CN110107594B - 一种电磁轴承双螺杆液力透平 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁轴承双螺杆液力透平，属于机械领域。其主要构件包括装置外壳、主动螺杆、从动螺杆、径向电磁轴承、推力电磁轴承、控制器、轴承座、传感器及其支架、主动齿轮、从动齿轮、端盖和机封盖。径向电磁轴承由固定在透平转子轴上的电磁铁和在它周围的定子组成；推力电磁轴承由定子和推力盘组成，径向装配在轴上，再在轴向上固定，定子在两端定位后就形成了一个双作用推力电磁轴承。其与普通油轴承双螺杆液力透平相比，克服了机械密封带来的缺陷，无需润滑，减少了透平在运转过程中的磨损，从而极大提高了电磁轴承双螺杆液力透平的使用寿命。

Description

一种电磁轴承双螺杆液力透平

技术领域

本发明属于机械领域，涉及利用电场力、磁场力使轴悬浮的滑动轴承，特别是一种电磁轴承双螺杆液力透平。

背景技术

随着现代工业的发展，对旋转机械的性能有了更高的要求，如设备的转速、精度、高温、低温和运行环境，传统的滑动和滚动轴承已经不能满足，需要一种新型的轴承取而代之。为了改善传统高速泵轴承极易损坏,寿命短,噪音大,转速低等缺点,将目前具有优越性能的电磁轴承应用于双螺杆液力透平中。

电磁轴承是利用电力和磁力作用将转子悬浮于空间,是转子和定子之间没有接触的一种高性能轴承。与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比,具有许多突出的优越性。由于磁轴承不存在机械接触,不需要润滑，转子可达到很高的运转速度,且具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无油污染等优点,特别适用于高速、真空和超净等特殊应用场合。并且近年来其技术水平不断得到提高,控制系统不断简化,造价有所降低,轴承承载力也得到了提高,现在已具备了应用在双螺杆液力透平上的可行性。

发明内容

为了改善传统双螺杆液力透平轴承极易损坏，寿命短，噪声大，转速低等缺点，本发明提出了一种电磁轴承双螺杆液力透平，该轴承能有效解决双螺杆液力透平中轴承失效的问题，能有效延长液力透平的使用寿命，解决了困扰多年的密封问题。将该轴承推广使用，将会带来巨大的经济效益。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电磁轴承双螺杆液力透平，其特征在于，包括装置外壳、主动螺杆、从动螺杆、电磁轴承、控制器、传感器、前端盖、后端盖、主动齿轮、从动齿轮和机封盖；

所述装置外壳一端连接后端盖，所述装置外壳另一端连接前端盖内侧，所述前端盖外侧连接轴承座一侧，所述轴承座内部设有机封盖；

所述装置外壳内部设有衬套，所述装置外壳内部焊接有隔板并整体与衬套过盈配合在一起，所述隔板将衬套与装置外壳之间的空腔分为互不连通的第一腔体、第二腔体，所述第一腔体所在的装置外壳上开有进口腔，所述进口腔连接法兰形成整个装置的高压入口，所述第二腔体所在的装置外壳上开有出口腔，所述出口腔连接法兰形成整个装置的低压出口；

所述衬套内部设有主动螺杆、从动螺杆；所述主动螺杆、从动螺杆的螺旋齿相啮合，螺旋面之间相互接触，所述衬套分别与主动螺杆、从动螺杆之间存在最小间隙；

所述主动螺杆一端依次从电磁轴承b、前端盖、机封座、机封盖、轴承座、轴承盖的中间穿出，并与发电机通过键相连接，所述主动螺杆的另一端连接电磁轴承d和主动齿轮；所述从动螺杆靠近主动齿轮的一端连接有从动齿轮和电磁轴承c，所述从动螺杆的另一端连接电磁轴承a；所述从动齿轮与主动齿轮互为相互啮合的一对齿轮；

所述电磁轴承a、电磁轴承b、电磁轴承c、电磁轴承d均是圆筒形的滑动轴承，其内部设有径向电磁轴承和推力电磁轴承，所述径向电磁轴承由固定在螺杆透平上的转子和在它周围的定子组成；所述推力电磁轴承由定子和推力盘组成，径向装配在轴上。每一个电磁轴承内部均设有一个推力电磁轴承和位于推力盘两侧的径向电磁轴承。

进一步，所述衬套内部设有内部流道。

进一步，所述后端盖内部含有润滑油，用于内部主动齿轮、从动齿轮的润滑。

进一步，所述位于装置外壳内的主动螺杆和从动螺杆的两侧均加工有电磁轴承。

进一步，所述推力电磁轴承中定子和推力盘之间留有1mm的轴向间隙；径向电磁轴承中的定子和转子之间留有1mm的径向间隙。

进一步，所述径向电磁轴承中定子上开有槽并缠绕着线圈以提供磁力，四对电磁场磁极相同、磁力相斥；推力电磁轴承中两个定子充磁后磁极相同、磁力相斥。

进一步，所述径向电磁轴承中定子上缠绕的线圈与控制器相连，通过位移信号调整输出电流的大小，以此来保证转子径向位置。

进一步，所述推力电磁轴承的定子上缠绕的线圈与控制器相连，通过位移信号调整输出电流的大小，以此来保证转子轴向位置。

本发明提供的一种电磁轴承双螺杆液力透平具有以下的优点：

1.电磁轴承双螺杆液力透平不需要润滑,没有油泵、油过滤器、油冷却器等组成的供油装置,对过程气体没有任何污染,因而对后续设备无任何威胁。

2.电磁轴承双螺杆液力透平对转子的动平衡要求,低于常规油轴承双螺杆液力透平对转子动平衡的要求。

3.电磁轴承双螺杆液力透平与油轴承双螺杆液力透平相比,由于电磁轴承降低了功率损失,不需要供油装置，因此可改善循环的效率；也使得双螺杆液力透平启动方便,容易保管维护,可靠性好。

4.径向电磁轴承的圆弧形齿部结构使其可缠绕的线圈更多，圆弧形结构的齿部和轭部相连。其中圆弧形的齿部的弧度为330度，此种设计可靠性更高，给双螺杆液力透平带来更好的稳定性；此外，磁性大小的范围更广，且线圈不易滑落，稳定性好，另一方面即使转子在工作中有一定程度的局部损坏而影响了转子的动平衡,也可以通过控制系统改变某个位置的磁力使其保持正常运行。

附图说明

图1为电磁轴承双螺杆液力透平总体俯视剖面图。

图2为径向电磁轴承结构简图。(a)第一种定子结构的径向电磁轴承；(b)为第二种定子结构径向电磁轴承；

图3为推力轴承结构简图。

图4电磁轴承原理结构图。

图中：1-轴承盖，2-轴承座，3-机封盖，4-机封座，5-前端盖，6-电磁轴承a，7-电磁轴承b，8-第一腔体，9-衬套，10-主动螺杆，11-隔板，12-第二腔体，13-从动螺杆，14-装置外壳，15-电磁轴承c，16-后端盖，17-圆螺母用止动垫圈，18-圆螺母，19-从动齿轮，20-主动齿轮，21-转子，22-电磁轴承d，23-线圈，24-定子，25-推力盘。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1为本发明所述一种电磁轴承双螺杆液力透平总体俯视剖面图。一种电磁轴承双螺杆液力透平，包括装置外壳14、主动螺杆10、从动螺杆13、主螺杆后电磁轴承22、控制器、传感器、前端盖5、主动齿轮20、从动齿轮19和机封盖3；装置外壳14一端连接后端盖16，装置外壳14另一端连接前端盖5内侧，前端盖5外侧连接轴承座2一侧，轴承座2内部设有机封盖3；装置外壳14内部设有衬套9，装置外壳14内部焊接有隔板11并整体与衬套9过盈配合在一起，隔板11将衬套9与装置外壳14之间的空腔分为互不连通的第一腔体8、第二腔体12，第一腔体8所在的装置外壳14上开有进口腔，进口腔连接法兰形成整个装置的高压入口，第二腔体12所在的装置外壳14上开有出口腔，出口腔连接法兰形成整个装置的低压出口；衬套9内部设有主动螺杆10、从动螺杆13；主动螺杆10、从动螺杆13的螺旋齿相啮合，螺旋面之间相互接触，主动螺杆10一端依次从电磁轴承27、前端盖5、机封座4、机封盖3、轴承座2、轴承盖1的中间穿出，并与发电机通过键相连接，主动螺杆10的另一端连接电磁轴承d22和主动齿轮20；从动螺杆13靠近主动齿轮20的一端连接有从动齿轮19和电磁轴承c15，从动螺杆的另一端链接电磁轴承a6,；从动齿轮19与主动齿轮20互为相互啮合的一对齿轮；电磁轴承d22内部设有径向电磁轴承和推力电磁轴承。

如图2所示，径向电磁轴承上设有固定在螺杆透平上的转子21，在它的周围设有定子24,在定子24的圆周方向上间隔相同距离设置键槽，线圈23缠绕在定子24上。定子24包括定子铁芯，以及设置在定子铁芯上的轭部和齿部如图2(b)，作为另一个优选的实施例，圆弧形结构的齿部和轭部相连，如图2(a)，其中圆弧形的齿部的弧度为330度。在实施例中，四个电磁轴承的转子21部分实际为主动螺杆10或者从动螺杆13的两端部分。

如图3所示，推力电磁轴承上有两个定子和推力盘25，径向装配在轴上。

如图4所示，电磁轴承上定子缠绕的线圈与外部控制器连接，线圈通电后产生电磁场，通过控制器调整转子位置。

本发明提供的电磁轴承双螺杆液力透平，根据同性相斥的原理，利用线圈缠绕在定子上通电产生的相同磁性，通过控制器使透平转子稳定地悬浮在规定的位置上,使转子、定子以及承受轴向力的推力盘具有无接触、无摩擦磨损、无需润滑的特点,实现双螺杆液力透平高速高效、永不磨损的效果。

本发明的电磁轴承双螺杆液力透平，包括以下具体步骤：

电磁轴承定子上的线圈当有电流通过时，产生电场力和磁场力，将转子悬浮起来。当转子发生移动时，位移传感器就会检测到这个位移信号，然后通过位移信号转换器送到调节器中，得出的输出值再经过功率放大器放大后，调节各匝线圈的输出电流，使转子稳定在平衡位置。

本发明与普通油轴承双螺杆液力透平相比，克服了机械密封带来的缺陷，无需润滑，减少了透平在运转过程中的磨损，从而极大提高了电磁轴承双螺杆液力透平的使用寿命。

应理解上述施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种电磁轴承双螺杆液力透平，其特征在于，包括装置外壳(14)、主动螺杆(10)、从动螺杆(13)、电磁轴承、前端盖(5)、后端盖(16)、主动齿轮(20)、从动齿轮(19)和机封盖(3)；

所述装置外壳(14)一端连接后端盖(16)，所述装置外壳(14)另一端连接前端盖(5)内侧，所述前端盖(5)外侧连接轴承座(2)一侧，所述轴承座(2)内部设有机封盖(3)；

所述装置外壳(14)内部设有衬套(9)，所述装置外壳(14)内部焊接有隔板(11)并整体与衬套(9)过盈配合在一起，所述隔板(11)将衬套(9)与装置外壳(14)之间的空腔分为互不连通的第一腔体(8)、第二腔体(12)，所述第一腔体(8)所在的装置外壳(14)上开有进口腔，所述进口腔连接法兰形成整个装置的高压入口，所述第二腔体(12)所在的装置外壳(14)上开有出口腔，所述出口腔连接法兰形成整个装置的低压出口；

所述衬套(9)内部设有主动螺杆(10)、从动螺杆(13)；所述主动螺杆(10)、从动螺杆(13)的螺旋齿相啮合，螺旋面之间相互接触，所述衬套(9)分别与主动螺杆(10)、从动螺杆(13)之间存在最小间隙；

位于装置外壳(14)内的主动螺杆(10)和从动螺杆(13)的两侧均加工有电磁轴承；电磁轴承包括电磁轴承a(6)、电磁轴承b(7)、电磁轴承c(15)、电磁轴承d(22)；

所述主动螺杆(10)一端依次从电磁轴承b(7)、前端盖(5)、机封座(4)、机封盖(3)、轴承座(2)、轴承盖(1)的中间穿出，并与发电机通过键相连接，所述主动螺杆(10)的另一端连接电磁轴承d(22)和主动齿轮(20)；所述从动螺杆(13)靠近主动齿轮(20)的一端连接有从动齿轮(19)和电磁轴承c(15)，所述从动螺杆(13)的另一端连接电磁轴承a(6)；所述从动齿轮(19)与主动齿轮(20)互为相互啮合的一对齿轮；

所述电磁轴承a(6)、电磁轴承b(7)、电磁轴承c(15)、电磁轴承d(22)均是圆筒形的滑动轴承，其内部设有径向电磁轴承和推力电磁轴承，所述径向电磁轴承由固定在螺杆透平上的转子(21)和在它周围的定子(24)组成；所述推力电磁轴承由定子(24)和推力盘(25)组成，径向装配在轴上，每一个电磁轴承内部均设有一个推力电磁轴承和位于推力盘(25)两侧的径向电磁轴承；

所述径向电磁轴承中定子(24)上缠绕的线圈与控制器相连，通过位移信号调整输出电流的大小，以此来保证转子径向位置；所述推力电磁轴承的定子上缠绕的线圈与控制器相连，通过位移信号调整输出电流的大小，以此来保证转子轴向位置；

定子(24)包括定子铁芯，以及设置在定子铁芯上的轭部和齿部，圆弧形结构的齿部和轭部相连，其中圆弧形的齿部的弧度为330度；

所述径向电磁轴承中定子(24)上开有槽并缠绕着线圈(23)以提供磁力，四对电磁场磁极相同、磁力相斥；推力电磁轴承中两个定子充磁后磁极相同、磁力相斥；

电磁轴承定子(24)上的线圈(23)当有电流通过时，产生电场力和磁场力，将转子(21)悬浮起来；当转子(21)发生移动时，位移传感器就会检测到这个位移信号，然后通过位移信号转换器送到调节器中，得出的输出值再经过功率放大器放大后，调节各匝线圈(23)的输出电流，使转子(21)稳定在平衡位置。

2.根据权利要求1所述的电磁轴承双螺杆液力透平，其特征在于，所述衬套(9)内部设有内部流道。

3.根据权利要求1所述的电磁轴承双螺杆液力透平，其特征在于，所述后端盖(16)内部含有润滑油，用于内部主动齿轮(20)、从动齿轮(19)的润滑。

4.根据权利要求1所述的电磁轴承双螺杆液力透平，其特征在于，所述推力电磁轴承中定子(24)和推力盘(25)之间留有1mm的轴向间隙；径向电磁轴承中的定子(24)和转子(21)之间留有1mm的径向间隙。

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