一種新型的帶磁軸承裝置的水泵水輪機的製作方法

2023-09-23 04:55:15 2

專利名稱：一種新型的帶磁軸承裝置的水泵水輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的帶磁軸承裝置的水泵水輪機，特別涉及一種可並用滾動軸承和磁軸承裝置的水泵水輪機。
背景技術：
目前，熟知的水泵水輪機主要由電動機、軸封組件和水力部件組成。葉輪、主軸、泵殼之間通過軸承來支承軸及其轉動零件，並保持軸的旋轉精度。目前國內外對水泵水輪機的軸承設計應用做了很多研究，但克服水泵水輪機對軸承機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、高速、高精度、無需潤滑、無油汙的性能要求仍有很多途徑。
發明內容為解決上述問題，本發明涉及一種新型的帶磁軸承裝置的水泵水輪機，其採用滾動軸承和磁軸承組合裝置，通過磁軸承，承受軸向負荷和軸承預壓中的任意一者或兩者。本發明涉及比如，抽水蓄能電站中水泵水輪機組件等所採用的磁軸承裝置，通過該裝置來達到機械磨損小、低耗功、壽命長、聞速、聞精度等性能是一種非常有效的方法。實現上述目的所採用的技術方案是:本發明的目的在於提供一種磁軸承裝置，其中，可進行穩定的控制，控制器的結構也可簡化。本發明設計的磁軸承裝置並用滾動軸承和磁軸承，滾動軸承支承徑向負荷，磁軸承承受軸向負荷和軸承預壓中的任意一者或兩者，電磁鐵按照與和主軸垂直而同軸地設置的由強磁性體形成的凸緣狀的推力板非接觸地以面對的方式安裝於主軸外殼上，具有對應於檢測作用於軸向力的傳感器的輸出，控制電磁鐵的控制器，具有由滾動軸承和滾動軸承的支承系統形成的合成彈·簧的剛性值大於電磁鐵的負的剛性值的關係。在該方案的磁軸承裝置中，由於並用滾動軸承和磁軸承，滾動軸承承受徑向負荷，磁軸承承受軸向負荷和軸承預壓中的任意一者或兩者，故進行軸向的精度良好的支承，同時可確保滾動軸承的長期耐久性，避免僅僅採用磁軸承支承的場合在電源停止時的損傷。另外，由於形成由滾動軸承和滾動軸承的支承系統形成的合成彈簧的剛性值大於電磁鐵的負的剛性值的關係，故可防止在控制頻帶，機械系統的相位延遲為180°的情況。由此，控制對象穩定，控制器的電路結構為比例或比例積分等的簡單的結構，即使這樣，仍可進行穩定的控制。其特徵在於:本發明是一種新型的帶磁軸承裝置的水泵水輪機，包括磁軸承裝置(I)、主軸⑵、葉輪⑶、定子上蓋板(4)、主軸外殼(5)、控制器(6)、電磁鐵(7)、凸緣狀推力板(8)、軸向力傳感器(9)、軸承外殼(10)、滾動軸承(11)、迷宮式密封(12)、彈簧(13)，上述的磁軸承裝置，採用滾動軸承和磁軸承組合裝置，其特徵在於其適用於主軸(2)的支承，該主軸通過電機帶動水泵水輪機葉輪(3)對流體做功。本發明有益效果是:通過磁軸承裝置，實現了水泵水輪機軸承機械磨損小、耗功低、壽命長、精度高等性能。[0009]本發明採用的磁軸承，是一種新型高性能軸承。與傳統滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機械接觸，轉子可以達到很高的運轉速度，具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油汙染等優點，特別適用高速、真空、超淨等特殊環境。可廣泛用於機械加工、渦輪機械、航空航天、真空技術、轉子動力學特性辨識與測試等領域，被公認為極有前途的新型軸承。


[0010]圖1是本發明一個實施例的帶磁軸承的水泵水輪機結構圖。[0011]圖2是同一實施例的磁軸承示意圖。[0012]圖3是控制器實例方框圖。[0013]圖中:1.磁軸承裝置，2.主軸，3.葉輪，4.定子上蓋板，5.主軸外殼，6.控制器，7.電磁鐵，8.凸圓狀推力板，9.軸向力傳感器，10.軸承外殼，11.滾動軸承，12.迷宮式密封，13.彈簧。
具體實施方式
[0014]圖1、圖2、圖3共同確定了本實施例中帶磁軸承的水泵水輪機結構形式。如果主軸的支承並用滾動軸承和磁軸承，滾動軸承承受徑向負荷，磁軸承承受軸向負荷與軸承預壓中的任意一者或兩者，則進行主軸的軸向的限制，另外，也不會在僅僅採用磁軸承支承的場合，產生電源停止時的接觸的問題。[0015]在本方案的場合，按照與和主軸垂直而同軸設置的由強磁性體形成的凸緣狀的推力板不接觸且採用面對的方式，設置磁軸承的電磁鐵，對應於檢測軸向的力的傳感器的輸出，通過控制器控制電磁鐵。[0016]如果通過滾動軸承，支承葉片的主軸，則通過滾動軸承所具有的軸向位置的限制功能，限制主軸位置。在具有這樣的軸向位置的限制功能的滾動軸承的場合，高速旋轉的軸承的上述推力的長期耐 久性的降低成為問題，但是，由於通過電磁鐵支承推力，故可確保滾動軸承的長期耐久性。[0017]結合圖1和圖2，對本發明的實施形態進行說明。圖1表示組裝有本發明的磁軸承裝置的水泵水輪機組件剖視圖。該水泵水輪機組件包括電動機、軸封組件和泵水力部件，葉輪(3)和電動機分別安裝於主軸(2)的兩端。通過由電動機產生的動力，驅動葉輪(3)旋轉對流體做功。[0018]該水泵水輪機中的磁軸承裝置相對徑向，通過軸承(11)支承主軸(2)，通過構成磁軸承的電磁鐵(7)，承受作用於主軸(2)上的推力。該水泵水輪機磁軸承組件包括傳感器(9)，該傳感器(9)檢測作用於主軸(2)上的推力；該控制器(6)對應於該傳感器(9)的輸出，控制電磁鐵(7)的支承力。電磁鐵(7)安裝在主軸⑵的中間，與主軸⑵垂直而同軸設置的由強磁性體形成的凸緣狀的推力板(8)的兩面非接觸地面對的方式設置於接納有主軸的主軸外殼(5)上。[0019]支承主軸(2)的軸承(11)為滾動軸承，具有軸向位置的限制功能，比如，採用深槽球軸承、角接觸球軸承。在深槽球軸承的場合，具有雙向的推力承受功能，具有將內外圈的軸向位置返回到中立位置的作用。該軸承(11)設置於主軸外殼(5)中葉輪的附近。[0020]主軸外殼(5)側邊的軸承(11)的部分按照內徑面接近主軸(13)的直徑形成，在該內徑面上形成非接觸密封件(12)。在本實施形態中，非接觸密封件(12)構成迷宮式密封件。上述傳感器(9)設置於軸承(11)附近的靜止側，即主軸外殼(5)偵彳。在附近設置有該傳感器(9)的軸承(11)的外圈在固定狀態，嵌合於軸承外殼(10)的內部。軸承外殼
(10)呈環狀，在一端具有與軸承(11)的外圈幅面卡合的內凸緣，按照可沿軸向移動的方式與設置於主軸外殼(10)上的內徑面嵌合。內凸緣設置於軸向的中間側端。傳感器(9)的非設置側的軸承(11)按照可相對主軸外殼(10)，沿軸向移動的方式設置，並且通過軸承預壓彈簧(13)彈性地支承傳感器(9)分配設置於圍繞主軸(2)的圓周方向的多個部位，介設於軸承外殼的內凸緣側的幅面與固定於主軸外殼(5)上的部件的一個電磁鐵(7)之間。另外，在傳感器(9)中，通過傳感器預壓彈簧(13)外加預壓。傳感器預壓彈簧(13)使接納於設在主軸外殼(5)上的接納凹部內的軸承(11)的外圈沿軸向偏置，通過外圈和軸承外殼，對傳感器(9)進行預壓。傳感器預壓彈簧(13)由設置於圍繞主軸(2)的圓周方向多個部位的螺旋彈簧等構成。由於通過按壓力，檢測推力的傳感器(9)即使相對主軸(2)的軸向的任意方向的移動，仍可檢測，故傳感器預壓彈簧(13)的預壓為水泵水輪機的通常的運轉狀態，作用於主軸(2)上的平均的推力以上的值。上述磁軸承裝置的力學模型可通過簡單的彈簧系統構成。即，該彈簧系統為下述的方案，其中，由軸承(11)和這些軸承的支承系統(傳感器預壓彈簧(13)、軸承外殼等)構成的合成彈簧與電磁鐵(7)的彈簧並列。在該彈簧系統中，由軸承(11)這些軸承的支承系統構成的合成彈簧具有沿與位移方向相反的方向與位移量成比例而作用的剛性，相對該情況，電磁鐵(7)的彈簧具有沿位移方向與位移量成比例作用的負的剛性。由此，在上述合成彈簧和電磁鐵的彈簧的剛性的大小關係為:合成彈簧的剛性 電磁鐵的負的剛性值......(2)像(2)那樣，通過設定上述合成彈簧和電磁鐵的彈簧的剛性的大小關係，可防止在控制頻帶，機械系統的相位延遲180°的情況。由此，可使控制器(6)的控制對象穩定，可像圖3那樣，按照 比例，或比例積分簡單地構成控制器(6)的電路結構。在由方框圖所示的圖3的控制器(6)中，通過傳感器輸出運算電路(14)，對各傳感器(9)的檢測輸出P1、P2進行加減法運算，通過比較器(15)，將該運算結果與基準設定機構(16)的目標值相比較，對偏差進行運算，還通過PI補償電路(或P補償電路)(17)，對已運算的偏差，進行磁軸承裝置(I)相對應而適當地設定的比例積分(或比例)處理，由此，對電磁鐵(9)的控制信號進行運算。PI補償電路(或P補償電路)(17)的輸出經由二極體(18)、(19)，輸入到驅動各向的電磁鐵(7a)、(7b)的電源電路(20)、(21)中。電磁鐵(7a), (7b)為與圖2所示的推力板(8)面對的一對電磁鐵(7)，只作用有吸引力，由此，預先通過二極體(18)、(19)確定電流的方向，有選擇地驅動2個電磁鐵(7a)、(7b)。像這樣，在適用於磁軸承裝置I的實施形態中，由於像(2)式那樣設定上述合成彈簧和電磁鐵(7)的彈簧的負的剛性的大小關係，故可形成使控制器￠)的控制對象穩定的方案，可使控制器出)的電路方 案為比例或比例積分的簡單的方案。
權利要求1.一種新型的帶磁軸承裝置的水泵水輪機，包括磁軸承裝置(I)、主軸(2)、葉輪(3)、定子上蓋板(4)、主軸外殼(5)、控制器￠)、電磁鐵(7)、凸圓狀推力板(8)、軸向力傳感器(9)、軸承外殼(10)、滾動軸承(11)、迷宮式密封(12)、彈簧(13)、電機(14)，上述的磁軸承裝置，採用滾動軸承和磁軸承組合裝置，其特徵在於其適用於主軸(2)的支承，該主軸通過電機(14)帶動水泵水輪機 葉輪(3)對流體做功。
專利摘要本實用新型的目的在於提供一種新型的帶磁軸承裝置的水泵水輪機，其可進行穩定的控制，控制器的結構也可簡化，且可並用滾動軸承和磁軸承，滾動軸承(11)承受徑向負荷，磁軸承承受軸向負荷和軸承預壓中的任意一者或兩者，電磁鐵(7)以下述方式安裝於主軸外殼(5)上，該方式與和主軸(2)垂直而同軸地設置的由強磁性體形成的凸緣狀的推力板(8)非接觸地面對的方式安裝於主軸外殼上，具有對應於檢測作用於軸向的力的傳感器(9)的輸出，控制電磁鐵(7)的控制器(6)，具有由滾動軸承和滾動軸承的支承系統形成的合成彈簧的剛性值大於電磁鐵的負的剛性值的關係。通過磁軸承裝置，實現了水泵水輪機軸承機械磨損小、耗功低、壽命長、精度高等性能。
文檔編號F04D29/048GK203114652SQ201320109069
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者朱榮生, 龍雲, 付強, 王秀禮 申請人:江蘇大學