CN219413263U - 一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，它包括：定子组件，所述定子组件包括定子底盘、固定在所述定子底盘顶部且同轴设置的多组定子磁环以及形成在相邻两组所述定子磁环之间的转子避让位；竖直插接在所述定子组件顶部的转子组件，所述转子组件包括转子底盘、固定在所述转子底盘底部且同轴设置的多组转子磁环以及形成在相邻两组所述转子磁环之间的定子避让位；本实用新型在满足需求的悬浮力的情况下，转子磁环和定子磁环在径向以及轴向方向均可增加层数，来增加悬浮刚度，从而满足更大的承载力；而且相比于现有的滑动推力轴承，避开了润滑油的使用，避免了对环境的污染，降低了自身阻力带来的功率损耗，节约成本。

Description

一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承

技术领域

本实用新型属于永磁悬浮推力轴承技术领域，具体涉及一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承。

背景技术

水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力设备。

目前，市场上混流式水轮发电机组由于其重载与高刚度的要求，主要采用的是滑动推力轴承，该轴承存在以下缺点：

1、该轴承采用油润滑，油的使用量比较大，在运行时必然会产生油雾，造成、环境的污染；

2、运行过程中产生的油雾会附着在其他设备表面，导致提高维护成本，尤其是附着在发电设备上，会造成设备绝缘降低，危害机组的安全运行；

3、使用滑动推力轴承，阻力比较大，水资源的利用效率也比较低，会造成功率的损耗。

实用新型内容

本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，它包括：

定子组件，所述定子组件包括定子底盘、固定在所述定子底盘顶部且同轴设置的多组定子磁环以及形成在相邻两组所述定子磁环之间的转子避让位；

竖直插接在所述定子组件顶部的转子组件，所述转子组件包括转子底盘、固定在所述转子底盘底部且同轴设置的多组转子磁环以及形成在相邻两组所述转子磁环之间的定子避让位；

所述转子磁环插设在转子避让位内，所述定子磁环插设在定子避让位内；

所述定子磁环的数量比转子磁环的数量多1；

所述转子磁环与定子磁环之间留有气隙。

优化地，它还包括连杆组件，所述连杆组件将转子磁环固定在转子底盘上或者将定子磁环固定在定子底盘上。

优化地，所述转子组件还包括开设在转子底盘底部且同轴设置的磁瓦槽以及开设在所述磁瓦槽内的转子固定孔，所述转子磁环固定在磁瓦槽内，所述转子磁环的厚度等于磁瓦槽的宽度。

优化地，所述定子组还包括开设在定子底盘顶部且同轴设置的定子固定孔以及固定在所述定子底盘顶部的内导磁环和外导磁环，所述内导磁环与内层定子磁环的内侧相贴，所述外导磁环与外层定子磁环的外侧相贴，所述定子磁环固定在定子固定孔上，所述内导磁环和外导磁环的高度不低于定子磁环的高度，所述内导磁环和外导磁环的厚度不小于定子磁环的厚度。

优化地，所述转子磁环包括固定在磁瓦槽内的动上磁瓦、交替固定在所述动上磁瓦底部的动上间隔环和动下磁瓦以及固定在所述动下磁瓦底部的动下间隔环，所述动上间隔环和动下磁瓦的数量相同。

优化地，所述定子磁环包括交替固定在定子底盘顶部的定磁瓦和定间隔环，所述定磁瓦与定间隔环的数量相同。

优化地，所述连杆组件包括贯穿转子磁环而固定在转子固定孔内的螺杆、套设在所述螺杆上的第一垫片和第二垫片以及旋拧在所述螺杆端部的紧固螺母，所述第一垫片的直径大于第二垫片的直径，所述第一垫片的厚度小于第二垫片的厚度。

优化地，所述气隙的厚度小于动上间隔环、动下间隔环以及定间隔环的厚度。

优化地，所述动上磁瓦与动上间隔环、动上间隔环与动下磁瓦、动下磁瓦与动下间隔环之间通过阶梯配合连接。

优化地，所述转子磁环的各层磁瓦为径向充磁，由转子底盘往下，单层数磁瓦朝外充磁，双层数磁瓦朝内充磁；所述定子磁环的各层磁瓦为径向充磁，由定子底盘往上，单层数磁瓦朝外充磁，双层数磁瓦朝内充磁。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承通过连杆组件将转子磁环固定在转子底盘上，将定子磁环固定在定子底盘上，进而将转子磁环插在转子避让位内，定子磁环插在定在避让位内，相邻的转子磁环和定子磁环之间留有气隙，在不影响磁通的情况下，避免了转子磁环与定子磁环发生干涉；转子磁环轴向各层磁瓦和间隔环交替固定，且通过阶梯配合连接，可以在转子底盘高速旋转的时候，起到一个固定的作用，用来抵消在高速旋转下产生的离心力，以防止磁瓦在离心力作用下被甩飞，发生安全事故；在满足需求的悬浮力的情况下，转子磁环和定子磁环在径向以及轴向方向均可增加层数，来增加悬浮刚度，从而满足更大的承载力；而且相比于现有的滑动推力轴承，避开了润滑油的使用，避免了对环境的污染，降低了自身阻力带来的功率损耗，节约成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖视图；

图3为本实用新型的局部结构示意图；

图4为本实用新型转子组件的剖视图；

图5为本实用新型定子组件的剖视图；

图6为本实用新型的局部放大图；

图7为本实用新型动上磁瓦的剖视图；

图8为本实用新型动下磁瓦的剖视图；

图9为本实用新型动上间隔环的剖视图；

图10为本实用新型动下间隔环的剖视图；

附图标记说明：

1、转子组件；11、转子底盘；12、磁瓦槽；13、转子固定孔；14、动上磁瓦；141、一级阶梯槽；15、动下磁瓦；151、二级阶梯槽；16、动上间隔环；161、一级凸块；17、动下间隔环；171、二级凸块；18、定子避让位；

2、定子组件；21、定子底盘；22、定磁瓦；23、定间隔环；24、内导磁环；25、外导磁环；26、气隙；27、定子固定孔；28、转子避让位；

3、连杆组件；31、螺杆；32、第一垫片；33、第二垫片；34、紧固螺母。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1-3所示，为本实用新型混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承的结构示意图以及剖视图，它通常安装在水轮发电机组内，适用在重载高刚度要求的场合下，降低自身磨损的情况下，满足所需的承载力，它包括转子组件1、定子组件2和连杆组件3，转子组件1竖直插接在定子组件2内，且在磁悬浮的作用下，保证转子组件1和定子组件2之间不发生接触，降低后续转动时的摩擦，而后安装在水轮发电机的机轴上。

如图5所示，为定子组件2的剖视图，定子组件2包括定子底盘21、定磁瓦22、定间隔环23、内导磁环24、外导磁环25、定子固定孔27和转子避让位28。定子底盘21呈圆形，定子底盘21由304不锈钢制成，韧性高而且便于加工，且定子底盘21与转子底盘11的直径相同。定子固定孔27开设在定子底盘21上且同轴设置，定子固定孔27与磁瓦槽12在径向方向相错开，定子固定孔27用于后续固定连杆组件3。定子磁环有多组，它们固定在定子底盘21上且同轴设置，相邻两组定子磁环之间形成有转子避让位28，当转子组件1与定子组件2装配完成之后，转子磁环插在转子避让28内，且转子磁环的厚度小于转子避让位28的宽度，确保气隙26的形成，以增加磁场的稳定性。

每组定子磁环由竖直方向交替设置的定磁瓦22和定间隔环23组成，定磁瓦22固定在定子底盘21的顶部，定间隔环23固定在定磁瓦22的顶部，且定间隔环23的径向厚度等于定磁瓦22的径向厚度，当定间隔环23固定在定磁瓦22的顶部时，两者的边缘齐平，进而保证两侧的气隙26厚度相同(定间隔环23由碳纤维制成，将相邻两组定磁瓦22隔开，避免相互之间受到干扰，而影响后续的充磁)。

如图5所示，磁瓦和间隔环在轴向方向上的数量可以根据实际情况继续增加，在满足需求的悬浮力的情况下，通过增加定子磁环的轴向层数，来增加悬浮刚度，进而满足更大负荷的承载任务。由于定子组件2是不转动的，因此是不会产生离心力的，所以定磁瓦22与定间隔环23之间不需要阶梯连接。

内导磁环24和外导磁环25均固定在定子底盘21的顶部，且同轴设置，内导磁环24与最内层定子磁环的内侧相贴，外导磁环25与最外层定子磁环的外侧箱贴。由于水轮发电机的工作原理都是基于电磁感应定律和电磁力定律，因此为避免外界的电磁信号干扰到内部的磁场，因此内导磁环24和外导磁环25的高度不低于定子磁环的高度，内导磁环24和外导磁环25的厚度不小于定子磁环的厚度，确保转子磁环和定子磁环均被内导磁环24和外导磁环25所包覆。

内导磁环24和外导磁环25采用Q235钢制成，用于起到电磁屏蔽干扰的作用。当转子组件1与定子组件2装配完成之后，定子磁环插在定子避让位18内，转子磁环插在转子避让位28内，由于定子磁环的数量比转子磁环的数量多1，因此转子磁环被完全限制在定子磁环内，避免了磁泄露，而且转子底盘11转动时也更加稳定。

如图4所示，为转子组件1的剖视图，它包括转子底盘11、磁瓦槽12、转子固定孔13、转子磁环和定子避让位18。转子底盘11呈圆形，且转子底盘11的中部开设有轴孔，用于后续安装水轮发电机的电机轴，转子底盘11由304不锈钢制成，韧性高而且便于加工。磁瓦槽12有多组，它们开设在转子底盘11的底部且同轴设置，磁瓦槽12用于后续固定转子磁环，且相邻两组磁瓦槽12之间的间距相同，当转子组件1与定子组件2装配完成之后，确保磁通密度相同，确保转子组件1转动时更加稳定，不发生倾斜，同时也提高了悬浮刚度。

转子固定孔13开设在磁瓦槽12内，且转子固定孔13的内侧壁设置有内螺纹，转子磁环安装在磁瓦槽12内后，连杆组件3穿过转子磁环而旋拧在转子固定孔13内，转子底盘11转动时，避免转子磁环发生晃动而影响悬浮刚度。转子磁环有多组，分别固定在磁瓦槽12内且同轴设置，转子磁环的厚度等于磁瓦槽12的宽度。

如图4所示，磁瓦槽12开设在转子底盘11的底部且向内凹，因此转子磁环和磁瓦槽12属于插接式的连接，因此转子底盘11带动转子磁环转动时，磁瓦槽12会对转子磁环施加一个限位的作用，避免转子磁环发生径向晃动以及径向位移。相邻两组转子磁环之间形成有定子避让位18，当转子组件1与定子组件2装配完成之后，定子磁环插在定子避让位18内，且定子磁环的厚度小于定子避让位18宽度，确保气隙26的形成，以增加磁场的稳定性。

每组转子磁环包括动上磁瓦14、一级阶梯槽141、动下磁瓦15、二级阶梯槽151、动上间隔环16、一级凸块161、动下间隔环17和二级凸块171。动上磁瓦14固定在磁瓦槽12内，且动上磁瓦14的径向厚度等于磁瓦槽12的厚度。如图7所示，为动上磁瓦14的剖视图，动上磁瓦14的底部外侧开设有一级阶梯槽141。如图9所示，为动上间隔环16的剖视图，动上间隔环16的径向厚度等于动上磁瓦14的径向厚度，当动上间隔环16固定在动上磁瓦14底部时，两者的边缘齐平，进而保证两侧的气隙26厚度相同。

动上间隔环16顶部和底部的外侧均一体连接有一级凸块161，一级凸块161与一级阶梯槽141相配合，在实际组装时，一级阶梯槽141对一级凸块161进行定位，方便组装，进而提高组装效率；组装完成后在使用时，转子底盘11带动动上磁瓦14和动上间隔环16同步高速转动，在转动时会产生向外的离心力，在该离心力的作用下，动上磁瓦14容易被甩飞，造成安全事故，因此依靠一级阶梯槽141与一级凸块161的配合作用，用来抵消在高速旋转下产生的离心力，从而提高安全系数。

如图8所示，为动下磁瓦15的剖视图，动下磁瓦15的径向厚度等于动上间隔环16的径向厚度，当动下磁瓦15固定在动上间隔环16底部时，两者的边缘齐平，进而保证两侧的气隙26厚度相同。动下磁瓦15的顶部和底部外侧均开设有二级阶梯槽151，二级阶梯槽151与一级阶梯槽141的形状尺寸相同，且与一级凸块161相配合，二级阶梯槽151与一级凸块161配合的作用一是为了方便组装，而是为了抵消高速旋转产生的离心力(动上磁瓦14和动下磁瓦15采用N45钕铁硼材质制成，该种材质制成的磁瓦磁场更加均匀稳定)。

如图10所示，为动下间隔环17的剖视图，动下间隔环17的径向尺寸等于动下磁瓦15的径向尺寸。二级凸块171一体连接在动下间隔环17的顶部外侧，且与二级阶梯槽151相配合使用，两者的配合一是为了方便组装，而是为了抵消高速旋转产生的离心力(动上间隔环16和动下间隔环17由碳纤维制成，用于将动上磁瓦14与动下磁瓦15隔开，避免相互之间受到干扰，而影响后续的充磁)。

如图4所示，磁瓦和间隔环在轴向方向上的数量可以根据实际情况继续增加，在满足需求的悬浮力的情况下，通过增加转子磁环的轴向层数，来增加悬浮刚度，进而满足更大负荷的承载任务。转子磁环的轴向各层磁瓦和间隔环交替固定，且通过阶梯配合连接，可以在转子底盘11高速旋转的时候，起到一个固定的作用，用来抵消在高速旋转下产生的离心力，以防止磁瓦在离心力作用下被甩飞，发生安全事故。

如图3所示，当转子组件1与定子组件2装配完成之后，定子磁环和转子磁环交错布置，两者之间留有气隙26，且气隙26的厚度小于动上间隔环16、动下间隔环17以及定间隔环23的厚度。当转子组件1转动时，转子磁环会在定子磁环内转动，由于气隙26的存在，在不影响磁通的情况下，可以避免两者之间发生干涉，确保磁场的稳定性。在本实施例中，气隙26的厚度为4mm，间隔环的厚度为10mm。

连杆组件3用于将转子磁环固定在转子底盘11上，或者将定子磁环固定在定子底盘21上。它包括螺杆31、第一垫片32、第二垫片33和紧固螺母34。螺杆31穿过转子磁环而旋拧在转子固定孔13内(或者穿过定子磁环而旋拧在定子固定孔27内)。第一垫片32和第二垫片33套在螺杆31的另一端，紧固螺母34旋拧在螺杆31的端部，进而实现转子磁环或者定子磁环的固定。

如图6所示，第一垫片32的直径大于第二垫片33的直径，第一垫片32的厚度小于第二垫片33的厚度。在实际固定时，第一垫片32紧贴间隔环，在紧固螺母34的旋拧作用下，将第二垫片33压在第一垫片32上。由于紧固螺母34直接作用在第二垫片33上，随着紧固螺母34的旋拧，会将压力直接施加至第二垫片33上，因此第二垫片33的厚度要大一些，这样才能承受紧固螺母34的旋拧压力。而第一垫片32用于将压力传递至间隔环上，为避免压应力的集中，因此第一垫片32的直径要比第二垫片33的直径大，才能将压力分散至间隔环上，避免压力集中而导致转子磁环或者定子磁环发生松动。

转子磁环和定子磁环的各层磁瓦均为径向充磁，且充磁方向如下：

转子磁环：由转子底盘11往下，单层数磁瓦朝外充磁，双层数磁瓦朝内充磁；

定子磁环：由定子底盘21往上，单层数磁瓦朝外充磁，双层数磁瓦朝内充磁。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于，它包括：

定子组件（2），所述定子组件（2）包括定子底盘（21）、固定在所述定子底盘（21）顶部且同轴设置的多组定子磁环以及形成在相邻两组所述定子磁环之间的转子避让位（28）；

竖直插接在所述定子组件（2）顶部的转子组件（1），所述转子组件（1）包括转子底盘（11）、固定在所述转子底盘（11）底部且同轴设置的多组转子磁环以及形成在相邻两组所述转子磁环之间的定子避让位（18）；

所述转子磁环插设在转子避让位（28）内，所述定子磁环插设在定子避让位（18）内；

所述定子磁环的数量比转子磁环的数量多1；

所述转子磁环与定子磁环之间留有气隙（26）。

2.根据权利要求1所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：它还包括连杆组件（3），所述连杆组件（3）将转子磁环固定在转子底盘（11）上或者将定子磁环固定在定子底盘（21）上。

3.根据权利要求2所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述转子组件（1）还包括开设在转子底盘（11）底部且同轴设置的磁瓦槽（12）以及开设在所述磁瓦槽（12）内的转子固定孔（13），所述转子磁环固定在磁瓦槽（12）内，所述转子磁环的厚度等于磁瓦槽（12）的宽度。

4.根据权利要求1所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述定子组件（2）还包括开设在定子底盘（21）顶部且同轴设置的定子固定孔（27）以及固定在所述定子底盘（21）顶部的内导磁环（24）和外导磁环（25），所述内导磁环（24）与内层定子磁环的内侧相贴，所述外导磁环（25）与外层定子磁环的外侧相贴，所述定子磁环固定在定子固定孔（27）上，所述内导磁环（24）和外导磁环（25）的高度不低于定子磁环的高度，所述内导磁环（24）和外导磁环（25）的厚度不小于定子磁环的厚度。

5.根据权利要求3所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述转子磁环包括固定在磁瓦槽（12）内的动上磁瓦（14）、交替固定在所述动上磁瓦（14）底部的动上间隔环（16）和动下磁瓦（15）以及固定在所述动下磁瓦（15）底部的动下间隔环（17），所述动上间隔环（16）和动下磁瓦（15）的数量相同。

6.根据权利要求5所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述定子磁环包括交替固定在定子底盘（21）顶部的定磁瓦（22）和定间隔环（23），所述定磁瓦（22）与定间隔环（23）的数量相同。

7.根据权利要求3所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述连杆组件（3）包括贯穿转子磁环而固定在转子固定孔（13）内的螺杆（31）、套设在所述螺杆（31）上的第一垫片（32）和第二垫片（33）以及旋拧在所述螺杆（31）端部的紧固螺母（34），所述第一垫片（32）的直径大于第二垫片（33）的直径，所述第一垫片（32）的厚度小于第二垫片（33）的厚度。

8.根据权利要求6所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述气隙（26）的厚度小于动上间隔环（16）、动下间隔环（17）以及定间隔环（23）的厚度。

9.根据权利要求5所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述动上磁瓦（14）与动上间隔环（16）、动上间隔环（16）与动下磁瓦（15）、动下磁瓦（15）与动下间隔环（17）之间通过阶梯配合连接。

10.根据权利要求1所述的一种混流式水轮发电机组重载永磁悬浮推力轴承，其特征在于：所述转子磁环的各层磁瓦为径向充磁，由转子底盘（11）往下，单层数磁瓦朝外充磁，双层数磁瓦朝内充磁；所述定子磁环的各层磁瓦为径向充磁，由定子底盘（21）往上，单层数磁瓦朝外充磁，双层数磁瓦朝内充磁。