CN112392561A - 一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构 - Google Patents

一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，包括：套于主轴上的迷宫式密封套和轴封，迷宫式密封套用于对主轴和轴承室前端之间的间隙进行密封，轴封用于对主轴和轴承室后端之间的间隙进行密封，在轴承室中的主轴上套装有一个第一气轴承和至少一个磁轴承，第一气轴承用于对靠近叶轮的主轴端部进行支撑，各个磁轴承均位于第一气轴承的后方，密封气和润滑气能流入至轴承室中对磁轴承进行冷却。上述的磁气组合轴承结构采用了主动磁轴承、被动磁轴承和气轴承的组合使用，从而避免了油轴承因低温被冻住的风险和油污染，降低了轴承磨损更换的频率，增加了轴承结构的使用寿命，提高了透平膨胀机运转的稳定性。

Description

一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构
技术领域
本发明涉及透平膨胀机领域，具体涉及一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构。
背景技术
透平膨胀机是低温气液化系统中关键设备之一。透平膨胀机其主要原理是利用有一定压力的工质气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀推动主轴一端上的叶轮旋转对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的，工质气体对外做功的能量由主轴另一端上的制动器消耗。透平膨胀机主要具有高转速、低温、压差大等工作特点，透平膨胀机轴承室中支撑主轴运行的轴承结构直接影响透平膨胀机的运行效率和使用寿命。目前国内透平膨胀机主要采用单一的油轴承或者单一的气轴承对透平膨胀机主轴进行支撑。油轴承为采用油作为润滑剂的滑动轴承，气轴承为采用气作为润滑剂的滑动轴承；油轴承技术成熟、价格适中，承载能力大，但是油轴承使用时间长后磨损会比较严重，不可避免的会出现漏油情况，影响使用寿命；另外，在低温下靠近膨胀机叶轮的油轴承容易被冻住，因此容易引发烧瓦事故，降低了透平膨胀机运行的可靠稳定性；油轴承中的润滑油也容易泄露至叶轮处污染工质气体。气轴承具有摩擦损失低、重量轻、转速高、适用温度范围广等优点，但是气轴承加工精度要求高，承载能力偏小，为了维持膨胀机运行，这种轴承需要连续消耗功率；气轴承表面采用的聚四氟乙烯材质在启停时也易造成磨损，影响使用寿命，需定期检查磨损更换备件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种使用寿命长、无油污染、能使透平膨胀机稳定可靠运行的用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，包括：套装于主轴上的迷宫式密封套和轴封，迷宫式密封套中通有密封气用于对主轴和轴承室前端之间的间隙进行密封，从而阻止叶轮所在腔室中的工质气体和冷量泄露至轴承室中，轴封用于对主轴和轴承室后端之间的间隙进行密封，其特征在于：在轴承室中的主轴上套装有一个第一气轴承和至少一个磁轴承，第一气轴承用于对靠近叶轮的主轴端部进行支撑，各个磁轴承均位于第一气轴承的后方，通入迷宫式密封套中的密封气和通入气轴承中的润滑气能流入至轴承室中对磁轴承进行冷却。
进一步的，前述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其中：磁轴承设置有三个，分别为第一磁轴承、第二磁轴承、第三磁轴承，第二磁轴承位于第一、第三磁轴承之间，第一磁轴承位于第一气轴承和第二磁轴承之间。
进一步的，前述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其中：第一、第三磁轴承均为径向主动磁轴承。
进一步的，前述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其中：第二磁轴承为轴向被动磁轴承。
进一步的，前述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其中：在轴承室中的主轴上还套装有一个第二气轴承，第二气轴承位于各个磁轴承的后方，第二气轴承用于对靠近透平膨胀机制动器的主轴端部进行支撑。
进一步的，前述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其中：还包括：一个供气系统，密封气和润滑气为与透平膨胀机叶轮中流通的工质气体相同的气体，迷宫式密封套中的密封气和气轴承中的润滑气均由供气系统供给，在轴承室上还设置有一个用于排出密封气和润滑气的出气口，供气系统与出气口相连通，使得供气系统能回收密封气和润滑气。
进一步的，前述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其中：在第一磁轴承和第一气轴承之间、第三磁轴承和轴承室后端之间均设置有一个用于检测轴承室中温度和主轴运转位置的多功能传感器。
进一步的，前述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其中：迷宫式密封套的迷宫结构为环行密封齿。
本发明的优点为：本发明所述的用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构采用了主动磁轴承、被动磁轴承和气轴承的组合使用，从而避免了油轴承因低温被冻住的风险和油污染，降低了轴承磨损更换的频率，增加了轴承结构的使用寿命，提高了透平膨胀机运转的稳定性。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，包括：套装于主轴1上的迷宫式密封套2和轴封3，迷宫式密封套2中通有密封气用于对主轴1和轴承室4前端之间的间隙进行密封，从而阻止叶轮5所在腔室中的工质气体和冷量泄露至轴承室4中，轴封3用于对主轴1和轴承室4后端之间的间隙进行密封，在轴承室4中的主轴1上套装有一个第一气轴承6和至少一个磁轴承，迷宫式密封套2、气轴承、磁轴承都是现有的能买到的零件，第一气轴承6用于对靠近叶轮5的主轴1端部进行支撑，靠近膨胀机低温叶轮端采用气轴承后能避免采用油轴承因低温被冻住的风险，使膨胀机运行更可靠稳定，也避免了采用油轴承时对密封气产生的油污染；磁轴承位于第一气轴承6的后方，通入迷宫式密封套2中的密封气和通入气轴承中的润滑气能流入至轴承室4中对磁轴承进行冷却，工作时磁轴承的电磁线圈由于电磁感应而发热，密封气和润滑气流经运行中的磁轴承腔体对磁轴承进行充分冷却后能有效防止因为磁轴承发热引起周围的传感器失效现象。
在本实施例中，还包括：一个供气系统10，密封气和润滑气为与透平膨胀机叶轮5中流通的工质气体相同的气体，迷宫式密封套2中的密封气和气轴承中的润滑气均由供气系统10供给，在轴承室4上还设置有一个用于排出密封气和润滑气的出气口7，供气系统10与出气口7相连通，使得供气系统10能回收密封气和润滑气。这样设置后能简化设备，降低成本，提高设备的续航和稳定性。
迷宫式密封套2采用迷宫密封，迷宫结构为环行密封齿，并且齿为篦齿，迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的迷宫式曲折通道，通道与通道之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。迷宫密封不受旋转速度和温度的限制，摩擦功耗极小。
在本实施例中，磁轴承设置有三个，分别为第一磁轴承8、第二磁轴承81、第三磁轴承82，第二磁轴承81位于第一、第三磁轴承8、82之间，第一磁轴承8位于第一气轴承6和第二磁轴承81之间。第一、第三磁轴承8、82均为径向主动磁轴承。第二磁轴承81为轴向被动磁轴承。
主动磁轴承和被动磁轴承组合使用，避免了单一使用多组主动磁轴承造成的功耗大问题，也避免了单一使用多组被动磁轴承而无法调节主轴运转中的位移问题。
另外，在第一磁轴承8和第一气轴承6之间、第三磁轴承82和轴承室4后端之间均设置有一个用于检测轴承室4中温度和主轴1运转位置的多功能传感器9。两个多功能传感器9可将轴承室4内温度和主轴运转位置反馈到透平膨胀机控制器，控制器通过供气系统调节轴承室内温度；控制器也可通过控制主动磁轴承电流调节主轴1运转位置，以使其在正确的位置上稳定运行。
在本实施例中，在轴承室4中的主轴1上还套装有一个第二气轴承61，第二气轴承61用于对靠近透平膨胀机制动器51的主轴1端部进行支撑。两个气轴承可在磁轴承运转位置不正常时起到承担部分轴向和径向载荷的作用，可有效提高磁轴承结构的使用寿命。
磁轴承不存在机械接触，具有机械磨损小、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、高温、低温、真空等特殊工作环境。传统轴承使用时间长后，磨损严重，必须更换，油轴承使用时间久了不可避免会出现漏油情况，这一点对磁悬浮轴承可以避免；采用主动磁轴承和被动磁轴承组合，并以气轴承作为辅助轴承对磁轴承不良运转的情况下起到支撑辅助作用，有利于设备运行的稳定性并提高整体轴承结构的使用寿命。

Claims (8)

1.一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，包括：套装于主轴上的迷宫式密封套和轴封，迷宫式密封套中通有密封气用于对主轴和轴承室前端之间的间隙进行密封，从而阻止叶轮所在腔室中的工质气体和冷量泄露至轴承室中，轴封用于对主轴和轴承室后端之间的间隙进行密封，其特征在于：在轴承室中的主轴上套装有一个第一气轴承和至少一个磁轴承，第一气轴承用于对靠近叶轮的主轴端部进行支撑，各个磁轴承均位于第一气轴承的后方，通入迷宫式密封套中的密封气和通入气轴承中的润滑气能流入至轴承室中对磁轴承进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其特征在于：磁轴承设置有三个，分别为第一磁轴承、第二磁轴承、第三磁轴承，第二磁轴承位于第一、第三磁轴承之间，第一磁轴承位于第一气轴承和第二磁轴承之间。
3.根据权利要求2所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其特征在于：第一、第三磁轴承均为径向主动磁轴承。
4.根据权利要求3所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其特征在于：第二磁轴承为轴向被动磁轴承。
5.根据权利要求1所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其特征在于：在轴承室中的主轴上还套装有一个第二气轴承，第二气轴承位于各个磁轴承的后方，第二气轴承用于对靠近透平膨胀机制动器的主轴端部进行支撑。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其特征在于：还包括：一个供气系统，密封气和润滑气为与透平膨胀机叶轮中流通的工质气体相同的气体，迷宫式密封套中的密封气和气轴承中的润滑气均由供气系统供给，在轴承室上还设置有一个用于排出密封气和润滑气的出气口，供气系统与出气口相连通，使得供气系统能回收密封气和润滑气。
7.根据权利要求2或3或4所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其特征在于：在第一磁轴承和第一气轴承之间、第三磁轴承和轴承室后端之间均设置有一个用于检测轴承室中温度和主轴运转位置的多功能传感器。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构，其特征在于：迷宫式密封套的迷宫结构为环行密封齿。
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