CN110552960B - 一种推力轴承、转子系统及推力轴承的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种推力轴承、转子系统及推力轴承的控制方法，其中推力轴承包括：推力盘，推力盘固定连接于转轴上；以及，穿设于转轴上的第一定子和第二定子，第一定子和第二定子分别设置于推力盘的相对两侧，第一定子与推力盘之间具有第一间隙，第二定子与推力盘之间具有第二间隙；其中，第一定子包括磁轴承，磁轴承上沿周向设置有多个第一磁性部件，磁轴承能够控制推力盘在转轴的轴向方向上移动；第二定子与推力盘之间构成气体轴承。本发明通过在推力轴承的两侧分别设置磁轴承和气体轴承，从而使该推力轴承形成气磁混合推力轴承，由于气体轴承与磁轴承能够协同工作，能够改善推力轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性。

Description

一种推力轴承、转子系统及推力轴承的控制方法

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种推力轴承、转子系统及推力轴承的控制方法。

背景技术

燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及透平三大部件。空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，然后供给燃烧室与燃料混合燃烧，其产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功。转子高速转动时，转子会受到轴向方向的力。为了限制转轴发生轴向上的移动，转子系统中需要安装推力轴承。传统的推力轴承均为普通的接触式轴承，随着转子转速的提高，尤其是转子转速每分钟超过40000转时，普通的接触式轴承由于存在较大的机械磨损，已不能满足工作转速的需求，这就需要采用非接触式轴承替代接触式轴承。

现有技术中，非接触式轴承一般包括磁轴承和空气轴承。然而，磁轴承在长期开启时存在能耗太大以及发热等问题；而空气轴承在表面线速度接近或者超过音速时，会产生激波，从而导致轴承失稳，甚至产生撞轴等灾难性后果。可见，以上两种非接触式轴承均无法适用于高转速的燃气轮机或者燃气轮机发电联合机组。

可见，目前亟需提供一种新的推力轴承、转子系统及推力轴承的控制方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种推力轴承、转子系统及推力轴承的控制方法，以解决上述问题。

第一方面，本发明提供一种推力轴承，用于安装于转轴上，所述推力轴承包括：

推力盘，所述推力盘固定连接于所述转轴上；

以及，穿设于所述转轴上的第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子分别设置于所述推力盘的相对两侧，所述第一定子与所述推力盘之间具有第一间隙，所述第二定子与所述推力盘之间具有第二间隙；

其中，所述第一定子包括磁轴承，所述磁轴承上沿周向设置有多个第一磁性部件，所述磁轴承能够控制所述推力盘在所述转轴的轴向方向上移动；所述第二定子与所述推力盘之间构成气体轴承。

第二方面，本发明提供一种转子系统，包括转轴和第一方面所述的推力轴承。

第三方面，本发明提供一种推力轴承的控制方法，用于第二方面所述的转子系统，所述推力轴承的所述多个第一磁性部件为多个电磁铁，所述方法包括：

开启所述磁轴承，控制所述推力盘在所述多个第一磁性部件的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动，以使所述第一间隙与所述第二间隙的差值小于或者等于预定值；

所述转轴的转速加速至工作转速之后，关闭所述磁轴承；

所述转子系统停机时，开启所述磁轴承；

所述转轴的转速减速至零之后，关闭所述磁轴承。

第四方面，本发明提供一种推力轴承的控制方法，用于第二方面所述的转子系统，所述推力轴承的所述多个第一磁性部件为多个电磁铁，所述方法包括：

开启所述磁轴承，控制所述推力盘在所述多个第一磁性部件的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动，以使所述第一间隙与所述第二间隙的差值小于或者等于预定值；

所述转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭所述磁轴承；

所述转轴的转速减速至第二预设值时，开启所述磁轴承；

所述转轴的转速减速至零之后，关闭所述磁轴承。

本发明中，通过在推力轴承的一侧设置磁轴承，另一侧设置气体轴承，从而使该推力轴承形成气磁混合推力轴承。这样，由于气体轴承与磁轴承能够协同工作，本发明能够改善推力轴承，尤其在高速运转状态下的动态性能和稳定性，抗受扰动能力强，进而提高了推力轴承的承载能力。可见，本发明的推力轴承能够满足高转速的燃气轮机或者燃气轮机发电联合机组等的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种推力轴承的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种推力轴承的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的推力轴承中磁轴承的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的推力轴承中磁轴承座的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的推力轴承中第一箔片的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的推力轴承中动压发生槽的结构示意图之一；

图7是本发明实施例提供的推力轴承中动压发生槽的结构示意图之二；

图8是本发明实施例提供的推力轴承中动压发生槽的结构示意图之三；

图9是本发明实施例提供的推力轴承中动压发生槽的结构示意图之四；

图10至图30是本发明实施例提供的转子系统的结构示意图；

图31是本发明实施例提供的一种推力轴承的控制方法的流程示意图；

图32是本发明实施例提供的另一种推力轴承的控制方法的流程示意图；

图33至图40是本发明实施例提供的槽式气磁混合径向轴承的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，本发明实施例提供一种推力轴承，用于安装于转轴100上，推力轴承包括：

推力盘701，推力盘701固定连接于转轴100上；

以及，穿设于转轴100上的第一定子702和第二定子703，第一定子702和第二定子703分别设置于推力盘701的相对两侧，第一定子702与推力盘701之间具有第一间隙，第二定子703与推力盘701之间具有第二间隙；

其中，第一定子702包括磁轴承704，磁轴承704上沿周向设置有多个第一磁性部件，磁轴承704能够控制推力盘701在转轴100的轴向方向上移动；第二定子703与推力盘701之间构成气体轴承。

本发明实施例中，通过在第一定子702与推力盘701之间设置第一间隙，以及在第一定子702设置磁轴承704，使得该侧形成磁轴承；通过在第二定子703与推力盘701之间设置第二间隙，使得该侧形成气体轴承，从而使得推力轴承形成气磁混合推力轴承。

工作时，推力轴承中的磁轴承704与气体轴承能够协同工作，在推力轴承处于稳定的工作状态时，依靠气体轴承实现支承；而在推力轴承处于非稳定的工作状态时，依靠磁轴承704及时对推力轴承进行控制和响应。

可见，通过上述设置，本发明实施例能够改善推力轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性，抗受扰动能力强，进而提高了推力轴承的承载能力。在转轴100启动或停机时，动压气膜尚未建立或消失，用磁轴承704使推力盘701与定子在预定的间隙转动，提高了气体轴承的低速性能，减少推力盘701振动和冲击的负面影响，延长了推力轴承的使用寿命，提高了整个系统的可靠性。由于推力轴承的上述特性，本发明实施例的推力轴承能够满足高转速的燃气轮机或者燃气轮机发电联合机组等的需求。

本发明实施例中，将磁轴承704与气体轴承分别设置于推力盘701的两侧，相比于推力盘701两侧均为气磁混合轴承的情况来说，本发明实施例不仅可以达到相同的技术效果，还具有其它的优势。一方面，在设计加工磁轴承704时不用兼顾气体轴承对间隙的严格要求，在设计加工气体轴承时也无需兼顾磁轴承704的结构要求，因此，将磁轴承704和气体轴承分开设置，其结构更加简单，更易加工和制造。另一方面，只在一侧设置磁轴承704，其能耗低。此外，气体轴承和磁轴承704独立控制，互不影响，提高了轴承控制的可靠性。

本发明实施例中，推力盘701、第一定子702和第二定子703的外径可以相等，当本发明实施例的推力轴承应用于燃气轮机或者燃气轮机发电联合机组时，第一定子702和第二定子703可以通过连接件与燃气轮机的壳体连接。

可选的，推力盘701上设置有第二磁性部件，推力盘701能够在多个第一磁性部件和第二磁性部件之间的磁力作用下在转轴100的轴向方向上移动。第二磁性部件包括设置于推力盘701的面向第一定子702的端面上的磁性材料；其中，磁性材料在推力盘701上呈条状分布，而形成多个条状磁性部，多个条状磁性部呈辐射状或环状；或者，磁性材料在推力盘701上呈点状分布。

本发明实施例中，使磁性材料在推力盘701上呈条状分布或点状分布，可以将第一磁性部件与第二磁性部件之间产生的磁力控制在合理的范围。

可选的，磁轴承704包括：

磁轴承座7043，磁轴承座7043与推力盘701相对设置，磁轴承座7043上沿周向设置有多个容纳槽，多个第一磁性部件设置于多个容纳槽内，且多个第一磁性部件的磁极朝向推力盘701所在的一侧；

端盖707和压环709，端盖707设置于磁轴承座7043的远离推力盘701的一侧，压环709设置于磁轴承座7043的靠近推力盘701的一侧，端盖707与压环709配合，将多个第一磁性部件固定于磁轴承座7043上。

其中，由于硅钢片或矽钢片具有磁导率高、涡流损耗低等物理特性，本发明的优选实施例中，磁轴承座7043由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。容纳槽的数量可以为但不限于为六个或八个，沿磁轴承座7043的周向均匀设置。这样，能够使磁轴承704与推力盘701之间的磁力更加均匀、稳定。需要说明的是，多个第一磁性部件还可以采用其他方式设置于磁轴承座7043上，对此不进行限定。端盖707的材料可以为非磁性材料，优选硬铝材料。压环709的材料可以为非磁性材料，优选硬铝材料。

可选的，多个第一磁性部件包括多个永磁体，多个永磁体在磁轴承704上沿周向设置；或者，多个第一磁性部件包括多个电磁铁，多个电磁铁在磁轴承704上沿周向设置，多个电磁铁中的每个电磁铁包括设置于磁轴承704上的磁芯7041及缠绕于磁芯7041上的线圈7042。

本发明实施例中，当推力轴承仅需要第二磁性部件提供磁力而无需磁控时，第二磁性部件优选永磁体；当推力轴承同时需要第二磁性部件提供磁力和磁控时，第二磁性部件优选电磁铁。

当第二磁性部件为电磁铁时，往线圈7042通入电流，即可以使磁芯7041产生磁力。往线圈7042通入电流的大小不同，磁芯7041产生的磁力大小也不同；往线圈7042通入电流的方向不同，磁芯7041的磁极也不同。

其中，由于硅钢片或矽钢片具有磁导率高、涡流损耗低等物理特性，本发明的优选实施例中，磁芯7041由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。

可选的，第一定子702设置有传感器7081，传感器7081包括传感器盖和传感器探头，传感器探头的第一端连接传感器盖，传感器盖固定于磁轴承704上，传感器探头的第二端穿过磁轴承704并伸至第一间隙；和/或，

第二定子703设置有传感器7081，传感器7081包括传感器盖和传感器探头，传感器探头的第一端连接传感器盖，传感器盖固定于第二定子703上，传感器探头的第二端穿过第二定子703并伸至第二间隙。

本发明实施例中，通过设置传感器，能够实时检测第一间隙或第二间隙处的参数，例如气膜压力等。这样，磁轴承704可以根据传感器的检测结果对推力轴承进行主动控制，并能够使控制达到较高的精度。

可选的，在推力轴承的气磁混合轴承为槽式气磁混合轴承的情况下，磁轴承704上设有用于供传感器探头穿过的通孔7082；传感器探头的第二端穿过磁轴承704上的通孔7082，且传感器探头的第二端端部与磁轴承704的靠近推力盘701的一侧平齐。

这样，通过上述传感器7081的结构形式和安装方式，能够使传感器7081更稳定地设置于磁轴承704上。此外，将传感器探头的第二端端部与磁轴承704的靠近推力盘701的一侧平齐设置，一方面，能够避免传感器探头受到推力盘701的碰触，从而有利于保护传感器探头；另一方面，不会对第一间隙内的气膜产生影响，避免第一间隙内的气膜发生扰动。

可选的，传感器7081设置于相邻的两个第二磁性部件之间。

可选的，在推力轴承的气磁混合轴承为箔片式气磁混合轴承的情况下，磁轴承704和箔片轴承705上设有用于供传感器探头穿过的通孔7082；传感器探头的第二端穿过磁轴承704和箔片轴承705上的通孔7082，且传感器探头的第二端端部与箔片轴承705的靠近推力盘701的一侧平齐。

这样，通过上述传感器7081的结构形式和安装方式，能够使传感器7081更稳定地设置于磁轴承704上。此外，将传感器探头的第二端端部与箔片轴承705的靠近推力盘701的一侧平齐，一方面，能够避免传感器探头受到推力盘701的碰触，从而有利于保护传感器探头；另一方面，不会对第一间隙内的气膜产生影响，避免第一间隙内的气膜发生扰动。

可选的，第二定子703上设有用于供传感器探头穿过的通孔；传感器探头的第二端穿过第二定子703上的通孔，且传感器探头的第二端端部与第二定子703的靠近推力盘701的一侧平齐。

这样，通过上述传感器7081的结构形式和安装方式，能够使传感器7081更稳定地设置于第二定子703上。此外，将传感器探头的第二端端部与第二定子703的靠近推力盘701的一侧平齐设置，一方面，能够避免传感器探头受到推力盘701的碰触，从而有利于保护传感器探头；另一方面，不会对第二间隙内的气膜产生影响，避免第二间隙内的气膜发生扰动。

可选的，第一定子702设置的传感器7081为以下任意一种或多种的组合：

用于检测推力盘701位置的位移传感器；

用于检测第一间隙处的气膜压力的压力传感器；

用于检测推力盘701转速的速度传感器；

用于检测推力盘701旋转加速度的加速度传感器。

可选的，第二定子703设置的传感器7081为以下任意一种或多种的组合：

用于检测推力盘701位置的位移传感器；

用于检测第二间隙处的气膜压力的压力传感器；

用于检测推力盘701转速的速度传感器；

用于检测推力盘701旋转加速度的加速度传感器。

本发明实施例中，推力轴承的磁轴承的一侧可以为上述结构形式的纯磁轴承，也可以为气磁混合轴承。而该气磁混合轴承可以是包括上述磁轴承的槽式气磁混合轴承，还可以是包括上述磁轴承的箔片式气磁混合轴承，下面对于气磁混合轴承的各种实施方式进行一一描述。

一方面，以推力轴承的气磁混合轴承为包括上述磁轴承的槽式气磁混合轴承为例，如图1所示，推力盘701的面向第一定子702的端面，或第一定子702的面向推力盘701的端面上设置有第一动压发生槽。

该实施方式中，当推力盘701旋转时，存在于第一间隙的流动气体被压入第一动压发生槽内，从而产生压力，以实现推力盘701沿轴向方向被非接触地保持。其中，第一动压发生槽产生压力的大小随动压发生槽的角度、槽宽、槽长、槽深、槽数以及平面度的不同而变化。此外，第一动压发生槽产生压力的大小也和推力盘701的旋转速度以及第一间隙有关。可以根据实际工况对第一动压发生槽的参数进行设计。第一动压发生槽可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压等方式形成于第一定子702上，或者，第一动压发生槽可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压等方式形成于推力盘701上。

本发明实施例中，可以在压环709上设置第一动压发生槽，为便于第一动压发生槽的加工，压环709可以由不锈钢材料制成。

可选的，如图6至图9所示，第一动压发生槽呈辐射状或同心圆状排布，这样，有利于使气膜更均匀地分布于第一间隙内。

可选的，第一动压发生槽包括第一螺旋槽和第二螺旋槽，第一螺旋槽环绕于第二螺旋槽外，第一螺旋槽和第二螺旋槽的螺旋走向相反，第一螺旋槽的靠近第二螺旋槽的一端与第二螺旋槽的靠近第一螺旋槽的一端连接或断开。

其中，第一螺旋槽的靠近第二螺旋槽的一端至转轴100的轴心的距离等于第一螺旋槽的靠近第二螺旋槽的一端至第一定子702或推力盘701的外周边缘的距离。或者，第二螺旋槽的靠近第一螺旋槽的一端至转轴100的轴心的距离等于第二螺旋槽的靠近第一螺旋槽的一端至第一定子702或推力盘701的外周边缘的距离。

本发明实施例中，通过采用上述第一动压发生槽的设置方式，能够在转轴100正向旋转或者反向旋转的情况下，推力盘701都能以期望的方式非接触式地保持，从而使转轴100具有负载能力高及稳定性好的优点。

可选的，第一定子702设置有静压进气节流孔710，静压进气节流孔710的一端与第一间隙相通，另一端连接外部压力气源，用于将外部压力气源输送至第一间隙内。

本发明实施例中，在推力轴承的第一定子702侧为槽式气磁混合轴承的基础上，通过设置上述静压进气节流孔710，可以在该侧形成气体静压轴承，从而在该侧形成槽式气体动静压-磁混合轴承。其中，静压进气节流孔710的流通直径可以根据气量需求等实际工况进行调节。

通过上述设置，由于同时设置有磁轴承704和气体静压轴承，推力轴承的承载力进一步加大。并且，磁轴承704和气体静压轴承可以相互备用，在其中一方故障、失效或者无法满足开启条件的情况下，另一方可作为备用轴承起到相同的作用；例如，在检测到磁轴承704故障的情况，控制系统控制气体静压轴承开启以替代磁轴承704执行相应的动作，从而提高推力轴承的安全性和可靠性。

可选的，第一定子702设置有多个静压进气节流孔710，且多个静压进气节流孔710沿第一定子702的周向间隔设置。这样，有利于使第一间隙内的气膜压力更加均匀。优选的，多个静压进气节流孔710沿第一定子702的周向均匀间隔设置。

可选的，静压进气节流孔710至转轴100的轴心的距离大于或者等于静压进气节流孔710至第一定子702的外周边缘的距离。

通过上述设置，可以使推力轴承的第一定子702侧的气体静压轴承更加稳定，如果静压进气节流孔710过于靠近转轴100的轴心，则无法及时有效地使气膜布满整个推力盘701的朝向第一定子702的端面，使推力盘701的旋转不够稳定。优选的，静压进气节流孔710至转轴100的轴心的距离等于静压进气节流孔710至第一定子702的外周边缘的距离。

另一方面，以推力轴承的气磁混合轴承为包含上述磁轴承的箔片式气磁混合轴承为例，如图2所示，第一定子702还包括箔片轴承705，箔片轴承705设置于磁轴承704与推力盘701之间，并与推力盘701之间具有第一间隙，箔片轴承705设置有第三磁性部件，箔片轴承705能够在多个第一磁性部件和第三磁性部件之间的磁力作用下在转轴100的轴向方向上移动，以使推力盘701在转轴100的轴向方向上移动。

可选的，箔片轴承705包括：

与磁轴承704固定连接的箔片轴承座；

以及，设置于箔片轴承座上的第一箔片7052和第二箔片7051，第一箔片7052安装于箔片轴承座上，第二箔片7051叠设于第一箔片7052的靠近推力盘701的一侧；

其中，第二箔片7051为平箔片，第三磁性部件设置于第二箔片7051上，以使第二箔片7051能够在多个第一磁性部件和第三磁性部件的磁力作用下在转轴100的轴向方向上移动；第一箔片7052为能够在第二箔片7051移动时发生弹性变形的弹性变形箔片。

其中，箔片轴承座的材料为非磁性材料，优选硬铝材料。图2中的压环709可以作为箔片轴承座。第一箔片7052为弹性变形箔片，考虑到导磁材料的材质较硬且脆，不宜作为弹性变形箔片，因此，第一箔片7052优选不导磁的不锈钢带。

这样，通过将第二箔片7051设置为平箔片，便于控制第二箔片7051与推力盘701之间的距离，或者说，便于控制第一间隙的大小；第一箔片7052采用能够弹性变形的箔片，一方面起到连接第二箔片7051和箔片轴承座的作用，另一方面可以实现第二箔片7051相对于箔片轴承座可沿转轴100的轴向移动的目的。

可选的，第一箔片7052为呈波浪状的弹性变形箔片，且第一箔片7052为不封闭的环形，其上设有一开口，开口的一端为固定端，固定端固定于箔片轴承座上，开口的另一端为活动端；

其中，第二箔片7051在转轴100的轴向方向上移动时，第一箔片7052上的波浪纹伸展或收缩，活动端沿环形的周向移动。

这样，通过将第一箔片7052设置为呈波浪状的弹性变形箔片，便于利用波浪纹的伸展或收缩特性，推动第二箔片7051在转轴100的轴向方向上移动。

需要说明的是，该实施方式中的第一箔片7052的形状并不局限于波浪状，其它能够产生弹性变形的形状均可以适用于该实施方式中的第一箔片7052。

可选的，第三磁性部件包括设置于第二箔片7051的靠近磁轴承704的一侧表面上的磁性材料；

其中，磁性材料在第二箔片7051上呈条状分布，而形成多个条状磁性部，多个条状磁性部呈辐射状或环状；

或者，磁性材料在第二箔片7051上呈点状分布。

其中，第二箔片7051的材料优选非导磁材料，在第二箔片7051的表面遮喷磁性材料后，可以用陶瓷涂层覆盖磁性材料。第二箔片7051可以通过使用40％的氧化锆、30％的α氧化铝和30％的铝酸镁尖晶石的陶瓷纳米微粉烧结制成。

若第二箔片7051的表面完全覆盖磁性材料，则会大幅增加磁性材料与第一磁性部件之间产生的磁力，这样容易导致第二箔片7051发生变形。鉴于此，该实施方式中，通过在第二箔片7051的表面遮喷磁性材料，使磁性材料在第二箔片7051上呈条状分布或点状分布，可以将磁性材料与第一磁性部件之间产生的磁力控制在合理的范围，从而避免第二箔片7051因过大的磁力而发生变形。

本发明实施例中，推力轴承的第二定子703侧为气体轴承，可以是气体动压轴承，也可以是气体静压轴承，还可以是气体动静压轴承。

一方面，以推力轴承的气体轴承为气体动压轴承为例，如图6至图9所示，推力盘701的朝向第二定子703的端面，或者，第二定子703的朝向推力盘701的端面设置有第二动压发生槽。

该实施方式中，当推力盘701旋转时，存在于第二间隙的流动气体被压入第二动压发生槽内，从而产生压力，以实现推力盘701沿轴向方向被非接触地保持。其中，第二动压发生槽产生压力的大小随动压发生槽的角度、槽宽、槽长、槽深、槽数以及平面度的不同而变化。此外，第二动压发生槽产生压力的大小也和推力盘701的旋转速度以及第二间隙有关。可以根据实际工况对第二动压发生槽的参数进行设计。第二动压发生槽可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压等方式形成于第二定子703上。

本发明实施例中，第一动压发生槽的其它结构及设置方式同样可适用于第二动压发生槽，且具有相同的技术效果，为避免重复，对此不作赘述。

另一方面，以推力轴承的气体轴承为气体静压轴承为例，第二定子703设置有静压进气节流孔710，静压进气节流孔710的一端与第二间隙相通，另一端连接外部压力气源，用于将外部压力气源输送至第二间隙内。

其中，静压进气节流孔710的流通直径可以根据气量需求等实际工况进行调节。

可选的，第二定子703设置有多个静压进气节流孔710，且多个静压进气节流孔710沿第二定子703的周向间隔设置。这样，有利于使第二间隙内的气膜压力更加均匀。优选的，多个静压进气节流孔710沿第二定子703的周向均匀间隔设置。

可选的，静压进气节流孔710至转轴100的轴心的距离大于或者等于静压进气节流孔710至第二定子703的外周边缘的距离。

通过上述设置，可以使推力轴承的第二定子703侧的气体静压轴承更加稳定，如果静压进气节流孔710过于靠近转轴100的轴心，则无法及时有效地使气膜布满整个推力盘701的朝向第二定子703的端面，使推力盘701的旋转不够稳定。优选的，静压进气节流孔710至转轴100的轴心的距离等于静压进气节流孔710至第二定子703的外周边缘的距离。

另一方面，以推力轴承的气体轴承为气体动静压轴承为例，推力盘701的朝向第二定子703的端面，或者第二定子703的朝向推力盘701的端面设置有第二动压发生槽，且第二定子703设置有静压进气节流孔710，静压进气节流孔710的一端与第二间隙相通，另一端连接外部压力气源，用于将外部压力气源输送至第二间隙内。

可选的，第二定子703的朝向转轴100的内周面，或转轴100的朝向第二定子703的外周面，设置有第三动压发生槽；和/或，

第二定子703的朝向转轴100的内周面，或转轴100的朝向第二定子703的外周面，设置有第四动压发生槽。

这样，在转轴100转动时，在第一定子702与转轴100之间的间隙内将形成动压气体，和/或，在第二定子703与转轴100之间的间隙内将形成动压气体，以实现推力轴承在径向方向上的承载力，从而使得本发明实施例中的推力轴承同时具有径向轴承的功能，进一步改善推力轴承，尤其在高速运转状态下的动态性能和稳定性。

本发明实施例的推力轴承可以应用于以下多种转子系统。

在一些实施例中，推力轴承可以应用于以下结构的转子系统：

转轴的轴体为一体结构，转轴水平设置或竖向设置；

转轴上依次设置有电机、压气机和透平；

转轴上还设置有至少两个径向轴承，至少两个径向轴承均为非接触式的轴承；

其中，推力轴承设置于透平的靠近压气机的一侧的预设位置上，预设位置为能够使转子系统的重心位于至少两个径向轴承中相距最远的两个径向轴承之间的位置。

本发明实施例中，转轴的轴体为一体结构，可以理解为，转轴的轴体为一整根轴，或者，转轴的轴体通过多个轴段刚性连接而成。由于转轴的轴体为一体结构，转轴上各处轴体的强度具有一致性，这使得推力轴承在转轴上的设置位置不受限制。

进一步的，为了使整个转子系统在高速旋转时也能保持结构稳定，整个转子系统的重心应位于上述至少两个径向轴承中相距最远的两个径向轴承之间。这样，整个转子系统形成纺锤体结构，区别于传统的悬臂式结构，本发明实施例提高了整个转子系统的稳定性。由于推力轴承在转轴的设置位置不受限制，因此，本发明实施例中，可以根据上述至少两个径向轴承的径向轴承的设置数量、每个径向轴承的设置位置以及整个转子系统中各部件的质量(包括推力轴承自身的质量)等参数对推力轴承的设置位置进行灵活地调整，以使整个转子系统的重心位于相距最远的两个径向轴承之间之间，优选的，整个转子系统的重心位于压气机上。

本发明实施例中，当转轴水平设置时，本发明实施例的转子系统为水平转子系统。当转轴竖向设置时，本发明实施例的转子系统为立式转子系统。下面以水平转子系统(即转轴水平设置)为例，进行具体说明。

如图10至图12所示，转子系统包括：

转轴100，转轴100的轴体为一体结构，转轴100水平设置；

依次设置于转轴100上的电机200、压气机300和透平400；

以及，设置于转轴100上的推力轴承500、第一径向轴承600和第二径向轴承700，第一径向轴承600设置于电机200的远离压气机300的一侧，第二径向轴承700设置于压气机300和透平400之间。

推力轴承500设置于第一径向轴承600与电机200之间，如图10所示；或者，推力轴承500设置于第一径向轴承600的远离电机200的一侧，如图11所示；或者，推力轴承500设置于电机200与压气机300之间，如图12所示。

其中，当透平400的质量较大时，例如透平400的材质为金属材料，为了使整个转子系统的重心位于第一径向轴承600与第二径向轴承700之间，可以采用图10或图11所示的实施方式。

而当透平400的质量较小时，例如透平400的材质为陶瓷材料或陶瓷纤维复合材料等，为了使整个转子系统的重心位于第一径向轴承600与第二径向轴承700之间，可以采用图12所示的实施方式。

需要说明的是，对于图12所示的实施方式，由于推力轴承500设置于电机200与压气机300之间，为了避免推力轴承500的推力盘挡住压气机300的进气口，图12所示的实施方式适用于推力盘直径较小的推力轴承500。

本发明实施例中，第一径向轴承600可以采用气磁混合径向轴承或气体动静压混合径向轴承。第二径向轴承700由于靠近透平400，考虑到磁轴承中的磁性部件无法耐受透平400传来的高温，第二径向轴承700可以采用气体动静压混合径向轴承。

作为另一种实施方式，第二径向轴承700也可以采用气磁混合径向轴承，该方式下，第二径向轴承700的磁性部件设置于第二径向轴承700上的远离透平400的区域。也就是说，第二径向轴承700上的靠近透平400的区域不设置磁性部件。

为保护第二径向轴承700上的磁性部件，可以通过减少透平400辐射至第二径向轴承700上的热能的方式实现。具体的，透平400上靠近第二径向轴承700的一侧设置有隔热层(图中未示出)。这里，隔热层的材料可以是气凝胶或隔热性能良好的其它材料。

图13至图15分别示出了图10至图12中第二径向轴承700上的远离透平400的区域设置磁性部件的示意图。

压气机300可以为离心压气机300，透平400涡轮可以为离心式涡轮；电机200可以为动压轴承电机，转轴100对应电机200的轴承的部位可以设置有第五动压发生槽201。

如图16至图19所示，转子系统包括：

转轴100，转轴100的轴体为一体结构，转轴100水平设置；

依次设置于转轴100上的电机200、压气机300和透平400；

以及，设置于转轴100上的推力轴承500、第一径向轴承600、第二径向轴承700和第三径向轴承800，第一径向轴承600设置于电机200的远离压气机300的一侧，第二径向轴承700设置于压气机300和透平400之间，第三径向轴承800设置于电机200与压气机300之间。

推力轴承500设置于第一径向轴承600与电机200之间，如图16所示；或者，推力轴承500设置于第一径向轴承600的远离电机200的一侧，如图17所示；或者，推力轴承500设置于电机200与压气机300之间，如图18或图19所示。

由于增加了第三径向轴承800，推力轴承500设置于电机200与压气机300之间时，推力轴承500既可以设置于电机200与第三径向轴承800之间，如图18所示；推力轴承500又可以设置于第三径向轴承800与压气机300之间，如图19所示。

通过在电机200与压气机300之间增加了第三径向轴承800，能够进一步提高整个转子系统的稳定性。

作为另一种实施方式，第二径向轴承700也可以采用气磁混合径向轴承，该方式下，第二径向轴承700的磁性部件设置于第二径向轴承700上的远离透平400的区域。也就是说，第二径向轴承700上的靠近透平400的区域不设置磁性部件。

为保护第二径向轴承700上的磁性部件，可以通过减少透平400辐射至第二径向轴承700上的热能的方式实现。具体的，透平400上靠近第二径向轴承700的一侧设置有隔热层(图中未示出)。这里，隔热层可以是气凝胶或其它材料。

图20至图23分别示出了图16至图19中第二径向轴承700上的远离透平400的区域设置磁性部件的示意图。

如图24所示，转子系统包括：

转轴100，转轴100的轴体为一体结构，转轴100水平设置；

依次设置于转轴100上的电机200、压气机300和透平400；

以及，设置于转轴100上的推力轴承500、第一径向轴承600、第二径向轴承700和第四径向轴承900，第一径向轴承600设置于电机200的远离压气机300的一侧，第二径向轴承700设置于压气机300和透平400之间，第四径向轴承900设置于透平400的远离压气机300的一侧，推力轴承500设置于压气机300与第二径向轴承700之间。

本发明实施例可以适用于电机200质量过大的情况，当电机200的质量过大时，为保持转子系统的稳定性，转子系统的两端均需要设置径向轴承(即第一径向轴承600和第四径向轴承900)，同时推力轴承500需要朝透平400的一侧移动。

考虑到透平400的温度较高，推力轴承500中的磁轴承中的磁性部件无法耐受透平400传来的高温，推力轴承500可以设置于压气机300与第二径向轴承700之间。相应的，第二径向轴承700可以采用气体动静压混合径向轴承。

一般的，透平400上靠近第四径向轴承900一侧的温度高于透平400上靠近第二径向轴承700一侧的温度，因此，第四径向轴承900优选采用气体动静压混合径向轴承。

作为另一种实施方式，第二径向轴承700也可以采用气磁混合径向轴承，该方式下，第二径向轴承700的磁性部件设置于第二径向轴承700上的远离透平400的区域。也就是说，第二径向轴承700上的靠近透平400的区域不设置磁性部件。

为保护第二径向轴承700上的磁性部件，可以通过减少透平400辐射至第二径向轴承700上的热能的方式实现。具体的，透平400上靠近第二径向轴承700的一侧设置有隔热层(图中未示出)。这里，隔热层可以是气凝胶或其它材料。

图25示出了图24中第二径向轴承700上的远离透平400的区域设置磁性部件的示意图。

需要说明的是，当电机200的质量并不太大时，推力轴承500可以设置于第一径向轴承600与电机200之间；或者，推力轴承500可以设置于第一径向轴承600的远离电机200的一侧；或者，推力轴承500可以设置于电机200与压气机300之间。由于容易理解，对此不作具体描述。

如图26所示，转子系统包括：

转轴100，转轴100的轴体为一体结构，转轴100水平设置；

依次设置于转轴100上的电机200、压气机300和透平400；

以及，设置于转轴100上的推力轴承500、第一径向轴承600、第二径向轴承700、第三径向轴承800和第四径向轴承900，第一径向轴承600设置于电机200的远离压气机300的一侧，第二径向轴承700设置于压气机300和透平400之间，第三径向轴承800设置于电机200与压气机300之间，第四径向轴承900设置于透平400的远离压气机300的一侧，推力轴承500设置于压气机300与第二径向轴承700之间。

在电机200与压气机300之间增加第三径向轴承800，可以进一步提高整个转子系统的稳定性。

本发明实施例中，第二径向轴承700和第四径向轴承900均可以采用气体动静压混合径向轴承。

作为另一种实施方式，第二径向轴承700也可以采用气磁混合径向轴承，该方式下，第二径向轴承700的磁性部件设置于第二径向轴承700上的远离透平400的区域。也就是说，第二径向轴承700上的靠近透平400的区域不设置磁性部件。

为保护第二径向轴承700上的磁性部件，可以通过减少透平400辐射至第二径向轴承700上的热能的方式实现。具体的，透平400上靠近第二径向轴承700的一侧设置有隔热层(图中未示出)。这里，隔热层可以是气凝胶或其它材料。

图27示出了图26中第二径向轴承700上的远离透平400的区域设置磁性部件的示意图。

将图10至图27中示出的水平转子系统中的转轴竖向设置，即可形成相应的立式转子系统，为避免重复，本发明实施例对此不作赘述。立式转子系统除了能够达到与水平转子系统相同的技术效果，由于转子系统立式设置，所有部件的重心向下，还能够避免因转子系统水平设置而导致的悬臂轴式结构所带来的问题。

在一些实施例中，推力轴承还可以应用于以下结构的转子系统：

转轴的轴体为一体结构，转轴水平设置或竖向设置；

转轴上设置有电机、压气机、透平和两个径向轴承，两个径向轴承均为非接触式轴承；

转子系统还包括第一机匣和第二机匣，第一机匣与第二机匣连接；

其中，发电机、推力轴承和两个径向轴承均设置于第一机匣内，压气机和透平均设置于第二机匣内，压气机的叶轮与透平的叶轮在第二机匣内相靠设置。

本发明实施例中，通过将压气机的叶轮与透平的叶轮相靠设置，使得第一机匣内的轴向长度缩短，从而能够进一步提高整个转子系统的稳定性。

本发明实施例中，第一机匣和第二机匣可以通过止口(图中未示出)定位并连接，其中，推力轴承和所有的径向轴承可以全部设置在第一机匣(可以理解为发电机机匣)内，而第二机匣(可以理解为燃气轮机机匣)内无需设置轴承。这样，只需保证第一机匣内用于设置轴承定子的部位的加工精度即可，在装配时第一机匣内用于连接轴承定子的部位通过一次装卡加工即可完成，可见，本发明降低了燃气轮机发电机组的加工精度和装配精度，降低了成本，适合工程化批量生产。

如图28至图30所示，转子系统包括：

转轴100，转轴100的轴体为一体结构，转轴100水平设置；

设置于转轴100上的电机200、压气机300、透平400、推力轴承500、第一径向轴承600和第二径向轴承700，第一径向轴承600和第二径向轴承700均为非接触式轴承；

以及第一机匣801和第二机匣901，第一机匣801与第二机匣901连接，其中，电机200、推力轴承500、第一径向轴承600和第二径向轴承700均设置于第一机匣801内，压气机300和透平400均设置于第二机匣901内；压气机300的叶轮与透平400的叶轮在第二机匣901内相靠设置。

第一径向轴承600设置于电机200的远离第二机匣901的一侧，第二径向轴承700设置于电机200的靠近第二机匣901的一侧。

推力轴承500设置于第一径向轴承600与电机200之间，如图29所示；或者，推力轴承500设置于电机200与第二径向轴承700之间，如图30所示；或者，推力轴承500设置于第二径向轴承700的靠近第二机匣901的一侧，如图31所示。

需要说明的是，对于图31所示的实施方式，由于推力轴承500设置于第二径向轴承700的靠近第二机匣901的一侧，也就是说，推力轴承500设置于靠近第二机匣901内的压气机的位置，为了避免推力轴承500的推力盘挡住压气机300的进气口，图31所示的实施方式适用于推力盘直径较小的推力轴承500。

可选的，第二径向轴承700的承载力大于第一径向轴承600的承载力。

本发明实施例中，一般的，电机200和推力轴承500的重量均较大，整个转子系统的重心会偏向于第一径向轴承600一侧。鉴于此，提高第二径向轴承700的承载力有助于提高整个转子系统的稳定性。

本发明实施例中，压气机300可以为离心压气机300，透平400的涡轮可以为离心式涡轮；电机200的轴承可以为流体动压轴承，转轴100对应电机200的轴承的部位可以设置有第五动压发生槽201。

将图28至图30中示出的转子系统中的转轴竖向设置，即可形成相应的立式转子系统，为避免重复，本发明实施例对此不作赘述。

需要说明的是，图10至图30中示出的推力轴承500即为本发明实施例中的推力轴承。

本发明实施例还提供一种包括上述任一种转子系统的燃气轮机发电机组，下面就燃气轮机发电机组的工作过程进行具体说明。

如前所示，本发明实施例中的推力轴承采用气磁混合推力轴承，径向轴承可以采用气磁混合推力轴承或气体动静压混合径向轴承。为了便于描述，我们将不需要转轴100转动就能起到润滑作用的轴承定义为静压轴承，转轴100转动到一定速度时才能工作的轴承定义为动压轴承。依此逻辑，气磁混合推力轴承中的磁轴承和气体静压轴承，以及气体动静压混合径向轴承中的气体静压轴承均可以称为静压轴承；而气磁混合推力轴承中的气体动压轴承，以及气体动静压混合径向轴承中的气体动压轴承均可以称为动压轴承。

本发明实施例提供一种燃气轮机发电机组的控制方法，包括：

S21、开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承，以使转轴移动至预设径向位置，使推力轴承的推力盘移动至预设轴向位置。

其中，开启静压轴承包括：开启轴承中的磁轴承，和/或，向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S22、启动燃气轮机发电机组，空气经压气机压缩后进入燃烧室和燃烧室内的燃料混合燃烧；燃烧室排出的高温高压气体对透平的涡轮进行冲击，使涡轮旋转，涡轮通过转轴带动电机旋转发电。

以下以电机为启发一体式电机为例，对燃气轮机发电机组的启动过程进行具体描述。

燃气轮机控制器(Electronic Control Unit，简称ECU)接收到启动信号后，对电机功率控制器(Data Processing Center，简称DPC)发送电机驱动模式指令；DPC切换到电机驱动模式，DPC将燃气轮机内置电池的直流电进行变频，驱动电机工作，电机带动燃气轮机提升转速。

待燃气轮机的转速提升至点火转速后，打开燃料阀，进入点火程序。空气由进气道进入压气机进行压缩后进入回热器并被来自涡轮排出的高温气体预热，预热后的压缩空气进入燃烧室与燃料混合并燃烧，燃烧室充分燃烧后的高温高压气体进入透平对涡轮进行冲击，使透平涡轮旋转，涡轮排气进入回热器对进入燃烧室前的冷压缩空气预加热后由尾气管排出，由于透平与压气机和电机通过转轴连接，透平涡轮旋转带动压气机一起旋转至自持速度。

燃气轮机到达自持转速后，DPC挂起，电机空转继续增加油门，涡轮继续提升功率，使转速提升至工作转速。ECU对DPC发送发电机模式指令；DPC切换到发电机模式，并将电机输出的交流电通过整流变压后输出用户所需电压电流。

其中，压气机为离心式压气机，该离心式压气机包括动叶和沿周向布置的静叶，静叶为扩压器。这样，空气由进气道进入压气机进行压缩的具体过程可以为：空气进入离心式压气机的动叶被压缩后，进入沿周向布置的扩压器(即静叶)继续被压缩。

其中，透平涡轮为离心式涡轮，该离心式涡轮设置有动叶。燃烧室出口沿周向布置有静叶，该静叶为喷嘴。这样，燃烧室充分燃烧后的高温高压气体进入透平做功，使透平涡轮旋转的具体过程可以为：燃烧室充分燃烧后的高温高压气体通过在燃烧室出口沿周向布置的喷嘴(即静叶)进行膨胀加速后，对涡轮的动叶进行冲击，使涡轮旋转。

S23、转轴的转速加速至工作转速之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

其中，关闭静压轴承包括：关闭轴承中的磁轴承，和/或，停止向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S24、燃气轮机发电机组停机时，开启径向轴承中的静压轴承和推力轴承中的静压轴承。

S25、转轴的转速减速至零之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

在上述过程中，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承一直开启至转轴的转速达到工作转速。

燃气轮机发电机组停机时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承一直开启至转轴的转速为零。

本发明实施例提供另一种燃气轮机发电机组的控制方法，包括：

S31、开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承，以使转轴移动至预设径向位置，使推力轴承的推力盘移动至预设轴向位置。

其中，开启静压轴承包括：开启轴承中的磁轴承，和/或，向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S32、启动燃气轮机发电机组，空气经压气机压缩后进入燃烧室和燃烧室内的燃料混合燃烧；燃烧室排出的高温高压气体对透平的涡轮进行冲击，使涡轮旋转，涡轮通过转轴带动电机旋转发电。

S33、转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

其中，第一预设值可以是额定转速的5％至30％。

其中，关闭静压轴承，包括：关闭轴承中的磁轴承，和/或，停止向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S34、转子系统加速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S35、转子系统平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S36、燃气轮机发电机组停机过程中，当转子系统减速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S37、转子系统平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S38、转轴的转速减速至第二预设值时，开启径向轴承中的静压轴承和推力轴承中的静压轴承。

其中，第二预设值可以等于第一预设值，也可以不等于第一预设值，第二预设值可以是额定转速的5％至30％。

S39、转轴的转速减速至零之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

在上述过程中，燃气轮机发电机组启动之前，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承开启。这样，转轴在径向轴承的静压轴承的作用下，被托起至预设径向位置；推力盘在推力轴承的静压轴承的作用下，被推动至预设轴向位置。

燃气轮机发电机组启动之后，转轴的转速逐渐增大，当转轴的转速达到第一预设值时，例如额定转速的5％至30％时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承停止工作。当转轴的转速达到一阶临界速度或二阶临界速度时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承重新开启。在转轴的转速平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承再次停止工作。

燃气轮机发电机组停机过程中，转轴的转速逐渐下降，当转轴的转速达到二阶临界速度或一阶临界速度时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承再次开启。在转轴的转速平稳度过二阶临界速度或一阶临界速度之后，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承再次停止工作。当转轴的转速下降至预定值时，例如额定转速的5％至30％时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承再次开启直至转速降为零之后，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承再次停止工作。

下面基于上述燃气轮机发电机组的控制方法，对转子系统的控制方法进行具体说明。

本发明实施例提供一种转子系统的控制方法，包括：

S101、开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承，以使转轴移动至预设径向位置，使推力轴承的推力盘移动至预设轴向位置。

其中，开启静压轴承包括：开启轴承中的磁轴承，和/或，向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S102、转轴的转速加速至工作转速之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

其中，关闭静压轴承包括：关闭轴承中的磁轴承，和/或，停止向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S103、转子系统停机时，开启径向轴承中的静压轴承和推力轴承中的静压轴承。

S104、转轴的转速减速至零之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

在上述过程中，转子系统启动之前，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承开启。这样，转轴在径向轴承的静压轴承的作用下，被托起至预设径向位置；推力盘在推力轴承的静压轴承的作用下，被推动至预设轴向位置。径向轴承和推力轴承中的静压轴承一直开启至转轴的转速达到工作转速。

转子系统停机时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承一直开启至转轴的转速为零。

本发明实施例提供另一种转子系统的控制方法，包括：

S201、开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承，以使转轴移动至预设径向位置，使推力轴承的推力盘移动至预设轴向位置。

其中，开启静压轴承，包括：开启轴承中的磁轴承，和/或，向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S202、转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

其中，第一预设值可以是额定转速的5％至30％。

其中，关闭静压轴承，包括：关闭轴承中的磁轴承，和/或，停止向轴承中的静压进气节流孔输送气体。

S203、转子系统加速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S204、转子系统平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S205、转子系统减速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S206、转子系统平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

S207、转轴的转速减速至第二预设值时，开启径向轴承中的静压轴承和推力轴承中的静压轴承。

其中，第二预设值可以等于第一预设值，也可以不等于第一预设值，第二预设值可以是额定转速的5％至30％。

S208、转轴的转速减速至零之后，关闭径向轴承和推力轴承中的静压轴承。

在上述过程中，转子系统启动之前，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承开启。这样，转轴在径向轴承的静压轴承的作用下，被托起至预设径向位置；推力盘在推力轴承的静压轴承的作用下，被推动至预设轴向位置。

转子系统启动之后，转轴的转速逐渐增大，当转轴的转速达到第一预设值时，例如额定转速的5％至30％时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承停止工作。当转轴的转速达到一阶临界速度或二阶临界速度时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承重新开启。在转轴的转速平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承再次停止工作。

转子系统停机过程中，转轴的转速逐渐下降，当转轴的转速达到二阶临界速度或一阶临界速度时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承再次开启。在转轴的转速平稳度过二阶临界速度或一阶临界速度之后，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承再次停止工作。当转轴的转速下降至预定值时，例如额定转速的5％至30％时，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承的静压轴承再次开启直至转速降为零之后，控制转子系统中的轴承，使径向轴承和推力轴承中的静压轴承再次停止工作。

结合上述内容，我们清楚地了解了本发明实施例中提供的转子系统的整体结构，使用上述转子系统的燃气轮机发电机组的整体结构，燃气轮机发电机组的控制方法以及转子系统的控制方法。

本发明实施例还提供一种推力轴承的控制方法，下面以本发明实施例的推力轴承(其中，磁轴承中的第一磁性部件为电磁铁)在转子系统中的控制方法进行详细地说明。

如图31所示，本发明实施例提供一种推力轴承的控制方法，包括：

S301：开启磁轴承，控制推力盘在多个第一磁性部件的磁力作用下在转轴的轴向方向上移动，以使第一间隙与第二间隙的差值小于或者等于预定值。

其中，磁轴承开启的具体过程为：向线圈输入预定值的电流信号，推力盘在磁轴承的作用下到达第一定子和第二定子之间的预定位置。

S302：所述转轴的转速加速至工作转速之后，关闭所述磁轴承。

S303：所述转子系统停机时，开启所述磁轴承。

S304：所述转轴的转速减速至零之后，关闭所述磁轴承。

在上述过程中，磁轴承开启后，推力盘在磁轴承的作用下到达第一定子和第二定子之间的预定位置，推力盘与第一定子和第二定子的端面均具有轴承间隙。

随着转轴的转动，推力盘在受轴承间隙中气流润滑的情况下相对第一定子和第二定子开始转动，以防止磨损。

随着转轴的转速越来越大，推力盘的转速也同步增大，当转轴的转速到达工作转速时，该推力轴承的气体动压轴承(推力盘与第一定子和第二定子之间设置轴承间隙即形成该推力轴承的气体动压轴承)产生的气膜压力可以将推力盘稳定，届时可以关闭磁轴承。

在转子系统停机时，推力盘随着转轴减速而减速，为了使转轴在整个转子系统停机过程中保持稳定，在转子系统停机时即开启磁轴承，直到推力盘完全停下后即可关闭磁轴承。

如图32所示，本发明实施例还提供另一种推力轴承的控制方法，包括：

S401：开启磁轴承，控制推力盘在多个第一磁性部件的磁力作用下在转轴的轴向方向上移动，以使第一间隙与第二间隙的差值小于或者等于预定值；

其中，磁轴承开启的具体过程为：向线圈输入预定值的电流信号，推力盘在磁轴承的作用下到达第一定子和第二定子之间的预定位置。

S402：所述转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭所述磁轴承。

S403：所述转轴的转速减速至第二预设值时，开启所述磁轴承。

S404：所述转轴的转速减速至零之后，关闭所述磁轴承。

在上述过程中，磁轴承开启后，推力盘在磁轴承的作用下到达第一定子和第二定子之间的预定位置，推力盘与第一定子和第二定子的端面均具有轴承间隙。

随着转轴的转动，推力盘在受轴承间隙中气流润滑的情况下相对第一定子和第二定子开始转动，以防止磨损。

随着转轴的转速越来越大，推力盘的转速也同步增大，当转轴的转速到达第一预设值，例如额定转速的5％至30％时，该推力轴承的气体动压轴承(推力盘与第一定子和第二定子之间设置轴承间隙即形成该推力轴承的气体动压轴承)产生的气膜压力可以将推力盘稳定，届时可以关闭磁轴承。

在转子系统停机过程中，推力盘随着转轴减速而减速，当转轴的转速低于第二预设值，例如额定转速的5％至30％时，此时，推力轴承的气体动压轴承产生的气膜压力也随推力盘减速而减小，因此，需要开启磁轴承以使推力盘保持稳定，直到推力盘完全停下后即可关闭磁轴承。

可选的，上述方法还包括：

当载荷负载在所述推力盘，所述推力盘在载荷负载的作用下在所述转轴的轴向方向上移动，所述第一间隙与所述第二间隙的差值大于所述预定值时，开启所述磁轴承；

当所述第一间隙与所述第二间隙的差值小于或者等于所述预定值时，关闭所述磁轴承。

当载荷负载在推力盘上，使推力盘与第一定子或第二定子之间的轴承间隙变小而接近该侧的定子时，传感器(这里的传感器优选压力传感器)获得气压增大的信号，此时磁轴承需要介入工作，使推力盘达到新的平衡位置时，磁轴承可以停止工作。

可选的，当载荷负载在所述推力盘，所述推力盘在载荷负载的作用下在所述转轴的轴向方向上移动，所述第一间隙与所述第二间隙的差值大于所述预定值时，开启所述磁轴承，包括：

当载荷负载在所述推力盘，所述推力盘在载荷负载的作用下在所述转轴的轴向方向上移动，所述第一间隙与所述第二间隙的差值大于所述预定值时，控制所述磁轴承以最大功率开启；或者，

当载荷负载在所述推力盘，所述推力盘在载荷负载的作用下在所述转轴的轴向方向上移动，所述第一间隙与所述第二间隙的差值大于所述预定值时，控制所述磁轴承按照预设频率以频闪的方式开启。

当有外部冲击扰动发生时，推力盘可能快速地接近某侧定子，则有可能导致该侧的轴承间隙瞬间过小，使该侧轴承间隙处的局部气体流速接近甚至达到音速，从而引发激波产生气锤自激现象。激波的产生会导致局部气体流动发生扰动和混乱，当流体速度在音速到亚音速之间变化时其压力呈阶梯式显著下降。这种情况下，需要控制磁轴承以最大功率开启，或控制磁轴承以预设频率轮流开启，以提供对扰动的阻尼作用，从而有效抑制外部扰动。当推力盘重新回到平衡状态之后，磁轴承停止工作。

需要说明的是，本发明实施例中，对于同时设置有磁轴承和气体静压轴承的情况下，磁轴承和气体静压轴承可以相互备用，在其中一方故障、失效或者无法满足开启条件的情况下，另一方可作为备用轴承起到相同的作用。例如，在检测到磁轴承故障的情况下，控制外部压力气源开启以替代磁轴承执行相应的动作，从而提高轴承的安全性和可靠性。

本发明实施例中，对于同时设置有磁轴承和气体静压轴承的情况下，可以包括如下实施方式：

开启所述磁轴承；和/或，启动外部压力气源，通过所述静压进气节流孔向所述轴承间隙处输送气体；

控制所述推力盘在所述磁轴承的磁力作用下，和/或所述气体的推动作用下在所述转轴的轴向方向上移动，以使所述第一间隙与所述第二间隙的差值小于或等于所述预定值。

其中，对于同时开启磁轴承和气体静压轴承的实施方式，能够进一步提高本发明实施例的推力轴承的承载力。

在上述过程中，利用磁轴承方便实时控制的优点，主动平衡推力盘的不平衡质量或推力盘涡动等导致推力盘过度偏移的因素，使推力盘在转轴的轴向方向上固定在某一极小范围内。另外，在推力盘的加速过程中，可以准确定位产生激波的位置(即线速度超声速部位)，并通过控制磁轴承的电流大小和方向等，使磁轴承产生相反的力来平衡激波作用。待激波平稳后，再次调整磁轴承的控制策略，以最节能的方式将推力盘固定在某一极小范围内。

综合上述，本发明优选实施例具有如下有益效果：

其一，磁轴承与气体轴承协同工作，改善了轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性，抗受扰动能力强，进而提高了轴承的承载能力。同时，磁轴承与气体轴承采用并联结构，简化了结构，集成度高，易加工、制造和操作，提高了轴承的综合性能。在转子系统开启或停机时，可以用磁轴承使轴承的推力盘与定子在轴承间隙内转动，提高了轴承的低速性能，延长了轴承的使用寿命，能够提高轴承及整个系统的安全性和可靠性。

其二，相对于传统的采用气体静压轴承和气体动压轴承结合的气体动静压混合推力轴承，本发明实施例的推力轴承具有响应速度快的优点。

其三，采用成本较低的压力传感器采集气膜压力变化，通过简单的控制方法控制箔片的变形，可提供较高转子阻尼，从而提高转子稳定性。另外，由于控制方法简单，对轴承的加工精度要求不高。

在一些实施例中，转子系统中的径向轴承为箔片式气磁混合径向轴承。

关于上述箔片式气磁混合径向轴承的具体方案，可以参见申请号为CN201810030888.1的专利申请文件中的相关说明，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，本发明实施例对此不作赘述。

在一些实施例中，转子系统中的径向轴承为槽式气磁混合径向轴承。

如图33至图40所示，槽式气磁混合径向轴承6200包括：

套设于转轴100上的第四磁轴承6201，第四磁轴承6201上沿周向设置有多个第七磁性部件；

第四磁轴承6201朝向转轴100的侧壁，或转轴100朝向第四磁轴承6201的圆周面上设置有第六动压发生槽6202；

其中，第四磁轴承6201与转轴100之间具有第四间隙6203，且转轴100能够在多个第七磁性部件的磁力作用下在转轴100的径向方向上移动。

本发明实施例中，通过在径向轴承6200中设置第四间隙6203和第四磁轴承6201，从而使该径向轴承6200形成气、磁混合径向轴承。

工作时，径向轴承6200中的气体轴承与第四磁轴承6201能够协同工作，在径向轴承6200处于稳定的工作状态时，依靠气体轴承实现支承；而在径向轴承6200处于非稳定的工作状态时，依靠第四磁轴承6201及时对径向轴承6200进行控制和响应。

可见，本发明实施例能够改善径向轴承，尤其在高速运转状态下的动态性能和稳定性，抗受扰动能力强，进而提高了径向轴承的承载能力。本发明实施例的径向轴承能够满足高转速的转子系统，例如，燃气轮机或者燃气轮机发电联合机组等的需求。

本发明实施例中，由于硅钢片或矽钢片具有磁导率高、涡流损耗低等物理特性，转轴100可以由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。

本发明实施例中，当转轴100旋转时，存在于第四间隙6203的流动气体被压入第六动压发生槽6202内，从而产生压力，使转轴100上浮，以实现转轴100沿径向方向被非接触地保持。其中，第六动压发生槽6202产生压力的大小随第六动压发生槽6202的角度、槽宽、槽长、槽深、槽数以及平面度的不同而变化。此外，第六动压发生槽6202产生压力的大小也和转轴100的旋转速度以及第四间隙6203有关。可以根据实际工况对第六动压发生槽6202的参数进行设计。第六动压发生槽6202可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压等方式形成于第四磁轴承6201或转轴上。

可选的，多个第七磁性部件包括多个第四永磁体，多个第四永磁体在第四磁轴承6201上沿周向设置；

或者，多个第七磁性部件包括多个第四电磁铁，多个第四电磁铁在第四磁轴承6201上沿周向设置，多个第四电磁铁中的每个第四电磁铁包括设置于第四磁轴承6201上的第四磁芯62011及缠绕于第四磁芯62011上的第四线圈62012。

本发明实施例中，当槽式气磁混合径向轴承6200仅需要磁性部件提供磁力而无需磁控时，第七磁性部件优选第四永磁体；当箔片式气磁混合推力轴承同时需要磁力和磁控时，第七磁性部件优选第四电磁铁。

当第七磁性部件为第四电磁铁时，往第四线圈62012通入电流，即可以使第四磁芯62011产生磁力。往第四线圈62012通入电流的大小不同，第四磁芯62011产生的磁力大小也不同；往第四线圈62012通入电流的方向不同，第四磁芯62011的磁极也不同。

其中，由于硅钢片或矽钢片具有磁导率高、涡流损耗低等物理特性，本发明的优选实施例中，第四磁芯62011可以由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。

可选的，第四磁轴承6201包括：

第四磁轴承座62013，第四磁轴承座62013套设于转轴100上，第四磁轴承座62013上沿周向设置有多个第四容纳槽62014，多个第七磁性部件设置于多个第四容纳槽62014内，且多个第七磁性部件的磁极朝向转轴100；

套设于第四磁轴承座62013外的第二轴承壳62015；

套设于第四磁轴承座62013与转轴100之间的第二轴承套62016；

以及，分别设置于第二轴承壳62015两端的第五端盖62017和第六端盖62018；

其中，第二轴承套62016、第五端盖62017及第六端盖62018配合，将多个第七磁性部件固定于第四磁轴承座62013上。

本发明实施例中，通过设置第二轴承套62016，能够封闭第四磁芯62011以及第四线圈62012之间的间隙，从而在第二轴承套62016和转轴100之间形成稳定、均匀的气膜压力。另外，通过设置不同径向厚度的第二轴承套62016能够方便地调节和控制第四间隙6203的大小。

其中，第二轴承套62016与转轴100之间的第四间隙6203的宽度可以为5μm至12μm，优选8μm至10μm。

其中，由于硅钢片或矽钢片具有磁导率高、涡流损耗低等物理特性，本发明的优选实施例中，第四磁轴承座62013可以由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。第四容纳槽62014的数量可以为但不限于为六个或八个，沿第四磁轴承座62013的周向均匀设置。这样，能够使第四磁轴承6201与转轴100之间的磁力更加均匀、稳定。需要说明的是，多个第七磁性部件还可以采用其他方式设置于第四磁轴承座62013上，对此不进行限定。第五端盖62017和第六端盖62018的材料均可以是非磁性材料，优选硬铝材料。第二轴承套62016的材料可以是非磁性材料，优选硬铝材料。第二轴承壳62015的材料可以是非磁性材料，优选硬铝材料。

优选的，第五端盖62017和第六端盖62018均设置有外径与第二轴承壳62015的内径相同的凸台，第五端盖62017和第六端盖62018的凸台用于从两端固定和压紧组成第四磁轴承座62013的硅钢片或者矽钢片。

本发明实施例中，可以在第二轴承套62016上设置第六动压发生槽6202，为便于第六动压发生槽6202的加工，第二轴承套62016可以由不锈钢材料制成。具体地，第六动压发生槽6202可以设置在转轴100上对应第二轴承套62016的圆周面的中间部分，也可以设置为对称分布在中间部分的两侧、相互独立的两部分第六动压发生槽6202；第六动压发生槽6202还可以设置在第二轴承套62016内侧壁的中间部分，也可以设置为对称分布在第二轴承套62016内侧壁两端、相互独立的两部分第六动压发生槽6202。

可选的，第六动压发生槽6202呈矩阵排布，这样，有利于使气膜更均匀地分布于第四间隙6203内。

可选的，第六动压发生槽6202为连续或间隔设置的V形槽。

本发明实施例中，通过采用上述第六动压发生槽6202的设置方式，能够在转轴100正向旋转或者反向旋转的情况下，转轴都能以期望的方式非接触式地保持，从而使转轴100具有负载能力高及稳定性好的优点。第六动压发生槽6202除了设置为V形槽，还可以设置为人字形槽或其它形状的槽。

可选的，第四磁轴承6201上还设置有第二静压进气节流孔6205，第二静压进气节流孔6205的一端与第四间隙6203相通，另一端连接外部气源，用于将外部气源输送至第四间隙6203内。

本发明实施例中，通过设置上述第二静压进气节流孔6205，可以形成气体静压轴承，从而该槽式气磁混合径向轴承6200可以构成槽式气体动静压-磁混合径向轴承。其中，第二静压进气节流孔6205的流通直径可以根据气量需求等实际工况进行调节。

可选的，第二静压进气节流孔6205在第四磁轴承6201内分成至少两个支路连通至第四间隙6203内。

本发明实施例中，第二静压进气节流孔6205可以依次穿过第五端盖62017或第六端盖62018、第四磁轴承6201以及第二轴承套62016，将外部气源与第四间隙6203连通。进一步地，第二静压进气节流孔6205可以分为两个或者更多个支路连通至第四间隙6203，使得第四间隙6203内的气膜压力更加均匀。进一步的，第五端盖62017或第六端盖62018上可以设置有环形槽，可在第四磁轴承6201与该环形槽对应的环形区域内设置多个第二静压进气节流孔6205，例如，在每个第四磁芯62011中或每两个相邻的第四磁芯62011中设置一个第二静压进气节流孔6205。其中，第二静压进气节流孔6205以及支路的流通直径可以根据气量需求等实际工况进行调节。

可选的，槽式气磁混合径向轴承6200还包括沿第四磁轴承6201的周向间隔设置的多个第四传感器6204，其中每个第四传感器6204的传感器探头设置于第四间隙6203内。

本发明实施例中，通过设置第四传感器6204，能够实时检测第四间隙6203处的参数，例如第四间隙6203处的气膜压力。这样，第四磁轴承6201可以根据第四传感器6204的检测结果对径向轴承6200进行主动控制，并能够使控制达到较高的精度。

可选的，多个第四传感器6204中，每个第四传感器6204包括第四传感器盖62041和第四传感器探头62042，第四传感器探头62042的第一端连接第四传感器盖62041，第四传感器盖62041固定于第四磁轴承6201上，第四磁轴承6201上设有用于供第四传感器探头62042穿过的通孔；第四传感器探头62042的第二端穿过第四磁轴承6201上的通孔，并伸至第四间隙6203，且第四传感器探头62042的第二端端部与第四磁轴承6201的靠近转轴100的一侧平齐。

本发明实施例中，通过上述第四传感器6204的结构形式和安装方式，能够使第四传感器6204更稳定地设置于第四磁轴承6201上。此外，将第四传感器探头62042的第二端端部与第四磁轴承6201的靠近转轴100的一侧平齐，一方面，能够避免第四传感器探头62042受到转轴100的碰触，从而有利于保护第四传感器探头62042；另一方面，不会对第四间隙6203内的气膜产生影响，避免第四间隙6203内的气膜发生扰动。

本发明实施例中，第四传感器6204的数量可以与第七磁性部件的数量相同。第四传感器6204可以设置于相邻的两个第七磁性部件之间，也可以穿过第七磁性部件设置，本发明实施例对此不作限定。每个第四传感器6204优选设置于第四磁轴承6201的中部。

可选的，多个第四传感器6204为以下任意一种或多种的组合：

用于检测转轴100位置的位移传感器；

用于检测第四间隙6203处的气膜压力的压力传感器；

用于检测转轴100转速的速度传感器；

用于检测转轴100旋转加速度的加速度传感器。

下面以本发明实施例的槽式气磁混合径向轴承(其中，第四磁轴承中的第七磁性部件为电磁铁)参与转子系统的控制过程时的具体控制方法进行详细地说明。

本发明实施例提供一种槽式气磁混合径向轴承的控制方法，包括：

S631、开启第四磁轴承，控制转轴在多个第七磁性部件的磁力作用下在转轴的径向方向上移动，推动转轴至预设径向位置。

S632、转轴的转速加速至工作转速之后，关闭第四磁轴承。

S633、转子系统停机时，开启第四磁轴承。

S634、转轴的转速减速至零之后，关闭第四磁轴承。

在上述过程中，第四磁轴承开启后，转轴在第四磁轴承的作用下托起并到达预设径向位置，第四磁轴承与转轴之间具有第四间隙。

随着转轴的转动，转轴在受第四间隙中气流润滑的情况下开始转动，以防止磨损。第四磁轴承开启的具体过程为：向第四线圈输入预定值的电流信号，转轴在第四磁轴承的作用下托起并到达预设径向位置。

随着转轴的转速越来越大，当转轴的转速到达工作转速时，该径向轴承的气体动压轴承(第四磁轴承与转轴之间设置第四间隙即形成该径向轴承的气体动压轴承)产生的气膜压力可以将转轴稳定，届时可以关闭第四磁轴承。

在转子系统停机时，转轴减速，为了使转轴在整个转子系统停机过程中保持稳定，在转子系统停机时即开启第四磁轴承，直到转轴完全停下后即可关闭第四磁轴承。

本发明实施例还提供另一种槽式气磁混合径向轴承的控制方法，包括：

S641、开启第四磁轴承，控制转轴在多个第七磁性部件的磁力作用下在转轴的径向方向上移动，推动转轴至预设径向位置。

S642、转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭第四磁轴承。

S643、转轴的转速加速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启第四磁轴承。

具体的，当转轴与第四磁轴承之间的第四间隙处的气体流速达到一阶临界速度或二阶临界速度时，开启第四磁轴承，直至转轴恢复至平衡径向位置。

可选的，转轴的转速加速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启第四磁轴承，包括：

转轴的转速加速至一阶临界速度或二阶临界速度时，控制第四磁轴承以最大功率开启；或者，

转轴的转速加速至一阶临界速度或二阶临界速度时，控制第四磁轴承按照预设频率以频闪的方式开启。

S644、转子系统平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，关闭第四磁轴承。

S645、转子系统停机过程中，当转子系统减速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启第四磁轴承。

具体的，当转轴与第四磁轴承之间的第四间隙处的气体流速减速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启第四磁轴承，直至转轴恢复至平衡径向位置。

可选的，转轴的转速减速至一阶临界速度或二阶临界速度时，开启第四磁轴承，包括：

转轴的转速减速至一阶临界速度或二阶临界速度时，控制第四磁轴承以最大功率开启；或者，

转轴的转速减速至一阶临界速度或二阶临界速度时，控制第四磁轴承按照预设频率以频闪的方式开启。

S646、转子系统平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，关闭第四磁轴承。

S647、转轴的转速减速至第二预设值时，开启第四磁轴承。

S648、转轴的转速减速至零之后，关闭第四磁轴承。

在上述过程中，第四磁轴承开启后，转轴在第四磁轴承的作用下托起并到达预设径向位置，第四磁轴承与转轴之间具有第四间隙。

随着转轴的转动，转轴在受第四间隙中气流润滑的情况下开始转动，以防止磨损。第四磁轴承开启的具体过程为：向第四线圈输入预定值的电流信号，转轴在第四磁轴承的作用下托起并到达预设径向位置。

随着转轴的转速越来越大，当转轴的转速到达第一预设值，例如额定转速的5％至30％时，该径向轴承的气体动压轴承(第四磁轴承与转轴之间设置第四间隙即形成该径向轴承的气体动压轴承)产生的气膜压力可以将转轴稳定，届时可以关闭第四磁轴承。

在转子系统停机过程中，转轴减速，当转轴的转速降至第二预设值，例如额定转速的5％至30％时，开启第四磁轴承，直到转轴完全停下后即可关闭第四磁轴承。

可选的，所述方法还包括：

当所述转轴与所述第四磁轴承之间的第四间隙发生变化时，开启所述第四磁轴承，使转轴在所述多个第七磁性部件的磁力作用下向远离间隙变小侧的方向移动；

所述转轴处于平衡径向位置之后，关闭所述第四磁轴承。

当载荷负载在转轴上，使转轴逐渐下降并接近下方的第四磁轴承时，第四传感器(这里的第四传感器优选压力传感器)获得气压增大的信号，此时第四磁轴承需要介入工作。第四磁轴承将磁力作用于转轴上使其向上悬浮，当转轴达到新的平衡位置时，第四磁轴承停止工作。

当有外部冲击扰动发生时，转轴可能快速地接近第四磁轴承，则有可能导致转轴与第四磁轴承之间的间隙瞬间过小，使间隙减小处的局部气体流速接近甚至达到音速，从而引发激波产生气锤自激现象。激波的产生会导致局部气体流动发生扰动和混乱，当流体速度在音速到亚音速之间变化时其压力呈阶梯式显著下降。这种情况下，需要控制第四磁轴承的第七磁性部件以预设频率轮流开启，以提供对扰动的阻尼作用，从而有效抑制外部扰动。当转轴恢复至新的平衡径向位置之后，第四磁轴承停止工作。

需要说明的是，本发明实施例中，对于同时设置有电磁轴承(第四磁轴承中的第七磁性部件为电磁铁即形成电磁轴承)和气体静压轴承(第四磁轴承上设置的第二静压进气节流孔即形成气体静压轴承)的情况下，电磁轴承和气体静压轴承可以相互备用，在其中一方故障、失效或者无法满足开启条件的情况下，另一方可作为备用轴承起到相同的作用。例如，在检测到电磁轴承故障的情况下，控制外部气源开启以替代电磁轴承执行相应的动作，从而提高轴承的安全性和可靠性。

本发明实施例中，对于同时设置有电磁轴承和气体静压轴承的情况下，对于“开启所述径向轴承中的静压轴承，以使所述转轴移动至预设径向位置，”的步骤，可以包括如下实施方式：

开启所述第四磁轴承；和/或，启动外部气源，通过所述第二静压进气节流孔向所述第四间隙处输送气体；

控制所述转轴在所述多个第七磁性部件的磁力作用下，和/或所述气体的推动作用下在所述转轴的径向方向上移动，以使所述转轴移动至预设径向位置。

在上述过程中，利用第四磁轴承方便实时控制的优点，主动平衡转轴的不平衡质量或转轴涡动等导致转轴过度偏移的因素，使转轴在径向方向上固定在某一极小范围内。另外，在转轴的加速过程中，可以准确定位产生激波的位置(即线速度超声速部位)，并通过控制第四磁轴承的电流大小和方向等，使第四磁轴承产生相反的力来平衡激波作用。待激波平稳后，再次调整第四磁轴承的控制策略，以最节能的方式将转轴固定在某一极小范围内。

综合上述，本发明实施例具有如下有益效果：

其一，电磁轴承与气体轴承协同工作，改善了轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性，抗受扰动能力强，进而提高了轴承的承载能力。同时，电磁轴承与气体轴承采用嵌套结构，简化了结构，集成度高，易加工、制造和操作，提高了轴承的综合性能。在转子系统启动或停机时，可以用电磁轴承使轴承的推力盘与定子在第一间隙内转动，提高了轴承的低速性能，延长了轴承的使用寿命，能够提高轴承及整个系统的安全性和可靠性。

其二，相对于传统的采用气体静压轴承和气体动压轴承结合的气体动静压混合推力轴承，本发明实施例的槽式气磁混合径向轴承具有响应速度快的优点。

其三，增加了气体静压轴承，形成槽式动静压-磁混合推力轴承，在同时设置有电磁轴承和气体静压轴承的情况下，轴承的承载力进一步加大，电磁轴承和气体静压轴承可以相互备用，在其中一方故障、失效或者无法满足开启条件的情况下，另一方可作为备用轴承起到相同的作用。例如，在检测到电磁轴承故障的情况，控制系统控制气体静压轴承开启以替代电磁轴承执行相应的动作，从而提高轴承的安全性和可靠性。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种推力轴承，用于安装于转轴上，其特征在于，所述推力轴承包括：推力盘，所述推力盘固定连接于所述转轴上；

以及，穿设于所述转轴上的第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子分别设置于所述推力盘的相对两侧，所述第一定子与所述推力盘之间具有第一间隙，所述第二定子与所述推力盘之间具有第二间隙；

其中，所述第一定子包括磁轴承，所述磁轴承上沿周向设置有多个第一磁性部件，所述磁轴承能够控制所述推力盘在所述转轴的轴向方向上移动；所述第二定子与所述推力盘之间构成气体轴承；

所述磁轴承包括：

磁轴承座，所述磁轴承座与所述推力盘相对设置，所述磁轴承座上沿周向设置有多个容纳槽，所述多个第一磁性部件设置于所述多个容纳槽内，且所述多个第一磁性部件的磁极朝向所述推力盘所在的一侧；

端盖和压环，所述端盖设置于所述磁轴承座的远离所述推力盘的一侧，所述压环设置于所述磁轴承座的靠近所述推力盘的一侧，所述端盖与所述压环配合，将所述多个第一磁性部件固定于所述磁轴承座上；

所述第一定子的朝向所述推力盘的端面或所述推力盘的朝向所述第一定子的端面设置有第一动压发生槽；和/或，所述第一定子设置有第一静压进气节流孔，所述第一静压进气节流孔的一端与所述第一间隙相通，另一端连接外部压力气源，用于将外部压力气源输送至所述第一间隙内；

所述第二定子的朝向所述推力盘的端面或所述推力盘的朝向所述第二定子的端面设置有第二动压发生槽；和/或，所述第二定子设置有第二静压进气节流孔，所述第二静压进气节流孔的一端与所述第二间隙相通，另一端连接外部压力气源，用于将外部压力气源输送至所述第二间隙内。

2.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，

所述推力盘上设置有第二磁性部件，所述推力盘能够在所述多个第一磁性部件和所述第二磁性部件之间的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动；

所述第二磁性部件包括设置于所述推力盘的面向所述第一定子的端面上的磁性材料；

其中，所述磁性材料在所述推力盘上呈条状分布，而形成多个条状磁性部，所述多个条状磁性部呈辐射状或环状；

或者，所述磁性材料在所述推力盘上呈点状分布。

3.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，

所述多个第一磁性部件包括多个永磁体，所述多个永磁体在所述磁轴承上沿周向设置；

或者，所述多个第一磁性部件包括多个电磁铁，所述多个电磁铁在所述磁轴承上沿周向设置，所述多个电磁铁中的每个电磁铁包括设置于所述磁轴承上的磁芯及缠绕于所述磁芯上的线圈。

4.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，

所述第一定子设置有第一传感器，所述第一传感器包括第一传感器盖和第一传感器探头，所述第一传感器探头的第一端连接所述第一传感器盖，所述第一传感器盖固定于所述磁轴承上，所述第一传感器探头的第二端穿过所述磁轴承并伸至所述第一间隙；和/或，所述第二定子设置有第二传感器，所述第二传感器包括第二传感器盖和第二传感器探头，所述第二传感器探头的第一端连接所述第二传感器盖，所述第二传感器盖固定于所述第二定子上，所述第二传感器探头的第二端穿过所述第二定子并伸至所述第二间隙。

5.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，

所述第一动压发生槽呈辐射状或同心圆状排布；

所述第一静压进气节流孔至所述转轴的轴心的距离大于或者等于所述第一静压进气节流孔至所述第一定子的外周边缘的距离。

6.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，

所述第二动压发生槽呈辐射状或同心圆状排布；

所述第二静压进气节流孔至所述转轴的轴心的距离大于或者等于所述第二静压进气节流孔至所述第二定子的外周边缘的距离。

7.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述第一定子的朝向所述转轴的内周面，或所述转轴的朝向所述第一定子的外周面，设置有第三动压发生槽；和/或，所述第二定子的朝向所述转轴的内周面，或所述转轴的朝向所述第二定子的外周面，设置有第四动压发生槽。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的推力轴承，其特征在于，所述第一定子还包括箔片轴承，所述箔片轴承设置于所述磁轴承与所述推力盘之间，并与所述推力盘之间具有所述第一间隙，所述箔片轴承设置有第三磁性部件，所述箔片轴承能够在所述多个第一磁性部件和所述第三磁性部件之间的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动，以使所述推力盘在所述转轴的轴向方向上移动。

9.根据权利要求8所述的推力轴承，其特征在于，所述箔片轴承包括：

与所述磁轴承固定连接的箔片轴承座；

以及，设置于所述箔片轴承座上的第一箔片和第二箔片，所述第一箔片安装于所述箔片轴承座上，所述第二箔片叠设于所述第一箔片的靠近所述推力盘的一侧；

其中，所述第二箔片为平箔片，所述第三磁性部件设置于所述第二箔片上，以使所述第二箔片能够在所述多个第一磁性部件和所述第三磁性部件的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动；所述第一箔片为能够在所述第二箔片移动时发生弹性变形的弹性变形箔片。

10.根据权利要求9所述的推力轴承，其特征在于，所述第一箔片为呈波浪状的弹性变形箔片，且所述第一箔片为不封闭的环形，其上设有一开口，所述开口的一端为固定端，所述固定端固定于所述箔片轴承座上，所述开口的另一端为活动端；

其中，所述第二箔片在所述转轴的轴向方向上移动时，所述第一箔片上的波浪纹伸展或收缩，所述活动端沿所述环形的周向移动。

11.根据权利要求9所述的推力轴承，其特征在于，所述第三磁性部件包括设置于所述第二箔片的靠近所述磁轴承的一侧表面上的磁性材料；

其中，所述磁性材料在所述第二箔片上呈条状分布，而形成多个条状磁性部，所述多个条状磁性部呈辐射状或环状；

或者，所述磁性材料在所述第二箔片上呈点状分布。

12.一种转子系统，其特征在于，包括转轴和如权利要求1至11中任一项所述的推力轴承。

13.根据权利要求12所述的转子系统，其特征在于，所述转轴的轴体为一体结构，所述转轴水平设置或竖向设置；

所述转轴上依次设置有电机、压气机和透平；

所述转轴上还设置有至少两个径向轴承，所述至少两个径向轴承均为非接触式轴承；

其中，所述推力轴承设置于所述透平的靠近所述压气机的一侧的预设位置上，所述预设位置为能够使所述转子系统的重心位于所述至少两个径向轴承中相距最远的两个径向轴承之间的位置。

14.根据权利要求12所述的转子系统，其特征在于，所述转轴的轴体为一体结构，所述转轴水平设置或竖向设置；

所述转轴上设置有电机、压气机、透平和两个径向轴承，所述两个径向轴承均为非接触式轴承；

所述转子系统还包括第一机匣和第二机匣，所述第一机匣与所述第二机匣连接；

其中，所述电机、所述推力轴承和所述两个径向轴承均设置于所述第一机匣内，所述压气机和所述透平均设置于所述第二机匣内，所述压气机的叶轮与所述透平的叶轮在所述第二机匣内相靠设置。

15.一种推力轴承的控制方法，用于如权利要求12至14中任一项所述的转子系统，所述推力轴承的所述多个第一磁性部件为多个电磁铁，其特征在于，所述方法包括：开启所述磁轴承，控制所述推力盘在所述多个第一磁性部件的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动，以使所述第一间隙与所述第二间隙的差值小于或者等于预定值；

所述转轴的转速加速至工作转速之后，关闭所述磁轴承；

所述转子系统停机时，开启所述磁轴承；

所述转轴的转速减速至零之后，关闭所述磁轴承。

16.一种推力轴承的控制方法，用于如权利要求12至14中任一项所述的转子系统，所述推力轴承的所述多个第一磁性部件为多个电磁铁，其特征在于，所述方法包括：开启所述磁轴承，控制所述推力盘在所述多个第一磁性部件的磁力作用下在所述转轴的轴向方向上移动，以使所述第一间隙与所述第二间隙的差值小于或者等于预定值；所述转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭所述磁轴承；

所述转轴的转速减速至第二预设值时，开启所述磁轴承；

所述转轴的转速减速至零之后，关闭所述磁轴承。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当载荷负载在所述推力盘，所述推力盘在载荷负载的作用下在所述转轴的轴向方向上移动，所述第一间隙与所述第二间隙的差值大于所述预定值时，开启所述磁轴承；

当所述第一间隙与所述第二间隙的差值小于或者等于所述预定值时，关闭所述磁轴承。