CN208123260U - 一种径向轴承和转子系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种径向轴承和转子系统，其中径向轴承包括：套设于所述转轴上的磁轴承，所述磁轴承上沿周向设置有多个磁性部件；所述磁轴承朝向所述转轴的侧壁，或所述转轴朝向所述磁轴承的圆周面上设置有动压发生槽；其中，所述磁轴承与所述转轴之间具有轴承间隙，且所述转轴能够在所述多个磁性部件的磁力作用下在所述转轴的径向方向上移动。本实用新型通过在径向轴承中设置轴承间隙和磁轴承，从而使该径向轴承形成气、磁混合径向轴承，由于气体轴承与磁轴承能够协同工作，能够改善径向轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性。

Description

一种径向轴承和转子系统

技术领域

本实用新型涉及轴承技术领域，尤其涉及一种径向轴承和转子系统。

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，转子会受到径向方向的力。为了限制转轴发生径向上的移动，转子系统中需要安装径向轴承。传统的径向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径向轴承和转子系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种径向轴承和转子系统，以解决上述问题。

第一方面，本实用新型提供一种径向轴承，用于安装于转轴上，所述径向轴承包括：

套设于所述转轴上的磁轴承，所述磁轴承上沿周向设置有多个磁性部件；

所述磁轴承朝向所述转轴的侧壁，或所述转轴朝向所述磁轴承的圆周面上设置有动压发生槽；

其中，所述磁轴承与所述转轴之间具有轴承间隙，且所述转轴能够在所述多个磁性部件的磁力作用下在所述转轴的径向方向上移动。

可选的，所述磁轴承包括：

磁轴承座，所述磁轴承座套设于所述转轴上，所述磁轴承座上沿周向设置有多个容纳槽，所述多个磁性部件设置于所述多个容纳槽内，且所述多个磁性部件的磁极朝向所述转轴；

套设于所述磁轴承座外的轴承壳；

套设于所述磁轴承座与所述转轴之间的轴承套；

以及，分别设置于所述轴承壳两端的第一端盖和第二端盖；

其中，所述轴承套、所述第一端盖及所述第二端盖配合，将所述多个磁性部件固定于所述磁轴承座上。

可选的，所述多个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。

可选的，所述动压发生槽呈矩阵排布。

可选的，所述动压发生槽为连续或间隔设置的V形槽。

可选的，所述磁轴承上还设置有静压进气节流孔，所述静压进气节流孔的一端与所述轴承间隙相通，另一端连接外部气源，用于将外部气源输送至所述轴承间隙内。

可选的，所述静压进气节流孔在所述磁轴承内分成至少两个支路连通至所述轴承间隙内。

可选的，所述径向轴承还包括沿所述磁轴承的周向间隔设置的多个传感器，，所述多个传感器为以下任意一种或多种的组合：

用于检测所述转轴位置的位移传感器；

用于检测所述轴承间隙处的气膜压力的压力传感器；

用于检测所述转轴转速的速度传感器；

用于检测所述转轴旋转加速度的加速度传感器。

可选的，所述多个传感器中，每个传感器包括传感器盖和传感器探头，所述传感器探头的第一端连接所述传感器盖，所述传感器盖固定于所述磁轴承上，所述磁轴承上设有用于供所述传感器探头穿过的通孔；所述传感器探头的第二端穿过所述磁轴承上的通孔，并伸至所述轴承间隙，且所述传感器探头的第二端端部与所述磁轴承的靠近所述转轴的一侧平齐。

第二方面，本实用新型提供一种转子系统，包括转轴和至少两个径向轴承，所述至少两个径向轴承均为非接触式轴承；

其中，所述至少两个径向轴承中的至少一个径向轴承为第一方面中任一项所述的径向轴承。

可选的，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推力轴承，所述推力轴承为非接触式轴承；

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。

可选的，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、透平和推力轴承，所述推力轴承为非接触式轴承；

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。

本实用新型中，通过在径向轴承中设置轴承间隙和磁轴承，从而使该径向轴承形成气、磁混合径向轴承。这样，由于气体轴承与磁轴承能够协同工作，本实用新型能够改善径向轴承，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。可见，本实用新型的径向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实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型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实用新型的一些实施例，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是实施例一提供的一种径向轴承的半剖视图；

图2是实施例一提供的另一种径向轴承的剖视图；

图3是实施例一提供的径向轴承的外部视图；

图4是实施例一提供的径向轴承中磁轴承的结构示意图；

图5是实施例一提供的径向轴承中磁轴承座的结构示意图；

图6是实施例一提供的径向轴承中在轴承套上设置动压发生槽的结构示意图之一；

图7是实施例一提供的径向轴承中在轴承套上设置动压发生槽的结构示意图之二；

图8是实施例一提供的径向轴承中在转轴上设置动压发生槽的结构示意图；

图9是实施例二提供的一种转子系统的结构示意图；

图10是实施例三提供的一种转子系统的结构示意图；

图11是实施例四提供的一种转子系统的结构示意图；

图12是实施例四提供的另一种转子系统的结构示意图；

图13是实施例五提供的一种在转子系统中设置锁紧装置的结构示意图；

图14是实施例五提供的另一种在转子系统中设置锁紧装置的结构示意图；

图15是图14中C-C向的结构示意图；

图16是实施例六提供的在转轴上涂覆防磨涂层的结构示意图；

图17是实施例七提供的一种径向轴承的控制方法的流程示意图；

图18是实施例七提供的另一种径向轴承的控制方法的流程示意图；

图19是实施例八提供的一种推力轴承的结构示意图；

图20是实施例八提供的推力轴承中磁轴承的结构示意图；

图21是实施例八提供的推力轴承中磁轴承座的结构示意图；

图22是实施例八提供的推力轴承中第一箔片的结构示意图；

图23是实施例九提供的一种推力轴承的结构示意图；

图24是实施例九提供的推力轴承中磁轴承的结构示意图；

图25是实施例九提供的推力轴承中磁轴承座的结构示意图；

图26是实施例九提供的推力轴承中在推力盘上设置动压发生槽的结构示意图之一；

图27是实施例九提供的推力轴承中在推力盘上设置动压发生槽的结构示意图之二；

图28是实施例九提供的推力轴承中在压环上设置动压发生槽的结构示意图之一；

图29是实施例九提供的推力轴承中在压环上设置动压发生槽的结构示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图8所示，径向轴承600，用于安装于转轴100上，径向轴承600包括：

套设于转轴100上的磁轴承6201，磁轴承6201上沿周向设置有多个磁性部件；

磁轴承6201朝向转轴100的侧壁，或转轴100朝向磁轴承6201的圆周面上设置有动压发生槽6202；

其中，磁轴承6201与转轴100之间具有轴承间隙6203，且转轴100能够在多个磁性部件的磁力作用下在转轴100的径向方向上移动。

本实用新型实施例中，通过在径向轴承600中设置轴承间隙6203和磁轴承6201，从而使该径向轴承600形成气、磁混合径向轴承。

工作时，径向轴承600中的气体轴承与磁轴承6201能够协同工作，在径向轴承600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600处于非稳定的工作状态时，依靠磁轴承6201及时对径向轴承600进行控制和响应。

可见，本实用新型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。本实用新型实施例的径向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。

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，本实用新型的优选实施例中，转轴100由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。

本实用新型实施例中，当转轴100旋转时，存在于轴承间隙6203的流动气体被压入动压发生槽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，动压发生槽6202产生压力的大小随动压发生槽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，动压发生槽6202产生压力的大小也和转轴 100的旋转速度以及轴承间隙6203有关。可以根据实际工况对动压发生槽6202的参数进行设计。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磁轴承6201或转轴100上。

可选的，多个磁性部件包括多个永磁体，多个永磁体在磁轴承6201上沿周向设置；

或者，多个磁性部件包括多个电磁铁，多个电磁铁在磁轴承6201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6201上的磁芯62011及缠绕于磁芯62011上的线圈62012。

本实用新型实施例中，当径向轴承6200仅需要磁性部件提供磁力而无需磁控时，磁性部件优选永磁体；当径向轴承6200同时需要磁性部件提供磁力和磁控时，磁性部件优选电磁铁。

当磁性部件为电磁铁时，往线圈62012通入电流，即可以使磁芯62011产生磁力。往线圈62012通入电流的大小不同，磁芯62011产生的磁力大小也不同；往线圈62012通入电流的方向不同，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，本实用新型的优选实施例中，磁芯62011可以由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。

可选的，磁轴承6201包括：

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

套设于磁轴承座62013外的轴承壳62015；

套设于磁轴承座62013与转轴100之间的轴承套62016；

以及，分别设置于轴承壳62015两端的第一端盖62017和第二端盖62018；

其中，轴承套62016、第一端盖62017及第二端盖62018配合，将多个磁性部件固定于磁轴承座62013上。

本实用新型实施例中，通过设置轴承套62016，能够封闭磁芯62011以及线圈62012之间的轴承间隙，从而在轴承套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轴承套62016能够方便地调节和控制轴承间隙6203的大小。

其中，轴承套62016与转轴100之间的轴承间隙6203的宽度可以为5μm至12μm，优选8μm至620μm。

需要说明的是，在本申请的径向轴承应用于立式的转子系统的情况下，转轴100未开启时，转轴100与轴承套62016同轴心设置，转轴100开启后，转轴100的轴心偏离轴承套62016的轴心的任意一侧，且偏心率ε为0.3至0.5，以保证轴承套62016与转轴100之间能够形成楔状的轴承间隙6203。在转轴100旋转时，气体被压入轴承间隙6203，从而产生压力来支撑负载。其中，偏心率ε＝e/(R-r)，其中，e为转轴的轴心至轴承套的轴心之间的距离，R为轴承套的内径，r为转轴的内径，(R-r)为轴承间隙的宽度。

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，本实用新型的优选实施例中，磁轴承座62013由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。容纳槽62014的数量可以为但不限于为六个或八个，沿磁轴承座62013的周向均匀设置。这样，能够使磁轴承6201的磁力更加均匀、稳定。需要说明的是，多个磁性部件还可以采用其他方式设置于磁轴承座62013上，对此不进行限定。第一端盖62017及第二端盖62018的材料可以为非磁性材料，优选硬铝材料。轴承套62016的材料可以是非磁性材料，优选硬铝材料。轴承壳62015 的材料可以是非磁性材料，优选硬铝材料。

优选的，第一端盖62017和第二端盖62018均设置有外径与轴承壳62015的内径相同的凸台，第一端盖62017和第二端盖62018的凸台用于从两端固定和压紧组成磁轴承座62013的硅钢片或者矽钢片。

本实用新型实施例中，可以在轴承套62016上设置动压发生槽6202，为便于动压发生槽6202的加工，轴承套62016可以由不锈钢材料制成。具体地，动压发生槽6202可以设置在转轴100上对应轴承套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、相互独立的两部分动压发生槽6202；动压发生槽6202还可以设置在轴承套62016 内侧壁的中间部分，也可以设置为对称分布在轴承套62016内侧壁两端、相互独立的两部分动压发生槽6202。

可选的，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轴承间隙6203内。

可选的，动压发生槽6202为连续或间隔设置的V形槽。

本实用新型实施例中，通过采用上述动压发生槽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。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，磁轴承6201上还设置有静压进气节流孔6205，静压进气节流孔6205的一端与轴承间隙6203相通，另一端连接外部气源，用于将外部气源输送至轴承间隙6203内。

本实用新型实施例中，通过设置上述静压进气节流孔6205，可以形成气体静压轴承，从而该径向轴承600可以构成气体动静压-磁混合径向轴承。其中，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，静压进气节流孔6205在磁轴承6201内分成至少两个支路连通至轴承间隙6203 内。

本实用新型实施例中，静压进气节流孔6205可以依次穿过第一端盖62017或第二端盖62018、磁轴承6201以及轴承套62016，将外部气源与轴承间隙6203连通。进一步地，静压进气节流孔6205可以分为两个或者更多个支路连通至轴承间隙6203，使得轴承间隙6203内的气膜压力更加均匀。进一步的，第一端盖62017或第二端盖62018上可以设置有环形槽，可在磁轴承6201与该环形槽对应的环形区域内设置多个静压进气节流孔6205，例如，在每个磁芯62011中或每两个相邻的磁芯62011中设置一个静压进气节流孔6205。其中，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，径向轴承600还包括沿磁轴承6201的周向间隔设置的多个传感器6204，其中每个传感器6204的传感器探头设置于轴承间隙6203内。

本实用新型实施例中，通过设置传感器6204，能够实时检测轴承间隙6203处的参数，例如轴承间隙6203处的气膜压力等。这样，磁轴承6201可以根据传感器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，多个传感器6204中，每个传感器6204包括传感器盖和传感器探头(图中未示出)，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6201上，磁轴承6201 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磁轴承6201上的通孔，并伸至轴承间隙6203，且传感器探头的第二端端部与磁轴承6201的靠近转轴100的一侧平齐。

本实用新型实施例中，通过上述传感器6204的结构形式和安装方式，能够使传感器 6204更稳定地设置于磁轴承6201上。此外，将传感器探头的第二端端部与磁轴承6201的靠近转轴100的一侧平齐，一方面，能够避免传感器探头受到转轴100的碰触，从而有利于保护传感器探头；另一方面，不会对轴承间隙6203内的气膜产生影响，避免轴承间隙 6203内的气膜发生扰动。

本实用新型实施例中，传感器6204的数量可以与磁性部件的数量相同。传感器6204 可以设置于相邻的两个磁性部件之间，也可以穿过磁性部件设置，本实用新型实施例对此不作限定。每个传感器6204优选设置于磁轴承6201的中部。

可选的，多个传感器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；

用于检测轴承间隙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。

实施例二

本实用新型实施例提供一种转子系统，包括：

转轴，所述转轴的轴体为一体结构，所述转轴水平设置；

依次设置于所述转轴上的电机、压气机和透平；

以及，设置于所述转轴上的推力轴承和至少两个径向轴承；

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。

本实用新型实施例中，至少两个径向轴承中的至少一个径向轴承为本申请中提供的径向轴承。

本实用新型实施例中，推力轴承为用于限制转轴在轴向方向上移动的轴承，径向轴承为用于限制转轴在径向方向上移动的轴承。

随着转子转速的提高，普通的电磁轴承和空气轴承均已无法满足高转速转子的需要。因此，本实用新型实施例中，为了适应转子高速转动的发展需求，径向轴承可以采用非接触式轴承。

本实用新型实施例中，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，本实用新型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，本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，转轴水平设置，因此，可以理解地，本实用新型实施例的转子系统为水平转子系统，其可以适用于需要使用水平转子系统的卧式机组，例如卧式燃气轮机发电机组。

如图9所示，本实用新型实施例提供一种转子系统，包括转轴100和推力轴承500，转轴100的轴体为一体结构，转轴100水平设置；

转轴100上依次设置有电机200、压气机300和透平400；

转轴上还设置有第一径向轴承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；

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。

目前，非接触式轴承一般包括电磁轴承和空气轴承。然而，电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。

因此，考虑到燃气轮机或者燃气轮机发电机组高转速的发展需求，为了提高径向轴承的工作性能，本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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一动压发生槽201；电机200还可以是启发一体式电机，这样，在转子系统启动时，电机200可以作为电动机使用，以驱动转子系统转动；当转子系统启动之后，电机200可以作为发电机使用，以实现转子系统驱动发电机发电。

本实用新型实施例的转子系统中的推力轴承500和径向轴承还可以采用其它设置方式，由于无法穷举，本实用新型实施例不再一一说明。

实施例三

本实用新型实施例提供一种转子系统，包括：

转轴，所述转轴的轴体为一体结构，所述转轴竖向设置；

依次设置于所述转轴上的电机、压气机和透平；

以及，设置于所述转轴上的推力轴承和至少两个径向轴承；

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。

本实用新型实施例中，推力轴承为本申请中提供的推力轴承。

本实用新型实施例中，推力轴承为用于限制转轴在轴向方向上移动的轴承，径向轴承为用于限制转轴在径向方向上移动的轴承。

随着转子转速的提高，普通的电磁轴承和空气轴承均已无法满足高转速转子的需要。因此，本实用新型实施例中，为了适应转子高速转动的发展需求，径向轴承可以采用非接触式轴承。

本实用新型实施例中，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，本实用新型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，本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，转轴竖向设置，因此，可以理解地，本实用新型实施例的转子系统为立式转子系统，其可以适用于需要使用立式转子系统的立式机组，例如立式燃气轮机发电机组。

由于推力轴承和径向轴承均采用非接触式轴承，使得转子系统能够立式设置。这样，转子系统的重心处于轴心，不会产生静挠曲，且重力在轴线上产生的力矩为零，能够消除重力对转子系统的转动产生影响，从而能够提高转子系统的稳定性。同时，由于转子系统立式设置，所有部件的重心向下，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。

如图10所示，本实用新型实施例提供一种转子系统，包括转轴100和推力轴承500，转轴100的轴体为一体结构，转轴100竖向设置；

转轴100上依次设置有电机200、压气机300和透平400；

转轴上还设置有第一径向轴承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；

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。

目前，非接触式轴承一般包括电磁轴承和空气轴承。然而，电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。

因此，考虑到燃气轮机或者燃气轮机发电机组高转速的发展需求，为了提高径向轴承的工作性能，本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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一动压发生槽201；电机200还可以是启发一体式电机，这样，在转子系统启动时，电机200可以作为电动机使用，以驱动转子系统转动；当转子系统启动之后，电机200可以作为发电机使用，以实现转子系统驱动发电机发电。

本实用新型实施例的转子系统中的推力轴承500和径向轴承还可以采用其它设置方式，由于无法穷举，本实用新型实施例不再一一说明。

实施例四

本实用新型实施例提供一种转子系统，包括：

转轴，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；

设置于所述转轴上的电机、压气机、透平、推力轴承和两个径向轴承，所述两个径向轴承均为非接触式轴承；

以及，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。

本实用新型实施例中，推力轴承为本申请中提供的推力轴承。

本实用新型实施例中，推力轴承为用于限制转轴在轴向方向上移动的轴承，径向轴承为用于限制转轴在径向方向上移动的轴承。

随着转子转速的提高，接触式轴承由于存在较大的机械磨损，均已无法满足高转速转子的需要。因此，本实用新型实施例中，为了适应转子高速转动的发展需求，径向轴承均可以采用非接触式轴承。

本实用新型实施例中，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，本实用新型降低了燃气轮机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。

本实用新型实施例中，转轴可以水平设置，也可以竖向设置，因此，可以理解地，本实用新型实施例的转子系统既适用于需要使用转子系统的卧式机组，也适用于需要使用转子系统的立式机组，例如卧式燃气轮机电机组，或立式燃气轮机电机组。

本实用新型实施例中，由于转轴的轴体为一体结构，从而区别于现有技术中采用联轴器将燃气轮机转子与电机转子进行连接。与现有技术相比，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。

本实用新型实施例中，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。

进一步的，为降低透平产生的热量对压气机效率的影响，可以在透平的涡轮上和/或所述压气机上设置隔热层(图中未示出)，其中，隔热层的材料可以是气凝胶或隔热性能良好的其它材料；透平的涡轮还可以采用导热系数较低的材料制造，例如，用陶瓷材料制造透平的涡轮。

如图11所示，本实用新型实施例提供一种转子系统，包括转轴100和推力轴承500，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800和第二机匣900，第一机匣800与第二机匣900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800内，压气机300和透平400均设置于第二机匣900内。

第一径向轴承600设置于电机200的远离第二机匣900的一侧，第二径向轴承700设置于电机200的靠近第二机匣900的一侧；推力轴承500设置于第一径向轴承600与电机 200之间。

目前，非接触式轴承一般包括电磁轴承和空气轴承。然而，电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。

因此，考虑到燃气轮机电机组高转速的发展需求，为了提高推力轴承和径向轴承的工作性能，本实用新型实施例中，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可以采用气磁混合径向轴承或气体动静压混合径向轴承。

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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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为动压轴承电机，转轴100的对应电机200的轴承的部位可以设置有第一动压发生槽201。

进一步的，电机200还可以是启发一体式电机。

这样，在转子系统初始启动时刻，可以将电机200以启动模式开启，以使转子系统转动，当转子系统的转速提升至预设转速后，可以将电机200的工作模式切换到发电模式。

如图12所示，本实用新型实施例提供另一种转子系统，包括转轴100和推力轴承500，转轴100的轴体为一体结构，转轴100竖向设置；

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800和第二机匣900，第一机匣800与第二机匣900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800内，压气机300和透平400均设置于第二机匣900内。

第一径向轴承600设置于电机200的远离第二机匣900的一侧，第二径向轴承700设置于电机200的靠近第二机匣900的一侧；推力轴承500设置于第一径向轴承600与电机200之间。

其余均可参照图11中的相关说明，并能达到相同的技术效果，为避免重复，本实用新型实施例对此不作赘述。

实施例五

当本申请的转子系统用于移动设备上时，例如增程式电动汽车，在转子系统不工作的情况下，转轴与轴承直接接触。汽车在行驶过程中，由于颠簸或者振动引起转轴相对于轴承径向或者轴向的移动，使得转轴和轴承之间产生磨损，进而影响轴承的精度和寿命。

因此，为了解决上述问题，在本实用新型其它实施例的基础上，本实用新型实施例的转子系统设置锁紧装置，该锁紧装置用于在转子系统不工作时，锁紧转轴。

本实用新型实施例中，锁紧装置的结构形式及设置方式并不唯一，为便于理解，下面结合图9对转子系统中设置有锁紧装置的两种实施方式进行具体描述。

一种实施方式下，如图13所示，锁紧装置110包括伸缩顶紧单元111、连接杆112和固定部件113，连接杆112的一端连接固定部件113，另一端连接伸缩顶紧单元111，伸缩顶紧单元111正对转轴100的远离透平400的一端的端面，固定部件113的另一端固定连接到安装本申请的转子系统的壳体。

在转子系统停机时，锁紧装置110的伸缩顶紧单元111动作，并沿转轴100的轴向推动转轴100，使得推力轴承500的定子与推力盘接触，从而将转轴100轴向固定，同时利用推力轴承500的定子与推力盘之间的摩擦力将转轴100径向固定。

进一步地，伸缩顶紧单元111设置有顶尖部(图中未示出)，转轴100的远离透平400的一端的端面设置有顶尖孔(图中未示出)。在锁紧状态下，顶尖部顶入转轴100的顶尖孔，从而能够更好地将转轴100固定，防止在车辆的行驶过程中，造成对转轴100和轴承的磨损和损坏。

另一种实施方式下，如图14至图15所示，锁紧装置120也可以设置为卡套结构的锁紧装置。具体的，锁紧装置120包括伸缩单元121和卡套122，卡套122连接到伸缩单元 122的伸缩端。卡套122可以为半圆卡套，其半径等于或者稍微大于转轴100的半径，卡套122的轴线与转轴100的轴线平行设置，伸缩单元121安装到转轴100的大致轴向中间位置，并固定连接至安装本申请的转子系统的壳体。

在转子系统停机时，伸缩单元121伸出，使卡套122卡住转轴100，并将转轴100推动到与径向轴承接触，从而将转轴100径向固定，同时利用径向轴承与转轴100的摩擦力将转轴100轴向固定。

进一步地，伸缩单元121可以选择活塞式气缸或者液压缸等可实现伸缩控制的部件。

在该实施方式下，锁紧装置120在转轴100上的设置位置可以不作限定，优选地，锁紧装置120设置于转子系统中的最远的两个径向轴承之间。

需要说明的是，图13与图14中的锁紧装置均基于图9示出的转子系统设置，对于在本实用新型其它实施例的转子系统中设置锁紧装置，在此不作一一描述。

本实用新型实施例中，通过设置锁紧装置，在转子系统不工作时，锁紧装置能够锁紧转轴。这样，能够防止转轴相对于轴承径向或者轴向的移动，从而能够提高轴承的精度和寿命。

实施例六

当本申请的转子系统用于移动设备上时，例如增程式电动汽车，在转子系统不工作的情况下，转轴与轴承直接接触。汽车在行驶过程中，由于颠簸或者振动引起转轴相对于轴承径向或者轴向的移动，使得转轴和轴承之间产生磨损，进而影响轴承的精度和寿命。

因此，为了解决上述问题，在本实用新型其它实施例的基础上，本实用新型实施例的转子系统，在转轴100的安装轴承的部位涂有防磨涂层101，如图16所示。

在转轴100的安装轴承的部位涂有防磨涂层101，可以有效防止转轴100和轴承的磨损。该防磨涂层101优先选用化学稳定性、耐腐蚀性、高润滑不粘性和良好的抗老化耐力的材料，例如聚四氟乙烯等。

需要说明的是，图16中的防磨涂层101基于图9示出的转子系统设置，对于在本实用新型其它实施例的转子系统中设置锁紧装置，在此不作一一描述。

实施例七

下面以本实用新型实施例的径向轴承(其中，磁轴承中的磁性部件为电磁铁)在转子系统中的控制方法进行详细地说明。

如图17所示，本实用新型实施例提供一种径向轴承的控制方法，包括：

S631、开启磁轴承，控制转轴在多个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，关闭磁轴承。

S633、转子系统停机时，开启磁轴承。

S634、转轴的转速减速至零之后，关闭磁轴承。

在上述过程中，磁轴承开启后，转轴在磁轴承的作用下托起并到达预设径向位置(可以通过位移传感器对转轴的径向位置进行检测)，磁轴承与转轴之间具有轴承间隙。随着转轴的转动，转轴在受轴承间隙中气流润滑的情况下开始转动，以防止磨损。

磁轴承开启的具体过程为：向线圈输入预定值的电流信号，转轴在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(磁轴承与转轴之间设置轴承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磁轴承，直到转轴完全停下后即可关闭磁轴承。

如图18所示，本实用新型实施例还提供另一种径向轴承的控制方法，包括：

S641、开启磁轴承，控制转轴在多个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，开启磁轴承。

具体的，当转轴与磁轴承之间的轴承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，开启磁轴承。

S646、转子系统平稳度过一阶临界速度或二阶临界速度之后，关闭磁轴承。

S647、转轴的转速减速至第二预设值时，开启磁轴承。

具体的，当转轴与磁轴承之间的轴承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，控制磁轴承按照预设频率以频闪的方式开启。

S648、转轴的转速减速至零之后，关闭磁轴承。

在上述过程中，磁轴承开启后，转轴在磁轴承的作用下托起并到达预设径向位置(可以通过位移传感器对转轴的径向位置进行检测)，磁轴承与转轴之间具有轴承间隙。随着转轴的转动，转轴在受轴承间隙中气流润滑的情况下开始转动，以防止磨损。

磁轴承开启的具体过程为：向线圈输入预定值的电流信号，转轴在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(磁轴承与转轴之间设置轴承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，开启磁轴承，直到转轴完全停下后即可关闭磁轴承。

可选的，所述方法还包括：

当所述转轴与所述磁轴承之间的轴承间隙发生变化时，开启所述磁轴承，使所述转轴在所述多个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磁轴承时，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。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径向位置时，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磁轴承，则有可能导致转轴与磁轴承之间的轴承间隙瞬间过小，使轴承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，需要控制磁轴承的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，磁轴承停止工作。

需要说明的是，现实中，转轴的截面不可能是一个理想圆，当转轴的不圆度在转轴旋转过程中影响了气膜压力时，磁轴承与转轴之间的轴承间隙在径向上分布不均匀，间隙小的地方气膜压力变大而间隙大的地方气膜压力减小。为降低转轴精度可以使轴承间隙增大后，这样，转轴的不圆度对气膜压力和分布的影响随着轴承间隙的增大而下降。然而，随着轴承间隙的增大，在转轴的转速足够大并达到平衡状态后，气体动压轴承的承载能力会有所下降。本实用新型实施例中由于径向轴承设置有磁轴承，能够弥补气体动压轴承的承载能力下降的缺陷。

本实用新型实施例中，对于径向轴承同时设置有磁轴承(其中，磁轴承中的磁性部件为电磁铁)和气体静压轴承(磁轴承上设置有静压进气节流孔)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。

本实用新型实施例中，对于同时设置有电磁轴承和气体静压轴承的情况下，可以包括如下实施方式：

开启磁轴承；和/或，启动外部气源，通过静压进气节流孔向轴承间隙处输送气体；

控制所述转轴在多个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。

其中，对于同时开启磁轴承和气体静压轴承的实施方式，能够进一步提高本实用新型实施例的径向轴承的承载力。

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，以最节能的方式将转轴固定在某一极小范围内。

综合上述，本实用新型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。在转子系统开启或停机时，可以用磁轴承使转轴转动，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径向轴承，本实用新型实施例的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，形成动静压-磁混合径向轴承，在同时设置有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，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，控制系统控制气体静压轴承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。

本申请中，转子系统中的推力轴承可以采用多种结构形式，若推力轴承采用气磁混合推力轴承，则可以是箔片式气磁混合推力轴承，也可以是槽式气磁混合推力轴承。

下面结合附图分别对上述两种推力轴承的具体结构形式，以及在整个转子系统控制中的具体控制过程进行详细地说明。

实施例八

图19至图22为本实用新型实施例提供的箔片式气磁混合推力轴承的结构示意图。

如图19至图22所示，箔片式气磁混合推力轴承5100包括：

第一推力盘5101，第一推力盘5101固定连接于转轴100上；

以及，穿设于转轴100上的第一定子5102和第二定子5103，第一定子5102和第二定子5103分别设置于第一推力盘5101的相对两侧；

第一定子5102和第二定子5103中，每个定子包括第一磁轴承5104和第一箔片轴承5105，第一磁轴承5104上沿周向设置有多个第一磁性部件，第一箔片轴承5105设置有能够与多个第一磁性部件之间产生磁力的第二磁性部件；

其中，第一箔片轴承5105设置于第一磁轴承5104与第一推力盘5101之间，并与第一推力盘5101之间具有第一间隙5106，且第一箔片轴承5105能够在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。

本实用新型实施例中，通过在推力轴承5100中设置第一间隙5106和第一磁轴承5104，从而使该推力轴承5100形成气、磁混合推力轴承。

工作时，推力轴承5100中的气体轴承与第一磁轴承5104能够协同工作，在推力轴承 5100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5100处于非稳定的工作状态时，依靠第一磁轴承5104及时对推力轴承5100进行控制和响应。

可见，本实用新型实施例能够改善推力轴承，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。本实用新型实施例的推力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。

本实用新型实施例中，第一推力盘5101、第一定子5102和第二定子5103的外径可以相等，且第一定子5102和第二定子5103的结构可以完全相同。

当本实用新型实施例的转子系统应用于燃气轮机或者燃气轮机发电联合机组时，第一定子5102和第二定子5103可以通过连接件与燃气轮机的壳体连接。

可选的，多个第一磁性部件包括多个第一永磁体，多个第一永磁体在第一磁轴承5104 上沿周向设置；

或者，多个第一磁性部件包括多个第一电磁铁，多个第一电磁铁在第一磁轴承5104上沿周向设置，多个第一电磁铁中的每个第一电磁铁包括设置于第一磁轴承5104上的第一磁芯51041及缠绕于第一磁芯上的第一线圈51042。

本实用新型实施例中，当箔片式气磁混合推力轴承5100仅需要磁性部件提供磁力而无需磁控时，第一磁性部件优选第一永磁体；当箔片式气磁混合推力轴承5100同时需要磁力和磁控时，第一磁性部件优选第一电磁铁。

当第一磁性部件为第一电磁铁时，往第一线圈51042通入电流，即可以使第一磁芯51041产生磁力。往第一线圈51042通入电流的大小不同，第一磁芯51041产生的磁力大小也不同；往第一线圈51042通入电流的方向不同，第一磁芯51041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，本实用新型的优选实施例中，第一磁芯51041由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。

可选的，第一磁轴承5104包括：

第一磁轴承座51043，第一磁轴承座51043与第一推力盘5101相对设置，第一磁轴承座51043上沿周向设置有多个第一容纳槽51044，多个第一磁性部件设置于多个第一容纳槽51044内，且多个第一磁性部件的磁极朝向第一箔片轴承5105所在的一侧；

第一端盖51045，第一端盖51045设置于第一磁轴承座51043的远离第一箔片轴承5105 的一侧，并与第一箔片轴承5105配合，将第一磁性部件固定于第一磁轴承座51043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，本实用新型的优选实施例中，第一磁轴承座51043由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。第一容纳槽51044的数量可以为但不限于为六个或八个，沿第一磁轴承座51043的周向均匀设置。这样，能够使第一磁轴承座51043与第一箔片轴承5105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第一磁轴承座51043上，对此不进行限定。第一端盖51045的材料可以是非磁性材料，优选硬铝材料。

可选的，第一箔片轴承5105包括：

与第一磁轴承座51043固定连接的第一箔片轴承座51051；

以及，设置于第一箔片轴承座51051上的第一箔片51052和第二箔片51053，第一箔片51052安装于第一箔片轴承座51051上，第二箔片51053叠设于第一箔片51052的靠近第一推力盘5101的一侧；

其中，第二箔片51053为平箔片，第二磁性部件设置于第二箔片51053上，以使第二箔片51053能够在第一磁性部件和第二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51052为能够在第二箔片51053移动时发生弹性变形的弹性变形箔片。

其中，第一箔片轴承座51051的材料为非磁性材料，优选硬铝材料。第一箔片51052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51052优选不导磁的不锈钢带。

本实用新型实施例中，通过将第二箔片51053设置为平箔片，便于控制第二箔片51053 与第一推力盘5101之间的距离，或者说，便于控制第一间隙5106的大小。第一箔片51052 采用能够弹性变形的箔片，一方面起到连接第二箔片51053和第一箔片轴承座51051的作用，另一方面可以实现第二箔片51053相对于第一箔片轴承座51051可沿转轴100的轴向移动的目的。

可选的，第一箔片51052为呈波浪状的弹性变形箔片，且第一箔片51052为不封闭的环形，其上设有一开口，开口的一端为固定端，固定端固定于第一箔片轴承座51051上，开口的另一端为活动端；

其中，第二箔片51053在转轴100的轴向方向上移动时，第一箔片51052上的波浪纹伸展或收缩，活动端沿环形的周向移动。

本实用新型实施例中，通过将第一箔片51052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51053在转轴100的轴向方向上移动。

需要说明的是，本实用新型实施例中的第一箔片51052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本实用新型实施例的第一箔片51052。

可选的，第二磁性部件包括设置于第二箔片51053的靠近第一磁轴承5104的一侧表面上的第一磁性材料；

其中，第一磁性材料在第二箔片51053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，第一磁性部件在第二箔片51053上呈点状分布。

其中，第二箔片51053的材料优选非导磁材料，在第二箔片51053的表面遮喷第一磁性材料后，可以用陶瓷涂层覆盖第一磁性材料。第二箔片51053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51053的表面完全覆盖第一磁性材料，则会大幅增加第一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51053发生变形。鉴于此，本实用新型实施例中，通过在第二箔片51053的表面遮喷第一磁性材料，使第一磁性材料在第二箔片51053上呈条状分布或点状分布，可以将第一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51053因过大的磁力而发生变形。

可选的，箔片式气磁混合推力轴承5100还包括第一传感器5107，第一传感器5107的传感器探头设置于第一间隙5106内。

本实用新型实施例中，通过设置第一传感器5107，能够实时检测第一间隙5106处的参数，例如第一间隙5106处的气膜压力等。这样，第一磁轴承5104可以根据第一传感器5107的检测结果对推力轴承5100进行主动控制，并能够使控制达到较高的精度。

可选的，第一传感器5107包括第一传感器盖51071和第一传感器探头51072，第一传感器探头51072的第一端连接第一传感器盖51071，第一传感器盖51071固定于第一磁轴承5104上，第一磁轴承5104和第一箔片轴承5105上设有用于供第一传感器探头51072穿过的通孔；第一传感器探头51072的第二端穿过第一磁轴承5104和第一箔片轴承5105上的通孔，并伸至第一间隙5106，且第一传感器探头51072的第二端端部与第一箔片轴承5105 的靠近第一推力盘5101的一侧平齐。

本实用新型实施例中，通过上述第一传感器5107的结构形式和安装方式，能够使第一传感器5107更稳定地设置于第一磁轴承5104上。将第一传感器探头51072的第二端端部与第一箔片轴承5105的靠近第一推力盘5101的一侧平齐，一方面，能够避免第一传感器探头51072受到第一推力盘5101的碰触，从而有利于保护第一传感器探头51072；另一方面，不会对第一间隙5106内的气膜产生影响，避免第一间隙5106内的气膜发生扰动。

可选的，第一传感器5107设置于相邻的两个第一磁性部件之间。

本实用新型实施例中，每个定子上均应当设置至少一个第一传感器5107，优选设置一个第一传感器5107，该第一传感器5107优选设置在相邻两个第一磁性部件之间。

可选的，第一传感器5107为以下任意一种或多种的组合：

用于检测第一推力盘5101位置的位移传感器；

用于检测第一间隙5106处的气膜压力的压力传感器；

用于检测第一推力盘5101转速的速度传感器；

用于检测第一推力盘5101旋转加速度的加速度传感器。

下面以本实用新型实施例的箔片式气磁混合推力轴承(其中，第一磁轴承中的第一磁性部件为电磁铁)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。

本实用新型实施例提供一种箔片式气磁混合推力轴承的控制方法，包括：

S511、开启第一定子和第二定子中的第一磁轴承，控制第一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，以使第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙等于第一推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙。

S512、转轴的转速加速至工作转速之后，关闭第一定子和第二定子中的第一磁轴承。

S513、转子系统停机时，开启第一定子和第二定子中的第一磁轴承。

S514、转轴的转速减速至零之后，关闭第一定子和第二定子中的第一磁轴承。

在上述过程中，第一磁轴承开启后，第一推力盘在第一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，第一推力盘与第一定子和第二定子的端面均具有第一间隙。

随着转轴的转动，第一推力盘在受第一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。第一磁轴承开启的具体过程为：向第一线圈输入预定值的电流信号，第一推力盘在第一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。

随着转轴的转速越来越大，第一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(第一推力盘与第一定子和第二定子之间设置第一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第一推力盘稳定，届时可以关闭第一磁轴承。

在转子系统停机时，第一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第一磁轴承，直到第一推力盘完全停下后即可关闭第一磁轴承。

本实用新型实施例还提供另一种箔片式气磁混合推力轴承的控制方法，包括：

S521、开启第一定子和第二定子中的第一磁轴承，控制第一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，以使第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙等于第一推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙。

S522、转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭第一定子和第二定子中的第一磁轴承。

S523、转轴的转速减速至第二预设值时，开启第一定子和第二定子中的第一磁轴承。

S524、转轴的转速减速至零之后，关闭第一定子和第二定子中的第一磁轴承。

在上述过程中，第一磁轴承开启后，第一推力盘在第一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，第一推力盘与第一定子和第二定子的端面均具有第一间隙。

随着转轴的转动，第一推力盘在受第一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。第一磁轴承开启的具体过程为：向第一线圈输入预定值的电流信号，第一推力盘在第一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。

随着转轴的转速越来越大，第一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(第一推力盘与第一定子和第二定子之间设置第一间隙即形成该箔片式气磁混合推力轴承的气体动压轴承)产生的气膜压力可以将第一推力盘稳定，届时可以关闭第一磁轴承。

在转子系统停机过程中，第一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，开启第一磁轴承，直到第一推力盘完全停下后即可关闭第一磁轴承。

可选的，上述方法还包括：

当载荷负载在第一推力盘，第一推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙不等于推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙时，开启第一定子和第二定子中的第一磁轴承；

当第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙等于第一推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙时，关闭第一定子和第二定子中的第一磁轴承。

当载荷负载在第一推力盘上，使第一推力盘与第一定子或第二定子的第一箔片轴承之间的第一间隙变小而接近该侧的第一箔片轴承时，第一传感器(这里的第一传感器优选压力传感器)获得气压增大的信号，此时第一磁轴承需要介入工作。第一磁轴承并不完全直接将磁力作用于第一推力盘上，使其向另一侧的第一箔片轴承移动，而是使用磁力将另一侧的第一箔片轴承朝远离第一推力盘的方向移动，使第一推力盘与另一侧的第一箔片轴承之间的第一间隙提高，从而提高第一间隙变小侧的压力，适应第一推力盘上负载的重量，自动重新分配两个第一间隙上的气流压力。当第一推力盘达到新的平衡位置时，第一磁轴承停止工作。

具体的，若第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙小于第一推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙，则控制第二定子中的第一箔片轴承在多个第一磁性部件与第二磁性部件之间的磁力作用下，朝远离第一推力盘的方向在转轴的轴向方向上移动。

若第一推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙小于第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙，则控制第一定子中的第一箔片轴承在多个第一磁性部件与第二磁性部件之间的磁力作用下，朝远离第一推力盘的方向在转轴的轴向方向上移动。

可选的，当载荷负载在第一推力盘，第一推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙不等于推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙时，开启第一定子和第二定子中的第一磁轴承，包括：

当载荷负载在第一推力盘，第一推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙不等于推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙时，控制第一定子和第二定子中的第一磁轴承以最大功率开启；或者，

当载荷负载在第一推力盘，第一推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第一推力盘与第一定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙不等于推力盘与第二定子中的第一箔片轴承之间的第一间隙时，控制第一定子和第二定子中的第一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，第一推力盘可能快速地接近某侧第一箔片轴承，则有可能导致该侧的第一间隙瞬间过小，使该侧第一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，需要该侧第一箔片轴承主动“避让”第一推力盘，从而使该侧的第一间隙增大以使气流速度尽可能维持在亚音速区间，以维护其正常的流体压力。具体的，需要同时控制第一定子和第二定子上的第一磁轴承，使第一磁轴承的磁极以相同的极性励磁，即第一间隙减小的一侧产生吸力，用于回吸该侧第一箔片轴承，第一间隙增大的一侧产生吸力，用于拉回第一推力盘。这样，利用两侧磁力作用距离的差产生磁力差，以此拉动第一推力盘使第一推力盘与两侧第一箔片轴承之间的第一间隙恢复正常，从而使第一推力盘重新回到平衡状态。

在上述过程中，利用第一磁轴承方便实时控制的优点，主动平衡第一推力盘的不平衡质量或第一推力盘涡动等导致第一推力盘过度偏移的因素，使第一推力盘在转轴的轴向方向上固定在某一极小范围内。另外，在第一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)，并通过控制第一磁轴承的电流大小和方向等，使第一磁轴承产生相反的力来平衡激波作用。待激波平稳后，再次调整第一磁轴承的控制策略，以最节能的方式将第一推力盘固定在某一极小范围内。

综合上述，本实用新型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。在转子系统启动或停机时，可以用电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，本实用新型实施例的箔片式气磁混合推力轴承具有响应速度快的优点。

其三，通过在箔片上设置磁性材料，通过电磁轴承的磁极的吸引能够使箔片适度变形，提高轴承中润滑气膜一侧的最高压力和防止润滑气流泄漏，提高推力盘抗受扰动偏心撞壁的能力，从而也提高了轴承的承载能力。

其四，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。

实施例十

图23至图29为本实用新型实施例提供的槽式气磁混合推力轴承的结构示意图。

如图23至图29所示，槽式气磁混合推力轴承5200包括：

第二推力盘5201，第二推力盘5201固定连接于转轴100上，第二推力盘5201上设置有第三磁性部件；

以及，穿设于转轴100上的第三定子5202和第四定子5203，第三定子5202和第四定子5203分别设置于第二推力盘5201的相对两侧；

第三定子5202和第四定子5203中，每个定子包括第二磁轴承5204，第二磁轴承5204 上沿周向设置有能够与第三磁性部件之间产生磁力的多个第四磁性部件，第二磁轴承5204 与第二推力盘5201之间具有第二间隙5206，且第二推力盘5201能够在第三磁性部件和多个第四磁性部件之间的磁力作用下在转轴100的轴向方向上移动；

其中，第二推力盘5201的面向第三定子5202和第四定子5203的端面，或，第三定子5202和第四定子5203的面向第二推力盘5201的端面上设置有第二动压发生槽5205。

本实用新型实施例中，通过在推力轴承5200中设置第二间隙5206和第二磁轴承5204，从而使该推力轴承5200形成气、磁混合推力轴承。

工作时，推力轴承5200中的气体轴承与第二磁轴承5204能够协同工作，在推力轴承 5200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5200处于非稳定的工作状态时，依靠第二磁轴承5204及时对推力轴承5200进行控制和响应。

可见，本实用新型实施例能够改善推力轴承，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。本实用新型实施例的推力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。

本实用新型实施例中，第二推力盘5201、第三定子5202和第四定子5203的外径可以相等，且第三定子5202和第四定子5203的结构可以完全相同。

当本实用新型实施例的转子系统应用于燃气轮机时，第三定子5202和第四定子5203 可以通过连接件与燃气轮机的壳体连接。

本实用新型实施例中，当第二推力盘5201旋转时，存在于第二间隙5206的流动气体被压入第二动压发生槽5205内，从而产生压力，以实现第二推力盘5201沿轴向方向被非接触地保持。其中，第二动压发生槽5205产生压力的大小随第二动压发生槽5205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5205产生压力的大小也和第二推力盘5201的旋转速度以及第二间隙5206有关。可以根据实际工况对第二动压发生槽5205的参数进行设计。第二动压发生槽5205可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压等方式形成于第三定子5202和第四定子5203上，或者，第二动压发生槽5205可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压等方式形成于第二推力盘5201上。

可选的，多个第四磁性部件包括多个第二永磁体，多个第二永磁体在第二磁轴承5204 上沿周向设置；

或者，多个第四磁性部件包括多个第二电磁铁，多个第二电磁铁在第二磁轴承5204上沿周向设置，多个第二电磁铁中的每个第二电磁铁包括设置于第二磁轴承5204上的第二磁芯52041及缠绕于第二磁芯52041上的第二线圈52042。

本实用新型实施例中，当槽式气磁混合推力轴承5200仅需要磁性部件提供磁力而无需磁控时，第四磁性部件优选第二永磁体；当槽式气磁混合推力轴承5200同时需要磁力和磁控时，第四磁性部件优选第二电磁铁。

当第四磁性部件为第二电磁铁时，往第二线圈52042通入电流，即可以使第二磁芯52041产生磁力。往第二线圈52042通入电流的大小不同，第二磁芯52041产生的磁力大小也不同；往第二线圈52042通入电流的方向不同，第二磁芯52041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，本实用新型的优选实施例中，第二磁芯52041可以由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。

可选的，第二磁轴承5204包括：

第二磁轴承座52043，第二磁轴承座52043与第二推力盘5201相对设置，第二磁轴承座52043上沿周向设置有多个第二容纳槽52044，多个第四磁性部件设置于多个第二容纳槽52044内，且多个第四磁性部件的磁极朝向第二推力盘5201所在的一侧；

第二端盖52045和第一压环52046，第二端盖52045设置于第二磁轴承座52043的远离第二推力盘5201的一侧，第一压环52046设置于第二磁轴承座52043的靠近第二推力盘5201的一侧，第二端盖52045与第一压环52046配合，将多个第四磁性部件固定于第二磁轴承座52043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，本实用新型的优选实施例中，第二磁轴承座52043可以由若干硅钢片或者矽钢片叠压而成。第二容纳槽52044的数量可以为但不限于为六个或八个，沿第二磁轴承座52043的周向均匀设置。这样，能够使第二磁轴承5204与第二推力盘5201之间的磁力更加均匀、稳定。需要说明的是，多个第四磁性部件还可以采用其他方式设置于第二磁轴承座52043上，对此不进行限定。第二端盖52045的材料可以为非磁性材料，优选硬铝材料。第一压环52046的材料可以为非磁性材料，优选硬铝材料。

本实用新型实施例中，可以在第一压环52046上设置第二动压发生槽5205，为便于第二动压发生槽5205的加工，第一压环52046可以由不锈钢材料制成。

可选的，第三磁性部件包括设置于第二推力盘5201的面向第三定子5202和第四定子 5203的端面上的第二磁性材料(图中未示出)；

其中，第二磁性材料在第二推力盘5201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，第二磁性部件在第二推力盘5201上呈点状分布。

本实用新型实施例中，使第二磁性材料在第二推力盘5201上呈条状分布或点状分布，可以将第二磁性材料与第四磁性部件之间产生的磁力控制在合理的范围。

可选的，第二动压发生槽5205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二间隙5206内。

可选的，第二动压发生槽5205包括第一螺旋槽52051和第二螺旋槽52052，第一螺旋槽52051环绕于第二螺旋槽52052外，第一螺旋槽52051和第二螺旋槽52052的螺旋走向相反，第一螺旋槽52051的靠近第二螺旋槽52052的一端与第二螺旋槽52052的靠近第一螺旋槽52051的一端连接或断开。

其中，第一螺旋槽52051的靠近第二螺旋槽52052的一端至转轴100的轴心的距离等于第一螺旋槽52051的靠近第二螺旋槽52052的一端至第三定子5202或第四定子5203或第二推力盘5201的外周边缘的距离。或者，第二螺旋槽52052的靠近第一螺旋槽52051的一端至转轴100的轴心的距离等于第二螺旋槽52052的靠近第一螺旋槽52051的一端至第三定子5202或第四定子5203或第二推力盘5201的外周边缘的距离。

本实用新型实施例中，通过采用上述第二动压发生槽5205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，第二推力盘5201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，第三定子5202和第四定子5203中，每个定子上还设置有第一静压进气节流孔5208，第一静压进气节流孔5208的一端与第二间隙5206相通，另一端连接外部气源，用于将外部气源输送至第二间隙5206内。

本实用新型实施例中，通过设置上述第一静压进气节流孔5208，可以形成气体静压轴承，从而该推力轴承5200可以构成气体动静压-磁混合推力轴承。其中，第一静压进气节流孔5208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，第三定子5202和第四定子5203中，每个定子上设置有多个第一静压进气节流孔5208，且多个第一静压进气节流孔5208沿定子的周向间隔设置。

本实用新型实施例中，多个第一静压进气节流孔5208沿定子的周向间隔设置，优选沿定子的周向均匀间隔设置。这样，有利于使第二间隙5206内的气膜压力更加均匀。

可选的，第三定子5202和第四定子5203中，第一静压进气节流孔5208至转轴100的轴心的距离大于或者等于第一静压进气节流孔5208至定子的外周边缘的距离。

本实用新型实施例中，上述第一静压进气节流孔5208的设置方式可以使气体静压轴承更加稳定，如果静压进气节流孔过于靠近转轴100的轴心，则无法及时有效地使气膜布满整个第二推力盘5201的端面，使第二推力盘5201的旋转不够稳定。优选的，第一静压进气节流孔5208至转轴100的轴心的距离等于第一静压进气节流孔5208至定子的外周边缘的距离。

可选的，槽式气磁混合推力轴承5200还包括第二传感器5207，第二传感器5207的传感器探头设置于第二间隙5206内。

本实用新型实施例中，通过设置第二传感器5207，能够实时检测第二间隙5206处的参数，例如第二间隙5206处的气膜压力等。这样，第二磁轴承5204可以根据第二传感器5207的检测结果对推力轴承5200进行主动控制，并能够使控制达到较高的精度。

可选的，第二传感器5207包括第二传感器盖52071和第二传感器探头52072，第二传感器探头52072的第一端连接第二传感器盖52071，第二传感器盖52071固定于第二磁轴承5204上，第二磁轴承5204上设有用于供第二传感器探头52072穿过的通孔；第二传感器探头52072的第二端穿过第二磁轴承5204上的通孔，并伸至第二间隙5206，且第二传感器探头52072的第二端端部与第二磁轴承5204的靠近第二推力盘5201的一侧平齐。

本实用新型实施例中，通过上述第二传感器5207的结构形式和安装方式，能够使第二传感器5207更稳定地设置于第二磁轴承5204上。此外，将第二传感器探头52072的第二端端部与第二磁轴承5204的靠近第二推力盘5201的一侧平齐，一方面，能够避免第二传感器探头52072受到第二推力盘5201的碰触，从而有利于保护第二传感器探头52072；另一方面，不会对第二间隙5206内的气膜产生影响，避免第二间隙5206内的气膜发生扰动。

可选的，第二传感器5207设置于相邻的两个第四磁性部件之间。

本实用新型实施例中，每个定子上均应当设置至少一个第二传感器5207，优选设置一个第二传感器5207，该第二传感器5207优选设置在相邻两个第四磁性部件之间。

可选的，第二传感器5207为以下任意一种或多种的组合：

用于检测第二推力盘5201位置的位移传感器；

用于检测第二间隙5206处的气膜压力的压力传感器；

用于检测第二推力盘5201转速的速度传感器；

用于检测第二推力盘5201旋转加速度的加速度传感器。

下面以本实用新型实施例的槽式气磁混合推力轴承(其中，第二磁轴承中的第四磁性部件为电磁铁)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。

本实用新型实施例提供一种槽式气磁混合推力轴承的控制方法，包括：

S531、开启第三定子和第四定子中的第二磁轴承，控制第二推力盘在第三磁性部件与多个第四磁性部件之间的磁力作用下在转轴的轴向方向上移动，以使第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值小于或等于预定值。

S532、转轴的转速加速至工作转速之后，关闭第三定子和第四定子中的第二磁轴承。

S533、转子系统停机时，开启第三定子和第四定子中的第二磁轴承。

S534、转轴的转速减速至零之后，关闭第三定子和第四定子中的第二磁轴承。

在上述过程中，第二磁轴承开启后，第二推力盘在第二磁轴承的作用下到达第三定子和第四定子之间的预定位置，第二推力盘与第三定子和第四定子的端面均具有第二间隙。

随着转轴的转动，第二推力盘在受第二间隙中气流润滑的情况下相对第三定子和第四定子开始转动，以防止磨损。第二磁轴承开启的具体过程为：向第二线圈输入预定值的电流信号，第二推力盘在第二磁轴承的作用下到达第三定子和第四定子之间的预定位置。

随着转轴的转速越来越大，第二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(第二推力盘与第三定子和第四定子之间设置第二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第二推力盘稳定，届时可以关闭第二磁轴承。

在转子系统停机时，第二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第二磁轴承，直到第二推力盘完全停下后即可关闭第二磁轴承。

本实用新型实施例还提供另一种槽式气磁混合推力轴承的控制方法，包括：

S541、开启第三定子和第四定子中的第二磁轴承，控制第二推力盘在第三磁性部件与多个第四磁性部件之间的磁力作用下在转轴的轴向方向上移动，以使第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值小于或等于预定值。

S542、转轴的转速加速至第一预设值之后，关闭第三定子和第四定子中的第二磁轴承。

S543、转轴的转速减速至第二预设值时，开启第三定子和第四定子中的第二磁轴承。

S544、转轴的转速减速至零之后，关闭第三定子和第四定子中的第二磁轴承。

在上述过程中，第二磁轴承开启后，第二推力盘在第二磁轴承的作用下到达第三定子和第四定子之间的预定位置，第二推力盘与第三定子和第四定子的端面均具有第二间隙。随着转轴的转动，第二推力盘在受第二间隙中气流润滑的情况下相对第三定子和第四定子开始转动，以防止磨损。第二磁轴承开启的具体过程为：向第二线圈输入预定值的电流信号，第二推力盘在第二磁轴承的作用下到达第三定子和第四定子之间的预定位置。

随着转轴的转速越来越大，第二推力盘的转速也同步增大，当转轴的转速到达第二预设值，例如额定转速的5％至30％时，该推力轴承的气体动压轴承(第二推力盘与第三定子和第四定子之间设置第二间隙即形成该槽式气磁混合推力轴承的气体动压轴承)产生的气膜压力可以将第二推力盘稳定，届时可以关闭第二磁轴承。

在转子系统停机过程中，第二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，需要开启第二磁轴承以使第二推力盘保持稳定，直到第二推力盘完全停下后即可关闭第二磁轴承。

可选的，上述方法还包括：

当载荷负载在第二推力盘，第二推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值大于预定值时，开启第三定子和第四定子中的第二磁轴承；

当第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值小于或者等于预定值，关闭第三定子或第四定子中的第二磁轴承。

当载荷负载在第二推力盘上，使第二推力盘与第三定子或第四定子的第二磁轴承之间的第二间隙变小而接近该侧的第二磁轴承时，第二传感器(这里的第二传感器优选压力传感器)获得气压增大的信号，此时第二磁轴承需要介入工作。第二磁轴承将磁力作用于第二推力盘上，使其向另一侧的第二磁轴承移动，当第二推力盘达到新的平衡位置之后，第二磁轴承停止工作。

具体的，若第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙小于第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙，且第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值大于预定值，则控制第四定子中的第二磁轴承，使第二推力盘在第三磁性部件与多个第四磁性部件之间的磁力作用下，朝远离第四定子的方向在转轴的轴向方向上移动。

若第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙小于第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙，且第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值大于预定值，则控制第三定子中的第二磁轴承，使第二推力盘在第三磁性部件与多个第四磁性部件之间的磁力作用下，朝远离第三定子的方向在转轴的轴向方向上移动。

可选的，当载荷负载在第二推力盘，第二推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值大于预定值时，开启第三定子和第四定子中的第二磁轴承，包括：

当载荷负载在第二推力盘，第二推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值大于预定值时，控制第三定子或第四定子中的第二磁轴承以最大功率开启；或者，

当载荷负载在第二推力盘，第二推力盘在载荷负载的作用下在转轴的轴向方向上移动，第二推力盘与第三定子中的第二磁轴承之间的第二间隙与第二推力盘与第四定子中的第二磁轴承之间的第二间隙的差值大于预定值时，控制第三定子或第四定子中的第二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，第二推力盘可能快速地接近某侧第二磁轴承，则有可能导致该侧的第二间隙瞬间过小，使该侧第二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，需要控制第三定子或第四定子中的第二磁轴承以最大功率开启，或者控制第三定子或第四定子中的第二磁轴承按照预设频率以频闪的方式轮流开启，以提供对扰动的阻尼作用，从而有效抑制外部扰动。当第二推力盘重新回到平衡状态之后，第二磁轴承停止工作。

需要说明的是，本实用新型实施例中，对于同时设置有电磁轴承(第二磁轴承中的第四磁性部件为电磁铁即形成电磁轴承)和气体静压轴承(第三定子和第四定子上设置的第一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。

本实用新型实施例中，对于同时设置有电磁轴承和气体静压轴承的情况下，可以包括如下实施方式：

开启所述第三定子和所述第四定子的第二磁轴承；和/或，启动外部气源，通过所述第一静压进气节流孔向所述第二间隙处输送气体；

控制所述第二推力盘在所述第三磁性部件与所述第四磁性部件之间的磁力作用下，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，以使所述第二推力盘与所述第三定子中的第二磁轴承之间的所述第二间隙与所述第二推力盘与所述第四定子中的第二磁轴承之间的所述第二间隙的差值小于或等于所述预定值。

在上述过程中，利用第二磁轴承方便实时控制的优点，主动平衡第二推力盘的不平衡质量或第二推力盘涡动等导致第二推力盘过度偏移的因素，使第二推力盘在转轴的轴向方向上固定在某一极小范围内。另外，在第二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)，并通过控制第二磁轴承的电流大小和方向等，使第二磁轴承产生相反的力来平衡激波作用。待激波平稳后，再次调整第二磁轴承的控制策略，以最节能的方式将第二推力盘固定在某一极小范围内。

综合上述，本实用新型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二间隙内转动，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，本实用新型实施例的槽式气磁混合推力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，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种径向轴承，用于安装于转轴上，其特征在于，所述径向轴承包括：

套设于所述转轴上的磁轴承，所述磁轴承上沿周向设置有多个磁性部件；

所述磁轴承朝向所述转轴的侧壁，或所述转轴朝向所述磁轴承的圆周面上设置有动压发生槽；

其中，所述磁轴承与所述转轴之间具有轴承间隙，且所述转轴能够在所述多个磁性部件的磁力作用下在所述转轴的径向方向上移动。

2.根据权利要求1所述的径向轴承，其特征在于，

所述磁轴承包括：

磁轴承座，所述磁轴承座套设于所述转轴上，所述磁轴承座上沿周向设置有多个容纳槽，所述多个磁性部件设置于所述多个容纳槽内，且所述多个磁性部件的磁极朝向所述转轴；

套设于所述磁轴承座外的轴承壳；

套设于所述磁轴承座与所述转轴之间的轴承套；

以及，分别设置于所述轴承壳两端的第一端盖和第二端盖；

其中，所述轴承套、所述第一端盖及所述第二端盖配合，将所述多个磁性部件固定于所述磁轴承座上。

3.根据权利要求1所述的径向轴承，其特征在于，

所述多个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所述的径向轴承，其特征在于，

所述动压发生槽呈矩阵排布。

5.根据权利要求4所述的径向轴承，其特征在于，

所述动压发生槽为连续或间隔设置的V形槽。

6.根据权利要求1所述的径向轴承，其特征在于，

所述磁轴承上还设置有静压进气节流孔，所述静压进气节流孔的一端与所述轴承间隙相通，另一端连接外部气源，用于将外部气源输送至所述轴承间隙内。

7.根据权利要求6所述的径向轴承，其特征在于，

所述静压进气节流孔在所述磁轴承内分成至少两个支路连通至所述轴承间隙内。

8.根据权利要求1所述的径向轴承，其特征在于，

所述径向轴承还包括沿所述磁轴承的周向间隔设置的多个传感器，所述多个传感器为以下任意一种或多种的组合：

用于检测所述转轴位置的位移传感器；

用于检测所述轴承间隙处的气膜压力的压力传感器；

用于检测所述转轴转速的速度传感器；

用于检测所述转轴旋转加速度的加速度传感器。

9.根据权利要求8所述的径向轴承，其特征在于，

所述多个传感器中，每个传感器包括传感器盖和传感器探头，所述传感器探头的第一端连接所述传感器盖，所述传感器盖固定于所述磁轴承上，所述磁轴承上设有用于供所述传感器探头穿过的通孔；所述传感器探头的第二端穿过所述磁轴承上的通孔，并伸至所述轴承间隙，且所述传感器探头的第二端端部与所述磁轴承的靠近所述转轴的一侧平齐。

10.一种转子系统，其特征在于，

包括转轴和至少两个径向轴承，所述至少两个径向轴承均为非接触式轴承；

其中，所述至少两个径向轴承中的至少一个径向轴承为如权利要求1至9中任一项所述的径向轴承。

11.根据权利要求10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推力轴承，所述推力轴承为非接触式轴承；

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。

12.根据权利要求10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、透平和推力轴承，所述推力轴承为非接触式轴承；

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。