线圈401、轴向磁悬浮轴承的第三电磁线圈406均与所述控制装置连接。

如图1，考虑了驱动装置的分布与轴的扭转应力情况，所述驱动机构3位于螺旋压滤机构出口侧且位于主轴的中部，减小了主轴较长时会产生的振动，避免了位于主轴末端进行驱动的弊端，使主轴上应力分布均匀。所述磁悬浮机构4位于主轴两端，起到两端支承并悬浮的作用。所述辅助保护机构5同样位于主轴两端最外侧，便于维护时进行润滑，且阶梯轴末端可使磁浮轴承与角接触轴承尺寸较小，降低制造成本。所述外部框架1为各部分支架与底座固定，方便安装调试与维修。

如图2所示，考虑到变距螺杆属于中空结构且是通过焊接与轴体连接，轴体本身长度不限，加工成阶梯轴也较为方便，故将所述主轴204设计为一个整体杆件，即“一体化主轴”设计，避免了各轴分段设计时连接处应力较大易受磨损的问题，且使主轴长度减小，结构更加紧凑。在发电机转子205、左径向磁悬浮轴承202的转子、右径向磁悬浮轴承208的转子、轴向磁悬浮轴承207的推力盘在设计时采用了同一内径尺寸，可采用通用尺寸的锁紧螺母206与主轴固定，既易于维修更换，又可减少库存备件数量。

如图3和图4所示，装入式电动机的电机支架302与压盖301、径向磁轴承支座403与压盖404之间均采用了一端压紧固定，另一端露出的安装方式，压盖301与压盖404的孔径较大，轴向磁轴承支座407两端孔径也较大，如此设计是考虑到为了增大与空气气流的接触，加快电磁线圈的散热，避免封闭的环境使热量难以散出，造成电机与磁悬浮轴承工作效率降低甚至损坏。

如图5所示，左辅助保护轴承201和右辅助保护轴承209选用角接触球轴承，考虑到其特点为可同时承受径向负荷和轴向负荷，为达到对主轴整体的保护作用，保护轴承外圈与支架内圈之间过盈配合，保护轴承内圈与主轴的间隙小于径向磁轴承定子转子之间的径向间隙，保护轴承内圈与主轴轴肩端面的间隙小于轴向磁轴承定子转子之间的轴向间隙。

本发明的工作过程为：

按下启动电源按钮，第二电磁线圈401和第三电磁线圈406接电，磁悬浮轴承受到电磁力，承载主轴204负荷并使其脱离左辅助保护轴承201和右辅助保护轴承209，径向与轴向均达到悬浮，随后装入式电动机的第一电磁线圈304接电，电机运转，驱动主轴204旋转。进一步，污泥从左端进入，经过主轴204上的叶片螺旋逐级压缩，将挤压出的水分从动静环的滤缝中排出，右端背压板控制出泥压力，保证一定的脱水率。最后污泥呈饼状从右端掉落，由机器外部的传送带运送离开。

该脱水机持续运转，通过磁悬浮控制反馈系统调整主轴中心位置，保证其不偏离旋转中心。

按下停止运行按钮，污泥停止进入左端，装入式发电机持续运转2分钟后停止，保证机器中污泥完全排出，第一电磁线圈304失电。随后第二电磁线圈401、第三电磁线圈406失电，磁悬浮轴承不再悬浮，主轴204下落，此时辅助保护机构中的左辅助保护轴承201和右辅助保护轴承209起到支承作用，主轴204逐渐减速至停止。

Claims (6)

1.一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，其特征在于：包括外部框架以及安装在外部框架上的螺旋压滤机构、位于螺旋压滤机构出口侧的驱动机构、位于主轴两端的磁悬浮机构和用于保护主轴的辅助保护机构；

所述螺旋压滤机构包括主轴、螺旋叶片、动静环和背压板，所述主轴为一个整体杆件，自左向右其上依次套有左辅助保护轴承、左径向磁悬浮轴承、变距螺杆、发电机转子、轴向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承和右辅助保护轴承，所述螺旋叶片焊接于所述主轴的变距螺杆部分，所述变距螺杆部分具有的导程角为15度，螺距朝出口侧分三级依次减小；所述动静环包括动环、静环和四个固定杆，动环与静环交替布置，所述动环与所述螺旋叶片采用内周接触方式套在所述变距螺杆外，所述静环由所述四根固定杆固定于外部框架上，所述动环被夹在两个静环之间，并可以相对于静环产生一定位移的错动，所述背压板位于出口侧，通过螺栓螺母与所述外部框架连接，并与出口留有间隙保证出泥压力；

所述驱动机构包括装入式电动机的发电机转子与装入式电动机定子，所述装入式电动机的发电机转子固定于所述主轴上，所述装入式电动机定子固定于所述外部框架；

所述磁悬浮机构采用主动式磁悬浮轴承AMB结构，包括左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承均由转子和第一定子组成，所述转子由压紧的圆环形硅钢片叠加而成，两端由压板压紧并固定，所述第一定子由八极结构的硅钢片同样叠压而成，所述每个八极结构的硅钢片分别缠绕有电磁线圈，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承分别位于主轴两端，所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承的定子固定于外部框架上；所述轴向磁悬浮轴承由推力盘和第二定子组成，所述推力盘与所述主轴之间过盈配合，所述第二定子由一对定子铁芯和第三电磁线圈组成，所述轴向磁悬浮轴承位于所述发电机转子外侧，所述轴向磁悬浮轴承的第二定子固定于外部框架上；

所述辅助保护机构由左辅助保护轴承和右辅助保护轴承组成，左辅助保护轴承和右辅助保护轴承均为角接触球轴承，所述角接触球轴承的外圈与轴承支座过盈配合，角接触球轴承的内圈与主轴在工作时保持一段间隙，保护角接触球轴承的内圈与主轴的间隙小于左径向磁悬浮轴承或右径向磙悬浮轴承的定子和转子之间的径向间隙，保护角接触球轴承的内圈与主轴204轴肩端面的间隙小于轴向磁悬浮轴承的定子和转子之间的轴向间隙，在突然断电或磁悬浮失控时起到对所述主轴的安全保护作用；

所述左径向磁悬浮轴承和右径向磁悬浮轴承均通过锁紧螺母固定于主轴上；

所述发电机转子通过锁紧螺母固定于主轴上；

所述轴承磁悬浮轴承通过锁紧螺母固定于主轴上。

2.根据权利要求1所述的一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，其特征在于：发电机转子、左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承、轴向磁悬浮轴承推力盘的内径尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述驱动机构位于螺旋压滤机构出口侧且位于主轴的中部，使主轴上应力分布均匀；所述磁悬浮机构位于主轴两端，起到两端支承并悬浮的作用；所述辅助保护机构位于主轴两端最外侧，便于维护时进行润滑，且阶梯轴末端可使磁浮轴承与角接触轴承尺寸较小，降低制造成本。

4.根据权利要求1所述的一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述外部框架底部与底座固定，方便安装调试与维修。

5.根据权利要求1所述的一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述装入式发电机装于电机支架上，电机支架和第一压盖采用一端压紧固定，另一端露出安装的方式安装。

6.根据权利要求1所述的一种叠螺污泥脱水机的磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述左径向磁轴承和右径向磁轴承均安装于轴向磁轴承支座上，所述轴向磁轴承支座与第二压盖之间采用一端压紧固定，另一端露出安装的方式安装。