立式永磁懸浮單級高速離心鼓風機的製作方法

2023-06-23 15:02:16

本發明涉及一種汙水處理過程中曝氣供氧用的鼓風機，特別是一種立式永磁懸浮單級高速離心鼓風機。

背景技術：

中國是一個淡水資源相對匱乏的國家，但同時隨著中國經濟的迅速發展，我國汙水排放量越來越多，包括城鎮生活汙水和工業汙水。隨之而來的是對汙水處理提出了更高的要求。汙水處理廠能耗成本佔其運營維護成本的40%～80%，主要集中在汙水提升、曝氣供氧、汙泥輸送與處理和混凝沉澱等部位，其中曝氣供氧過程中鼓風機的能耗佔總能耗比例較大，佔整個汙水處理廠能耗的50%～60%。所以設計一種機械效率高、能耗低的新型單級高速離心鼓風機對於降低汙水處理的成本，提高汙水處理的效率具有十分重要的實用意義。

目前用於曝氣的鼓風機主要有羅茨鼓風機、低速多級離心鼓風機、機械齒輪箱式單級高速離心鼓風機，近些年又出現了空氣懸浮單級高速離心鼓風機和磁懸浮單級高速離心鼓風機。

羅茨鼓風機和低速多級離心鼓風機由於效率低、噪聲大、能耗大、體積及重量大和流量調節性能差等缺陷，在國外的汙水處理廠中逐步被淘汰，國內仍在大量使用。齒輪增速單級高速離心鼓風機由於具有體積小、重量輕、效率高、節約能源、性能調節範圍廣泛和自動化水平高等特點，成為國內外汙水處理廠的主流產品。磁懸浮單級離心鼓風機和空氣懸浮單級離心鼓風機屬於最新型的單級高速離心鼓風機，由於採用先進的變頻調速、磁懸浮軸承及空氣懸浮軸承等技術，取消了傳統單級高速離心鼓風機的齒輪增速箱和滑動軸承的供油系統，滿足汙水處理廠對曝氣鼓風機節能、環保、風量調節範圍廣泛、低噪聲、低振動及安裝維護方便等要求，是未來汙水處理行業曝氣鼓風機的發展趨勢。

但是，目前空氣懸浮單級高速離心鼓風機和主動磁懸浮單級高速離心鼓風機的廣泛應用仍存在難題，空氣懸浮單級高速離心鼓風機需要額外高壓氣泵提供氣源，主動磁懸浮單級高速離心鼓風機需要提供額外的磁懸浮軸承主動電子控制系統，國內技術不太成熟，工業應用少，且成本依然很高。

單級高速離心鼓風機電機中支承系統機械效率的提升可以有效提升電機效率，進而提高單級高速離心鼓風機效率。永磁懸浮軸承支承為微接觸微摩擦型支承，工作時通過永磁體間的磁力來平衡外載荷，可以實現高轉速、長壽命和高效率運行；同時永磁懸浮軸承支承不需要額外高壓氣泵和主動電子控制系統，這也使其在工業應用成本上優於氣懸浮軸承和主動磁懸浮軸承支承。因此，設計一種基於永磁懸浮軸承支承的單級高速離心鼓風機對於降低汙水處理中的能耗以及提高汙水處理的效率具有極其重要的應用價值。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對各種離心鼓風機所存在的缺點，提供一種立式永磁懸浮單級高速離心鼓風機，它利用永磁懸浮軸承技術支承，用於汙水處理中的曝氣供氧環節，一方面降低了汙水處理中的能耗，並為單級高速離心鼓風機的研究提供了一個新的方向；另一方面也為永磁軸承的工業化、發揮其優勢提供了一個實例。

為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種立式永磁懸浮單級高速離心鼓風機，包括蝸殼、上軸承部件、轉軸、電動機轉子、電動機殼體、下推力永磁軸承部件、支撐座、底板、電線、變頻器、電動機定子、葉輪；為便於安裝蝸殼分為能夠拆卸的三部分，所述蝸殼底部通過內六角圓頭螺釘與上軸承部件連接，電動機殼體的兩端通過內六角圓頭螺釘分別與上軸承部件和下推力永磁軸承部件相連，轉軸由上軸承部件和下推力永磁軸承部件支承，轉軸與電動機轉子相連，電動機定子固定在電動機殼體的內冷卻套內，電動機轉子和電動機定子之間有一定間隙，下推力永磁軸承部件通過內六角圓頭螺釘固定在支撐座上，支撐座通過內六角圓頭螺釘與底板連接，葉輪在蝸殼內與轉軸相連，常規市電流經過變頻器變頻，再經由電線為電動機提供高頻電流，電動機高速旋轉，帶動葉輪高速驅動氣流為汙水池進行曝氣供氧。

所述上軸承部件包括上連接盤、上軸承座外套、上傳感器座、測量環、前螺母、軸承一、軸承二、上軸承座內套、上內隔圈、上外隔圈、軸承一彈簧座、上小蓋、內六角圓頭螺釘；上軸承座外套通過內六角圓頭螺釘與上連接盤固定；上軸承座外套上開有冷卻水孔，冷卻系統水路連接上軸承座內套外部所開凹槽，用於冷卻水的循環，對軸承一和軸承二進行冷卻；上軸承座外套上還開有潤滑脂加注孔，上軸承座內套上也開有的潤滑脂管路需要與上軸承座外套的潤滑脂加注孔管路對齊，上軸承座內套的內部設有螺旋槽，提高軸承的潤滑效果；上軸承座外套與上軸承座內套通過焊接固定；上內隔圈和上外隔圈用於分開軸承一和軸承二；軸承一和軸承二用於轉軸的支承；軸承一的上方安裝有軸承一彈簧座和前螺母分別用於壓緊軸承一的外圈和內圈；上小蓋用於壓緊軸承一彈簧座，在上小蓋上部開有環形階梯槽，用於安裝前螺母，前螺母通過螺釘連接測量環。上傳感器座在底部開有螺紋孔，通過螺釘與上小蓋進行連接。

所述下推力永磁軸承部件包括磁軸承上端蓋、磁軸承上內套、磁軸承外套座圈、輔助軸承一彈簧座、輔助軸承一、動磁環、動磁環座軸圈、輔助軸承二三冷卻套、輔助軸承二、輔助軸承三、傳感器支架、測速盤、軸端螺母、磁軸承下端蓋、輔助軸承三彈簧座、下外隔圈、下內隔圈、靜磁環、靜磁環座、輔助軸承一冷卻套；所述磁軸承外套座圈開有冷卻水孔和油脂加注孔，冷卻水孔與磁軸承上內套的冷卻系統水路相通，輔助軸承二三冷卻套和輔助軸承一冷卻套的外部均開有凹槽，凹槽連接冷卻系統水路，冷卻系統對磁軸承的輔助軸承進行冷卻；輔助軸承二三冷卻套和輔助軸承一冷卻套的外部均開有潤滑脂加注管路，其與潤滑脂管路相通，在冷卻套內部有螺旋槽提高對輔助軸承的潤滑效果；靜磁環安裝在靜磁環座內，動磁環安裝在動磁環座軸圈的磁環座內，靜磁環和動磁環同極相對，存在一定間隙的兩磁環產生斥力，斥力使下推力永磁軸承部件承受向上的工作載荷；靜磁環座上面安裝輔助軸承一冷卻套，冷卻套內裝有輔助軸承一和輔助軸承一彈簧座；磁軸承上端蓋通過內六角圓頭螺釘與磁軸承上內套固定，從而壓緊輔助軸承一彈簧座和輔助軸承一冷卻套；輔助軸承二和輔助軸承三由下內隔圈和下外隔圈隔開，轉軸安裝在動磁環座軸圈內，動磁環座軸圈隨轉軸一起轉動；當鼓風機的變頻電動機啟動時，隨著轉速的升高，葉輪所受向上的氣動力越來越大，當轉速上升到工作轉速時，葉輪所受向上的氣動力為正常工作載荷，靜磁環和動磁環之間的磁斥力即設置為工作載荷值，此時磁斥力與工作載荷平衡，當轉速超過工作轉速繼續升高時，葉輪所受向上的氣動力繼續增大，靜磁環和動磁環之間的間隙會變小，轉軸會向上移動，但輔助軸承一會起到保護作用，靜磁環和動磁環之間不會接觸，兩者不會產生摩擦，其間的斥力繼續提供軸向力；磁軸承下端蓋通過內六角圓頭螺栓與磁軸承座外套座圈固定，進而壓緊輔助軸承三彈簧座和輔助軸承三；在磁軸承座外套的底部安裝有傳感器支架用於安裝位移傳感器和速度傳感器。測速盤通過螺栓與軸端螺母連接。

所述變頻器採用交-直-交變頻器，先把工頻交流電通過整流器變成直流電，再把直流電源變換成頻率、電壓均能夠控制的交流電，然後提供給電動機，通過調節輸出電源的頻率來對電動機轉速進行控制；所述電動機通過變頻器調速，電動機轉子採用鼠籠式繞組。

與現有技術相比，本發明具有如下突出的實質性特點和顯著的優點：

本發明設計合理，結構緊湊，運行可靠，採用永磁懸浮軸承支承。永磁懸浮軸承可有效降低機器運行中的摩擦損耗，同時具有成本低壽命長的優點。本發明能夠在高轉速下運行，並採用通冷卻水的方式進行降溫。永磁懸浮軸承承擔了鼓風機運行中產生的向上軸向氣動力，輔助軸承僅承受運行中產生的徑向離心力，因而輔助軸承的壽命也較一般應用中的壽命要長。本發明能夠降低在汙水曝氣供氧處理環節中的能耗，起到環保的作用，有著廣闊的市場應用前景。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖。

圖2是本發明的上軸承部件示意圖。

圖3是本發明的下推力永磁軸承部件示意圖。

具體實施方式

本發明的優選實施例結合附圖說明如下：

如圖1所示，一種立式永磁懸浮單級高速離心鼓風機，包括蝸殼1、上軸承部件2、轉軸3、電動機轉子4、電動機殼體5、下推力永磁軸承部件6、支撐座7、底板8、電線9、變頻器10、電動機定子11、葉輪12；為便於安裝蝸殼1分為能夠拆卸的三部分，所述蝸殼1底部通過內六角圓頭螺釘與上軸承部件2連接，電動機殼體5的兩端通過內六角圓頭螺釘分別與上軸承部件2和下推力永磁軸承部件6相連，轉軸3由上軸承部件2和下推力永磁軸承部件6支承，轉軸3與電動機轉子4相連，電動機定子11固定在電動機殼體5的內冷卻套內，電動機轉子4和電動機定子11之間有一定間隙，下推力永磁軸承部件6通過內六角圓頭螺釘固定在支撐座7上，支撐座7通過內六角圓頭螺釘與底板8連接，葉輪12在蝸殼1內與轉軸3相連，常規市電流經過變頻器10變頻，再經由電線9為電動機提供高頻電流，電動機高速旋轉，帶動葉輪12高速驅動氣流為汙水池進行曝氣供氧。

如圖2所示，所述上軸承部件2包括上連接盤13、上軸承座外套14、上傳感器座15、測量環16、前螺母17、軸承一18、軸承二19、上軸承座內套20、上內隔圈21、上外隔圈22、軸承一彈簧座23、上小蓋24、內六角圓頭螺釘25；上軸承座外套14通過內六角圓頭螺釘25與上連接盤13固定；上軸承座外套14上開有冷卻水孔，冷卻系統水路連接上軸承座內套20外部所開凹槽，用於冷卻水的循環，對軸承一18和軸承二19進行冷卻；上軸承座外套14上還開有潤滑脂加注孔，上軸承座內套20上也開有的潤滑脂管路需要與上軸承座外套14的潤滑脂加注孔管路對齊，上軸承座內套20的內部設有螺旋槽，提高軸承的潤滑效果；上軸承座外套14與上軸承座內套20通過焊接固定；上內隔圈21和上外隔圈22用於分開軸承一18和軸承二19；軸承一18和軸承二19用於轉軸的支承；軸承一18的上方安裝有軸承一彈簧座23和前螺母17分別用於壓緊軸承一18的外圈和內圈；上小蓋24用於壓緊軸承一彈簧座23，在上小蓋24上部開有環形階梯槽，用於安裝前螺母17，前螺母17通過螺釘連接測量環16。上傳感器座15在底部開有螺紋孔，通過螺栓與上小蓋24連接。

如圖3所示，所述下推力永磁軸承部件6包括磁軸承上端蓋26、磁軸承上內套27、磁軸承外套座圈28、輔助軸承一彈簧座29、輔助軸承一30、動磁環31、動磁環座軸圈32、輔助軸承二三冷卻套33、輔助軸承二34、輔助軸承三35、傳感器支架36、測速盤37、軸端螺母38、磁軸承下端蓋39、輔助軸承三彈簧座40、下外隔圈41、下內隔圈42、靜磁環43、靜磁環座44、輔助軸承一冷卻套45；所述磁軸承外套座圈28開有冷卻水孔和油脂加注孔，冷卻水孔與磁軸承上內套27的冷卻系統水路相通，輔助軸承二三冷卻套33和輔助軸承一冷卻套45的外部均開有凹槽，凹槽連接冷卻系統水路，冷卻系統對磁軸承的輔助軸承進行冷卻；輔助軸承二三冷卻套33和輔助軸承一冷卻套45的外部均開有潤滑脂加注管路，其與潤滑脂管路相通，在冷卻套內部有螺旋槽提高對輔助軸承的潤滑效果；靜磁環43安裝在靜磁環座44內，動磁環31安裝在動磁環座軸圈32的磁環座內，靜磁環43和動磁環31同極相對，存在一定間隙的兩磁環產生斥力，斥力使下推力永磁軸承部件6承受向上的工作載荷；靜磁環座44上面安裝輔助軸承一冷卻套45，冷卻套45內裝有輔助軸承一30和輔助軸承一彈簧座29；磁軸承上端蓋26通過內六角圓頭螺釘與磁軸承上內套27固定，從而壓緊輔助軸承一彈簧座29和輔助軸承一冷卻套45；輔助軸承二34和輔助軸承三35由下內隔圈42和下外隔圈41隔開，轉軸3安裝在動磁環座軸圈32內，動磁環座軸圈32隨轉軸3一起轉動；當鼓風機的變頻電動機啟動時，隨著轉速的升高，葉輪12所受向上的氣動力越來越大，當轉速上升到工作轉速時，葉輪12所受向上的氣動力為正常工作載荷，靜磁環43和動磁環31之間的磁斥力即設置為工作載荷值，此時磁斥力與工作載荷平衡，當轉速超過工作轉速繼續升高時，葉輪12所受向上的氣動力繼續增大，靜磁環43和動磁環31之間的間隙會變小，轉軸會向上移動，但輔助軸承一30會起到保護作用，靜磁環43和動磁環31之間不會接觸，兩者不會產生摩擦，其間的斥力繼續提供軸向力；磁軸承下端蓋39通過內六角圓頭螺栓與磁軸承座外套28座圈固定，進而壓緊輔助軸承三彈簧座40和輔助軸承三35；在磁軸承座外套28的底部安裝有傳感器支架36用於安裝位移傳感器和速度傳感器。測速盤37通過螺栓與軸端螺母38連接。