CN1246601C - 电磁轴承保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁轴承保护装置，其特征在于：它包括核心轴承、缓冲部件和转子保护部件三部分；所述核心轴承包括通过上轴承套和上轴承座支承在转子电磁轴承系统上端的径轴向轴承，以及通过下轴承套、下轴承座和内外圈轴承盖支承在转子电磁轴承系统下端的径向轴承；所述缓冲部件包括固定在所述上、下轴承套上的耐冲击保护环及其定位环，设置在所述上轴承座与所述径轴向轴承之间的弹性环，以及设置在所述径轴向轴承顶部的弹性轴承盖；所述转子保护部件包括分别与所述保护环位置对应的固定在所述转子上的保护套。本发明可以缓冲和承受转子跌落载荷，并正常运转直至系统停机，从而有效地保护了整个转子系统不被破坏。本发明可以广泛用于电磁轴承的保护支承中。

Description

电磁轴承保护装置
技术领域
本发明涉及一种电磁轴承保护装置，特别是关于大型立式转子系统中电磁轴承的保护装置。
背景技术
电磁轴承(又称为主动磁轴承、有源磁轴承)的基本原理是利用磁场力将转轴悬浮在磁场中，使转轴在空间无机械接触、无磨损地旋转。与传统的滚动轴承和滑动轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，且具有无磨损、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点。
由于电磁轴承的上述优点，及能进行主动控制并能避免高温气冷堆发电系统相关回路的污染，因此被使用在国家“十五”863计划重点项目-10MW高温气冷堆氦气透平发电系统(HTR-10GT)转子的支承中，该转子长约7m，重约1500Kg。
然而，当发电系统不运行，特别是电磁轴承失效或过载时，必须提供辅助支承装置，以保证系统在失去电磁轴承的支承后不被破坏，因此辅助保护支承是整个系统正常运行的基本保证。目前在与辅助支承装置相关的研究中，特别是应用于大型立式透平中的保护装置的研究还十分有限。尽管在国外报导中，有在卧式转子系统中使用角接触球轴承和在立式转子系统中使用板簧进行整体缓冲的报导，但是作为一种大型立式透平系统中转子的整体辅助轴承装置，在现有的资料中却很少提到。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以在电磁轴承失效后对系统具有辅助支承作用的，特别适用于大型立式转子系统中应用的电磁轴承保护装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电磁轴承保护装置，其特征在于：它包括核心轴承、缓冲部件和转子保护部件三部分；所述核心轴承包括通过上轴承套和上轴承座支承在转子电磁轴承系统上端的径轴向轴承，以及通过下轴承套、下轴承座和内外圈轴承盖支承在转子电磁轴承系统下端的径向轴承；所述缓冲部件包括固定在所述上、下轴承套上的耐冲击保护环及其定位环，设置在所述上轴承座与所述径轴向轴承之间的弹性环，以及设置在所述径轴向轴承顶部的弹性轴承盖；所述转子保护部件包括分别与所述缓冲部件中的所述保护环位置对应的固定在所述转子上的保护套。
所述核心轴承采用全陶瓷轴承或混合陶瓷轴承。
对所述核心轴承若采用普通轴承钢制成，则对滚动体及内外圈与滚动体接触部分采用渗碳处理。
所述耐冲击保护环采用石墨材料或高强度碳纤维材料中的一种制成。
所述弹性环采用金属橡胶材料制成。
所述弹性轴承盖采用弹簧钢片压制而成。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了包括上、下核心轴承、缓冲部件和转子保护部件在内的一整套电磁轴承保护装置，因此一旦发生电磁轴承失效跌落时，转子保护部件可以保护转子在跌落时不会被辅助支承装置碰伤转子表面；缓冲部件可以有效地缓冲和吸收转子的冲击力和热量，保护核心轴承不被巨大的冲击力击碎或焊死现象的发生；核心轴承可以承受转子的跌落载荷继续旋转，直至系统停机，不但可以进一步降低发热量，而且可以有效地保护了整个转子系统不被破坏。2、本发明的核心轴承由于在上端采用角接触球轴承，可以同时承受转子跌落时的径向和轴向力，在下端采用球轴承，可以起到辅助径向支承的作用，避免了转子自激振动的发生；同时本发明的核心轴承采用全陶瓷或混合陶瓷轴承或进行渗碳处理，提高了核心轴承本身的自润滑性，避免了使用润滑剂造成的污染。3、本发明缓冲部件中的耐冲击保护环采用石墨材料或高强度碳纤维制成，其不仅具有较高的耐冲击能力，而且具有良好的润滑及耐磨性能，本发明在上部分中采用两个耐冲击保护环，可以与转子保护部件配合，不但可以承受径向摩擦，还可以承受轴向冲击力。4、本发明由于在缓冲部件中采用金属橡胶等具有较高刚度的弹性材料制成弹性环，采用弹簧钢片制成弹性轴承盖，因此在核心轴承受到冲击时，在径向和轴向都有缓冲余地，可以有效地保护核心轴承不受到破坏。本发明可以广泛用于电磁轴承的保护支承，特别适用于大型立式透平中电磁轴承系统的保护支承中，同时也可以发展成对其它承载高速跌落运动体的保护装置。
附图说明
图1是本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明的保护装置是作为电磁轴承系统的保护装置而设置的，整个装置分上、下两部分，每部分又包括核心轴承、缓冲部件和转子保护部件。上部分安装在电磁轴承系统上方的转子1外面，下部分安装在电磁轴承系统下方的转子1外面，上、下部分均与转子1之间留有间隙。
本发明的核心轴承包括一对对称安装在上部分的角接触球轴承11和一安装在下部分的深沟球轴承12，角接触球轴承11通过上轴承套13、上轴承座14以及顶住角接触球轴承11外圈的弹性轴承盖15支承，深沟球轴承12通过下轴承套16、下轴承座17以及内、外圈轴承盖18、19支承。
本发明的缓冲部件包括上部分设置在上轴承套13内凸缘131上、下的两石墨环21、22，设置在角接触球轴承11与上轴承座14之间的弹性环24，以及下部分设置在轴承套16内的石墨环23；设置在角接触球轴承11外圈顶部的弹性轴承盖15也可以作为缓冲部件的一部分。在石墨环21的上端和石墨环22的下端分别设置一定位环25、26，定位环25、26分别固定在上轴承套13顶部和底部，定位环25还同时作为角接触球轴承11内圈的定位轴承盖。石墨环23的下端顶在下轴承套16的内凸缘161上，石墨环23的上端设置一定位环27，压在定位环27上面的是深沟球轴承12的内圈轴承盖18。
本发明的转子保护部件包括固定在转子1上的保护套31、32、33，还可以包括保护套34。保护套31、32、33与石墨环21、22、23的安装位置对应，一旦转子1跌落，与石墨环21、22、23撞击接触的是保护套31、32、33，而不会是转子1表面，因此可以有效地保护转子1不被撞坏。保护套31、32、33、34可以采用各种常用的机械零件定位方法与转子固定，比如螺钉、键等。
本发明的保护装置的上部分主要用来承受径轴向载荷，是整个立式转子系统辅助轴承设计的重点，是转子1跌落载荷的主要承担部分。保护装置的下部分主要用来承受径向载荷，增加系统的稳定性，防止自激振动的发生。
本发明中的核心轴承除采用角接触球轴承11外，还可以采取其它具有径向和轴向支撑功能的轴承，深沟球轴承12也可以采取结构形式的轴承。同时在轴承的材料方面可以采用全陶瓷或混合陶瓷轴承。若采用普通钢制轴承，可以对滚动体表面及内外圈与滚动体接触部分采取渗碳等热处理措施，用以提高滚动体的润滑性能，这样可以避免使用润滑剂。更重要的是在转子1高速跌落时，由于发热及速度的影响，即使采用润滑剂也起不到相应的润滑作用，因此采用本发明可以解决这一重要的润滑问题。
本发明缓冲部件中的石墨环21、22、23也可以采用其它材料制作的保护环代替，比如采用高强度碳纤维材料制作的保护环。弹性环24可以采用金属橡胶材料制成，也可以采取其它材料制成。弹性轴承盖15可以采用弹簧钢片压制而成，也可以采用其它材料和结构。
本发明的保护装置处于非工作状态时，保护装置的各部件均不与转子1及保护转子的保护套31、32、33接触，整个转子系统在电磁轴承的作用下，进行无摩擦运行。当电磁轴承失效后，失去支承的转子1将在高速运转的状态下跌落下来。这时保护装置将发挥辅助支承作用，巨大的冲击载荷将通过石墨环21、22、23、弹性环24和弹性轴承盖15等缓冲部件被大部分卸载掉，发热量也被大大降低，系统不会因为过热而引起相应的破坏；同时可以使得核心轴承11、12承受大部分被卸载的冲击力，继续运转至系统停机，起到保护整个转子及电磁轴承系统的作用。

Claims (10)

1、一种电磁轴承保护装置，其特征在于：它包括核心轴承、缓冲部件和转子保护部件三部分；
所述核心轴承包括通过上轴承套和上轴承座支承在转子电磁轴承系统上端的径轴向轴承，以及通过下轴承套、下轴承座和内、外圈轴承盖支承在转子电磁轴承系统下端的径向轴承；
所述缓冲部件包括固定在所述上、下轴承套上的耐冲击保护环及其定位环，设置在所述上轴承座与所述径轴向轴承之间的弹性环，以及设置在所述径轴向轴承顶部的弹性轴承盖；
所述转子保护部件包括若干分别与所述保护环位置对应的固定在所述转子上的保护套。
2、如权利要求1所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述径轴向轴承采用一对角接触球轴承。
3、如权利要求1所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述径向轴承采用球轴承。
4、如权利要求1或2或3所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述核心轴承采用全陶瓷或混合陶瓷轴承。
5、如权利要求1或2或3所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：对所述核心轴承采用渗碳处理。
6、如权利要求1或2或3所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述耐冲击保护环采用石墨材料和高强度碳纤维材料中的一种制成。
7、如权利要求1或2或3所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述弹性环采用金属橡胶材料制成。
8、如权利要求6所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述弹性环采用金属橡胶材料制成。
9、如权利要求1或2或3或8所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述弹性轴承盖采用弹簧钢片压制而成。
10、如权利要求6所述的电磁轴承保护装置，其特征在于：所述弹性轴承盖采用弹簧钢片压制而成。
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