CN109356933A - 一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构，包含保护环、滚动轴承和滚动轴承座；滚动轴承的外圈和滚动轴承座固连，滚动轴承座和磁悬浮轴承座固连；保护环的内壁和主轴固连，保护环的外壁由两端朝中间分别开有若干槽宽相同且一一对称的螺旋槽；滚动轴承的内圈套在保护环外、和保护环偏心设置，且滚动轴承和保护环顶部的间隙大于滚动轴承和保护环底部的间隙；磁悬浮轴承定子的内圈和其转子外圈的半径之差大于滚动轴承内圈和保护环外圈的半径之差。本发明在正常运行时能够产生垂直向上的支承力并且和径向磁悬浮轴承共同支承转子，在径向磁悬浮轴承失效造成转子沿径向跌落瞬间能够有效减轻转子沿径向直接撞击造成的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及高速旋转机械领域，尤其涉及一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构。
背景技术
压缩机、鼓风机、透平干燥机、大型节能水泵、高效节能热泵、储能飞轮、燃气轮机、离心式中央空调机组等大型高速旋转机械，在国民经济各部门中有着广泛应用，均是相关行业的核心关键设备，也是高耗能设备。
磁悬浮轴承是利用电磁力将转子无机械接触地悬浮起来的一种新型支承。与传统轴承（滚动轴承和油滑动轴承）相比，磁悬浮轴承与转子无机械接触，使用寿命长，维护费用低，无需润滑和密封，可长期用于高低温等特殊环境中，被认为是支承技术的一次革命，是目前唯一投入实用的主动支承装置。但是，磁悬浮轴承的一个明显缺点是比承载力较小。换言之，在同样承载力下，磁悬浮轴承的体积和重量较大，造成转子重量和尺寸增加、系统动态性能下降。
当磁悬浮轴承失效时，转子跌落会对磁悬浮轴承和转子造成严重损坏。因此，在磁悬浮轴承转子系统中，通常还应设置滚动轴承作为保护轴承（注：滚动轴承与转子之间存在气隙，但该气隙小于磁悬浮轴承与转子之间的气隙），以承担保护功能，避免转子与磁悬浮轴承的碰撞。但是在系统正常运行时，这种保护轴承不起任何作用。
气体轴承是利用气膜支承负荷或减小摩擦的机械构件。与传统轴承（滚动轴承和油滑动轴承）相比，气体轴承具有速度高、精密度高、摩擦损耗小、耐高低温及原子辐射、无污染、寿命长等特点。气体轴承分为动压气体轴承和静压气体轴承。动压气体轴承不需要外加气源，只在流体动力作用下产生支承效应，具有结构简单的优点，但在启动和停止阶段，与转子存在直接接触摩擦。
螺旋槽或人字槽（以下统称螺旋槽）动压气体轴承是利用螺旋槽结构，通过螺旋泵送作用，产生支承效应的轴承。螺旋槽动压气体轴承以其承载力大（特别在高速下）、功耗低、高速稳定性好等特点，远优越于其他类型的动压气体轴承，实用中列居榜首。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构，所述磁悬浮轴承包含磁悬浮轴承座、和磁悬浮轴承座固连的定子、缠绕在定子上的线圈、以及用于固定在主轴上的转子；所述径向保护环结构包含保护环、滚动轴承和滚动轴承座；
所述滚动轴承的外圈和所述滚动轴承座固连，所述滚动轴承座和所述磁悬浮轴承座固连；
所述保护环的内壁和主轴固连，保护环的外壁由两端朝中间分别开有若干槽宽相同且一一对称的螺旋槽；
所述滚动轴承的内圈套在所述保护环外、和所述保护环偏心设置，且滚动轴承内圈顶部和保护环外壁顶部的距离大于滚动轴承内圈底部和保护环外壁底部的距离；
令磁悬浮轴承定子的内圈半径和其转子外圈的半径之差为D，则滚动轴承内圈的半径和保护环外圈的半径之差小于D；
所述保护环外壁和滚动轴承内圈之间在主轴高速旋转时产生径向动压气膜。
作为本发明一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构进一步的优化方案，所述滚动轴承内圈的半径和保护环外圈的半径之差为D/2。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
第一，在系统正常运行时，该保护环的外壁与滚动轴承内圈之间因偏心等宽螺旋槽和主轴高速旋转能够形成径向动压气膜，并且和径向磁悬浮轴承共同支承转子；
第二，在径向磁悬浮轴承失效造成转子沿径向跌落瞬间，该径向动压气膜沿径向跌落方向被压缩至极小而产生远大于正常运行时的支承力（沿径向跌落反方向），可有效减轻主轴沿径向直接撞击造成的破坏；
第三，本发明提供的这种径向保护环与滚动轴承组合具有比常规径向保护环与滚动轴承组合更强的径向保护作用。
附图说明
图1为本发明配合磁悬浮轴承的结构示意图；
图2是本发明中保护环外壁上螺旋槽的结构示意图；
图3是本发明中保护环和滚动轴承相配合的结构示意图。
图中，1-主轴，2-磁悬浮轴承座，3-磁悬浮轴承的定子，4-磁悬浮轴承的线圈，5-磁悬浮轴承的转子，6-保护环，7-滚动轴承，8-滚动轴承座，9-滚动轴承的内圈，10-保护环的外壁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构，所述磁悬浮轴承包含磁悬浮轴承座、和磁悬浮轴承座固连的定子、缠绕在定子上的线圈、以及用于固定在主轴上的转子；所述径向保护环结构包含保护环、滚动轴承和滚动轴承座。
所述滚动轴承的外圈和所述滚动轴承座固连，所述滚动轴承座和所述磁悬浮轴承座固连。
如图2所示，所述保护环的内壁过盈配合与主轴连接，保护环的外壁由两端朝中间分别开有若干槽宽相同且一一对称的螺旋槽。
如图3所示，所述滚动轴承的内圈套在所述保护环外、和所述保护环偏心设置，且滚动轴承内圈顶部和保护环外壁顶部的距离大于滚动轴承内圈底部和保护环外壁底部的距离；令磁悬浮轴承定子的内圈半径和其转子外圈的半径之差为D，所述滚动轴承内圈的半径和保护环外圈的半径之差为D/2。
所述保护环外壁和滚动轴承内圈之间在主轴高速旋转时产生径向动压气膜。
二十世纪以来，组合型技术成果的比例显著上升，新技术往往是已存在的几种科学原理的组合，是当代技术发展的一种趋势。
径向保护环的外圆柱表面与滚动轴承内圈之间因偏心等宽螺旋槽和转子高速旋转能够形成径向动压气膜。在正常运行时，该径向动压气膜能够产生垂直向上的支承力并且和径向磁悬浮轴承共同支承转子。在磁悬浮轴承失效造成转子沿径向跌落瞬间，该径向动压气膜沿径向跌落方向被压缩至极小而产生远大于正常运行时的支承力（沿径向跌落反方向），可有效减轻转子沿径向直接撞击造成的破坏。因此这种径向保护环与滚动轴承组合具有比常规径向保护环与滚动轴承组合更强的径向保护作用。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构，所述磁悬浮轴承包含磁悬浮轴承座、和磁悬浮轴承座固连的定子、缠绕在定子上的线圈、以及用于固定在主轴上的转子，其特征在于，所述径向保护环结构包含保护环、滚动轴承和滚动轴承座；
所述滚动轴承的外圈和所述滚动轴承座固连，所述滚动轴承座和所述磁悬浮轴承座固连；
所述保护环的内壁和主轴固连，保护环的外壁由两端朝中间分别开有若干槽宽相同且一一对称的螺旋槽；
所述滚动轴承的内圈套在所述保护环外、和所述保护环偏心设置，且滚动轴承内圈顶部和保护环外壁顶部的距离大于滚动轴承内圈底部和保护环外壁底部的距离；
令磁悬浮轴承定子的内圈半径和其转子外圈的半径之差为D，则滚动轴承内圈的半径和保护环外圈的半径之差小于D；
所述保护环外壁和滚动轴承内圈之间在主轴高速旋转时产生径向动压气膜。
2.根据权利要求1所述的配合磁悬浮轴承使用的径向保护环结构，其特征还在于，所述滚动轴承内圈的半径和保护环外圈的半径之差为D/2。
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