CN1594890A - 高速电动磁悬浮离心式鼓风机 - Google Patents

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王世琥
贾友祥
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Abstract

本发明公开了一种高速电动磁悬浮离心式鼓风机，包括：电机机壳，电机机壳内有第一径向轴承、电机定子、第二径向轴承、第一推力轴承和第二推力轴承；该电机机壳通过一背盘与一涡壳连接；在沿电机机壳与一涡壳所构成的壳内空间的中心轴线上，设置有一主轴，该主轴上依次安装有与电机定子配合的电机转子、推力盘、叶轮；叶轮的安装位置在涡壳内；在涡壳上设有轴向进气口和径向排气口。本发明采用电机转子与推力盘共轴设计，其径向轴承和推力轴承采用电磁悬浮轴承或空气轴承或浮环油轴承，速度高、体积小、重量轻、流量大、效率高、负荷调节方便、无任何污染等。

Description

高速电动磁悬浮离心式鼓风机
技术领域
本发明属石油、化工、冶金、环保领域，涉及一种鼓风机，特别涉及一种高速电动磁悬浮离心式鼓风机。
背景技术
风机，根据其出口压力的大小，它可以分为通风机、鼓风机和压缩机(或压气机)。顾名思义它是作为一种通/供风机械设备，广泛应用于各行各业，尤其是在石油、化工、冶金、航空、航天、环保等领域。同时，也在各行各业中占有非常重要的地位，其作用是不可替代的。然而，目前的风机产品普遍存在容量小、效率低、噪声大、性能调节范围小、运行维护费用高等问题，其中风机效率是最重要的技术经济指标。
以环保领域的污水处理为例。当污水处理工艺采用活性污泥法工艺时，曝气鼓风机是流程中的核心设备之一。在城市污水处理中，鼓风机的风量与污水处理量(容积)的气水比，一般为3-10，在我国通常为6.7-7。在工业污水处理中，由于废水浓度大，气水比可高达35。因此，在曝气系统中，鼓风机的运行要根据污水处理量或溶解氧浓度的变化，要求运行中的鼓风机在恒定压力条件下自动调节所需的风量，而且要求流量调节范围广，调节效率高，以保证系统经济运行。
目前，国内外市场齿轮增速组装型曝气离心式鼓风机还是主流产品。在大中型污水处理厂中，为了保证曝气池内一定的溶解氧水平，有70％-80％的能量消耗在充气系统中，优秀一点的企业也要达到60％左右。因此，污水处理设备效率低下造成严重的电能和资源损失。
随着污水处理厂的大型化，作为污水处理用的曝气鼓风机有向大容量发展趋势。瑞士苏尔寿公司制造的V112型双级离心式鼓风机，每级都设有进口可调导叶，调节范围为额定流量的35％～107％，其流量1800m3/min，排气压力0.155Mpa(绝)，功率2250kW，多级效率82％。为适应欧美市场，该公司生产了VAS63、VAS71、VAS80、VAS90四个机型，流量范围1800～6000m3/min，压缩比可达2，级数5～15。
美国英格索兰公司生产的X-FLO混流式鼓风机，流量范围20～1600m3/min，压力范围0.04～0.27Mpa。该机采用整体齿轮增速结构，进口处安装可调导叶，高效率机壳。采用混流式叶轮使得整机效率高，根据需要，叶轮也可以选用离心式以适应高压力的需要。
日本川崎重工生产的单级、高速离心式鼓风机为齿轮增速结构，进口安装可调导叶，故在低负荷条件下保持较高的效率运行。流量范围30～1600m3/min，最高压力范围0.11～0.15Mpa，效率高达83％～85％，叶轮为混流式，GM型产品系列共有9个机号。对于深池曝气、高浓度氧曝气鼓风机MGM型齿轮增速组装离心压缩机，流量范围62～920m3/min，压力范围0.2～1MPa。
德国德马克公司生产的SEZ、KG两个系列的单级、高速离心式鼓风机，流量范围10～2500m3/min，最高压力0.29Mpa。
综上所述，目前国内外市场上的主流产品齿轮增速组装型曝气离心式鼓风机最重要的技术经济指标——效率，一般都是指鼓风机本身的效率，而没有计及齿轮增速箱和电机的效率。如果计入齿轮增速箱的机械效率和电机的效率，那么鼓风机整机效率最佳也只能达到60％左右。
我国环保治理、水工业处于快速发展的形势与机遇，出于对高效设备的需求并同时又受到资金的限制，在原有水工业设备生产的基础上，研制国内高水平的水工业设备成为当务之急。如何利用这个契机将我国水工业设备的水平提高到新的高度，这将是给水排水研究者，水工业设备工作者和企业制造商所面临的新机遇和新问题。但是，也要清楚地看到，我们目前的水工业设备与国外的差距大于水工艺与国外的差距；水工业专用设备的理论研究和制造与国外的差距又大于通用设备与国外的差距，这将是我国水工业产业工作者们担负的重任。所以要提高我国水工业产业化的水平，关键是抓好水工业设备，特别是高水平的水工业专用机械设备，这是我国水工业设备产业的当务之急。
因此，必须以高新技术的应用为基点，向技术要效率，让技术产效益。发明高效节能的新一代磁浮鼓风机，符合国家环保产业发展“十五”规划的要求。为水资源的可持续利用，节约电力能源，减少资源浪费，促进城市经济社会稳定与发展提供了充分条件；为反击洋品牌，收复“失地”，带动相关产业的成长，形成新的经济增长点奠定了坚实的技术基础。对实现我国经济和社会发展战略目标，促进经济和社会可持续发展具有十分重要的意义。
发明内容
为了解决现有鼓风机机组效率低的突出问题，本发明提出一种高速电动磁悬浮离心式鼓风机。本发明提出解决其行业技术问题所采用的技术思路是：采用电磁轴承(下简称轴承)的高速永磁同步电机(下简称电机)，直接驱动鼓风机；工作时，电机接受来自变频器的输出频率，驱动直接驱动鼓风机叶轮旋转至设定转速。
实现上述发明目的的技术解决方案是，一种高速电动磁悬浮离心式鼓风机，包括一电机机壳，电机机壳内有第一径向轴承、电机定子和第二径向轴承、第一推力轴承、第二推力轴承；该电机机壳通过一背盘与一涡壳连接；在沿电机机壳与一涡壳所构成的壳内空间的中心轴线上，设置有一主轴，该主轴上依次安装有与电机定子配合的电机转子、推力盘、叶轮；叶轮的安装位置在涡壳内；在涡壳上设有轴向进气口和径向排气口。
本发明的其他特点是，所述电机转子与推力盘共轴。
所述第一径向轴承和第二径向轴承设置在电机机壳的两端。
所述第一径向轴承、第二径向轴承、第一推力轴承和第二推力轴承为电磁悬浮轴承或空气轴承或浮环油轴承。
电机旋转时产生的静、动振动位移和载荷分别由径向和轴向轴承控制和承担；
本发明提出高速电动磁悬浮离心式鼓风机(下简称鼓风机)。该机组最大的特点在于：采用当代电磁悬浮、电力电子、变频驱动和三元流动理论等项前沿高新技术，对机组进行总体综合设计，使其性能达到高转速、高效、节能；低噪声；性能调节范围广；供气均匀；智能状态检测；无需润滑，免维护，长寿命；体积小，重量轻。
附图说明
图1是本发明的鼓风机原理图。
以下结合下面结合附图和发明人完成的实例对本发明做进一步详细描述。
具体实施方式
图1为鼓风机原理图。主要包括：电机机壳1、第一径向轴承2、电机定子3、电机转子4、第一推力轴承5、推力盘6、排气口7、进气口8、涡壳9、叶轮10、背盘11、第二径向轴承12、第二推力轴承13、主轴14。
电机机壳1内有第一径向轴承2、电机定子3和第二径向轴承12、第一推力轴承5、第二推力轴承13；该机壳1通过一背盘11与一涡壳9连接；在沿机壳1与一涡壳9所构成的壳内空间的中心轴线上，设置有一主轴14，该主轴14上依次安装有与电机定子3配合的电机转子4、推力盘6、叶轮10；叶轮10的安装位置在涡壳9内；在涡壳9上设有轴向进气口8和径向排气口7。
图中，电机壳体1与背盘11连接，背盘11与涡壳9连接；在涡壳上设计有轴向进气口8，径向排气口7；
电机转子4与推力盘5为共轴设计；叶轮10安装在电机转子的外伸端，即安装位置在涡壳9内；
第一径向轴承2与第二径向轴承12分别安装在电机壳体内部的两端；第一推力轴承5与第二推力轴承13分别布置在推力盘6的两边；
电机定子3布置在电机壳体中部；
工作时，电机高速旋转，将气体从进气口8吸入，经排气口7排出；鼓风机由电机直接驱动，省去了传统鼓风机系统中的齿轮增速箱设备，减少了传统鼓风机系统的零部件，简化传统鼓风机系统的构成，挽回了由于齿轮增速环节造成的效率损失；一般情况下齿轮增速箱的效率为98％。采用高速磁悬浮永磁电机，提高了电机效率，其效率可以达到96％；普通电机的效率为72％-80％。电机转子和鼓风机叶轮的转速依靠变频器输出的频率来决定。鼓风机叶轮采用三元流理论设计，其效率可达82％以上。采用上述三个技术环节后，鼓风机整机效率(考虑机组中各主要环节的效率后)大幅提高70％-％80％，而传统鼓风机的整机效率(考虑机组中各主要环节的效率后)只有50％-60％。
电机是采用电磁轴承支承的高速永磁同步电机，电机转子旋转时产生的静、动振动位移和载荷分别由径向和轴向轴承控制和承担。
在电机作用下，鼓风机叶轮高速旋转；气体经鼓风机进气口吸入，经叶轮离心压缩后，经排气口排出。

Claims (4)

1.一种高速电动磁悬浮离心式鼓风机，包括：电机机壳(1)，电机机壳(1)内有第一径向轴承(2)、电机定子(3)、第二径向轴承(12)、第一推力轴承(5)和第二推力轴承(13)；其特征在于，该电机机壳(1)通过一背盘(11)与一涡壳(9)连接；在沿电机机壳(1)与一涡壳(9)所构成的壳内空间的中心轴线上，设置有一主轴(14)，该主轴(14)上依次安装有与电机定子(3)配合的电机转子(4)、推力盘(6)、叶轮(10)；叶轮(10)的安装位置在涡壳(9)内；在涡壳(9)上设有轴向进气口(8)和径向排气口(7)。
2.如权利要求1所述的高速电动磁悬浮离心式鼓风机，其特征在于，所述电机转子(4)与推力盘(5)共轴。
3.如权利要求1所述的高速电动磁悬浮离心式鼓风机，其特征在于，所述第一径向轴承(2)和第二径向轴承(12)设置在电机机壳(1)的两端。
4.如权利要求1所述的高速电动磁悬浮离心式鼓风机，其特征在于，所述第一径向轴承(2)、第二径向轴承(12)、第一推力轴承(5)和第二推力轴承(13)为电磁悬浮轴承或空气轴承或浮环油轴承。
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