磁懸浮水輪發電機組的製作方法

2023-06-26 07:35:51

本發明屬於發電機的技術領域，具體是涉及一種磁懸浮水輪發電機組。

背景技術：

多年前我國就採用了水輪，用於提灌和糧食加工等；現代水輪機則大多數安裝在水電站內，用來帶動發電機發電，現在已經形成了比較成熟的水力發電技術；在大中型水力發電機組中基本上採用立軸結構，立式水輪發電機組水輪機的轉輪和發電機轉子通過主軸連接在一起，轉動部分的重量是通過主軸、推力軸承傳遞給機座，然後傳遞給基礎；由於水輪發電機組的轉動部分重量很大，傳統的承重方式主要是採用推力軸承，推力軸承承受整個機組轉動部分的重量以及水輪機軸向的水推力，存在機械摩擦和機械老化問題；特別是長期重負狀態下的摩擦引起的機械磨損和發熱問題非常突出，為此，大型水輪發電機組承重系統中對承重軸承有非常嚴格的要求，為了解決這些問題，各發電廠只好安排定期維護、小修、大修和臨時缺陷處理，這些檢修中對各軸承修理的工作量最大，因而生產成本與運行維護成本很高。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種磁懸浮水輪發電機組，該磁懸浮水輪發電機組通過在發電機軸上、下兩端設置有磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導定位軸承、磁懸浮下導定位軸承，使水輪發電機組轉動部分懸浮於空中，使水輪發電機組在沒有任何機械摩擦的情況下運行，避免軸承機械摩擦，提高發電機組效率電機，降低了生產成本與運行維護成本，提高經濟效益。

為了達到上述目的，本發明一種磁懸浮水輪發電機組，包括水輪機、安裝在水輪機上方的發電機、勵磁機和磁懸浮機構；

所述發電機包括發電機下支架、固定在發電機下支架上的發電機殼體和固定在發電機殼體上的發電機上支架，所述發電機殼體內設置有發電機軸、發電機轉子和發電機定子，所述發電機殼體頂部設置有發電機蓋板；

所述發電機蓋板上設置有推力軸承座底板和推力軸承座，所述推力軸承座內設置有套裝在發電機軸上的推力頭，所述推力頭頂部連接有勵磁機；

所述勵磁機包括與推力頭連接的勵磁機法蘭盤和套裝在勵磁機法蘭盤內的勵磁機軸；

所述水輪機包括水輪機蝸殼、設置在水輪機蝸殼頂部的水輪機頂蓋、水輪機蝸殼內部的水輪機導葉、水輪機軸和套裝在水輪機軸上的水輪機轉子、水輪機軸頂部延伸出水輪機頂蓋與發電機軸固定連接；

所述磁懸浮機構包括套裝在推力頭上的磁懸浮上導定位軸承，通過下導軸承滑轉子套裝在發電機軸下端的磁懸浮下導定位軸承、套裝在發電機軸上的磁懸浮推力軸承和套裝在水輪機軸上的磁懸浮水輪機定位軸承；

所述磁懸浮推力軸承包括支承在推力軸承座底板上的推力磁懸浮軸承下瓦支承板、設置在推力磁懸浮軸承下瓦支承板上的推力磁懸浮軸承下瓦和與推力磁懸浮軸承下瓦對應平行設置的推力磁懸浮軸承上瓦，所述推力頭底部支承在推力磁懸浮軸承上瓦上。

進一步，所述磁懸浮推力軸承上瓦與磁懸浮推力軸承下瓦之間有的間隙設置為5～10mm。

進一步，所述磁懸浮推力軸承上瓦設置為強力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結構，所述磁懸浮推力軸承下瓦設置為強力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結構。

進一步，所述推力頭上設置有用於使直流助磁線圈跟隨永久磁鐵旋轉的磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈滑環。

進一步，所述磁懸浮上導定位軸承包括上導磁懸浮軸承軸頸和套裝在上導磁懸浮軸承軸頸周圍的上導磁懸浮軸承軸瓦；所述磁懸浮下導定位軸承包括下導軸承磁懸浮軸瓦和套裝在下導軸承磁懸浮軸瓦周圍的下導軸承磁懸浮軸頸。

進一步，在所述磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導定位軸承、磁懸浮下導定位軸承和水輪機軸承的空腔內設置有直流助磁線圈，所述直流助磁線圈均設置有+X、-X，+Y、-Y方向供電加磁，所述磁懸浮上導定位軸承、磁懸浮下導定位軸承處及水輪機定位軸承上部均設置有速度傳感器。

本發明的有益效果在於：

1、本發明磁懸浮水輪發電機組通過在發電機軸上、下兩端設置有磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導定位軸承、磁懸浮下導定位軸承，使水輪發電機組轉動部分懸浮於空中，使水輪發電機組在沒有任何機械摩擦的情況下運行，避免軸承機械摩擦，提高發電機組效率電機，降低了生產成本與運行維護成本，提高經濟效益。

2、本發明磁懸浮水輪發電機組通過在在磁懸浮推力軸承上瓦的空腔內設置有直流助磁線圈與發電機轉子線圈並聯，使其電流隨發電機電壓的變化而變化；在磁懸浮推力軸承下瓦；磁懸浮上導定位軸承、磁懸浮下導定位軸承的的空腔內均設置有直流助磁線圈，其設置方向為+X、-X，+Y、-Y方向；由專門的直流電源通過可控矽二極體供電；由安裝在發電機上部、下部定位軸承上部的傳感器、紅外線等檢測裝置檢測到的發電機組的中心的變化信號通過計算機控制可控矽改變線圈中電流的大小和方向以改變磁場強度，保持水輪發電機組在最佳設計狀態下運行。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發明磁懸浮水輪發電機組的結構示意圖；

圖2為本發明磁懸浮水輪發電機組中推力軸承的結構示意圖；

圖3為本發明磁懸浮水輪發電機組中推力軸承第一種實施方式的結構示意圖；

圖4為本發明磁懸浮水輪發電機組中推力軸承第二種實施方式的結構示意圖；

圖5為本發明磁懸浮水輪發電機組中推力軸承第三種實施方式的結構示意圖；

圖6為本發明磁懸浮水輪發電機組中推力軸承第四種實施方式的結構示意圖；

圖7為本發明磁懸浮水輪發電機組中導向軸承軸頸和軸瓦的結構示意圖。

附圖標記：1-勵磁機軸；2-磁懸浮上導定位軸承；3-推力軸承座；4-磁懸浮推力軸承；5-推力軸承座底板；6-發電機上支架；7-發電機蓋板；8-發電機轉子；9-發電機定子；10-發電機殼體；11-剎車裝置；12-磁懸浮下導定位軸承；13-發電機軸；14-勵磁機法蘭盤；15-推力頭；16-上導磁懸浮軸承軸頸；17-上導磁懸浮軸承軸瓦；18-推力磁懸浮軸承上瓦；19-推力磁懸浮軸承下瓦；20-推力磁懸浮軸承下瓦支承板；21-發電機下支架；22-下導軸承磁懸浮軸瓦；23-下導軸承磁懸浮軸頸；24-下導軸承滑轉子；25-水輪機軸；26-磁懸浮水輪機定位軸承；27-水輪機蝸殼；28-水輪機轉子；29-水輪機導葉；30-補氣管；31-磁懸浮水輪機導軸承軸頸；32-磁懸浮水輪機導軸承軸瓦；33-水輪機頂蓋；34-尾水管；35-擋油圈；36-卡環；37-磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈滑環；38-磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈；39-磁懸浮推力軸承下瓦直流助磁線圈；40-磁懸浮推力軸承上瓦支持板；41-下導軸承盒；42-水冷卻器；43-計算機；44-上導軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；45-推力軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；46-下導軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；47—水導軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；48-上導軸承控制線圈；49-推力軸承控制線圈；50-下導軸承控制線圈；51-水導軸承控制線圈。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。

如圖1所示為本發明磁懸浮水輪發電機組的結構示意圖；如圖2所示為本發明磁懸浮水輪發電機組中推力軸承上瓦和下瓦結構示意圖；本發明一種磁懸浮水輪發電機組，包括水輪機、安裝在水輪機上方的發電機、勵磁機和磁懸浮機構；

所述發電機包括發電機下支架21、固定在發電機下支架21上的發電機殼體10和固定在發電機殼體10上的發電機上支架6，所述發電機殼體10內設置有發電機軸13、發電機轉子8和發電機定子9，所述發電機殼體10頂部設置有發電機蓋板7；

所述發電機蓋板7上設置有推力軸承座底板5和推力軸承座3，所述推力軸承座3內設置有套裝在發電機軸13上的推力頭15，所述推力頭15頂部連接有勵磁機27；

所述勵磁機27包括與推力頭15連接的勵磁機法蘭盤14和套裝在勵磁機法蘭盤14內的勵磁機軸1，發電機軸13與勵磁機法蘭盤14之間設置有卡環36，；

所述水輪機包括水輪機蝸殼27、設置在水輪機蝸殼27頂部的水輪機頂蓋33、水輪機蝸殼27內部的水輪機導葉29、水輪機軸25和套裝在水輪機軸25上的水輪機轉子28、水輪機軸25頂部延伸出水輪機頂蓋與發電機軸13固定連接，所述水輪機蝸殼內設置有補氣管30和尾水管34；

所述磁懸浮機構包括套裝在推力頭15上的磁懸浮上導定位軸承2，通過下導軸承滑轉子24套裝在發電機軸13下端的磁懸浮下導定位軸承12、套裝在發電機軸13上的磁懸浮推力軸承4和套裝在水輪機軸上的磁懸浮水輪機定位軸承26，推力頭15內與發電機軸13之間間隙處設置有擋油圈35，推力軸承座3內設置有水冷卻器42，發電機轉子8底部設置有剎車裝置11；磁懸浮水輪機定位軸承26包看磁懸浮水輪機導軸承軸頸31和磁懸浮水輪機導軸承軸瓦32。

所述磁懸浮推力軸承4包括支承在推力軸承座底板5上的推力磁懸浮軸承下瓦支承板20、設置在推力磁懸浮軸承下瓦支承板20上的推力磁懸浮軸承下瓦19和與推力磁懸浮軸承下瓦19對應平行設置的推力磁懸浮軸承上瓦18，所述推力頭15底部支承在推力磁懸浮軸承上瓦18上，推力磁懸浮軸承下瓦支承板20和推力磁懸浮軸承上瓦18是兩個強力磁鐵，間隙間兩個強力磁鐵具有同名磁性，(S極或N極)根據兩個磁鐵同極相斥原理，這個相斥力克服水輪發電機和水輪轉動部分重量和水的推力，讓整個水輪發電機組懸浮於一定空中，使水輪發電機組在軸向沒有機械摩擦力下運行。

進一步，所述磁懸浮推力軸承上瓦18與磁懸浮推力軸承下瓦19之間有的間隙設置為5～10mm，磁懸浮上導軸承軸頸16與磁懸浮上導軸承軸瓦17之間有5～10mm的間隙，所述磁懸浮推力軸承上瓦與推力頭15之間設置有磁懸浮推力軸承上瓦支承板40，磁懸浮下導定位軸承的作用是：固定機組中心，使機組轉動部分擺幅在一定範圍內，磁懸浮下導軸承軸頸23與磁懸浮下導軸承軸瓦22之間有5～10mm的間隙，磁懸浮下導軸承軸瓦22固定在下導盒41上，磁懸浮下導定位軸承的作用是：固定機組中心，使機組轉動部分擺幅在一定範圍內。

進一步，如圖3-圖6所示，優選的所述磁懸浮推力軸承上瓦18設置為強力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結構，所述磁懸浮推力軸承下瓦19設置為強力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結構，本實施例中磁懸浮推力軸承有以下幾種配置方式：

1、全永久磁鐵磁懸浮推力軸承；

2、上瓦為永久磁鐵；下瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈的磁懸浮推力軸承；

3、上瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈，但直流助磁線圈不跟隨永久磁鐵旋轉，下瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈的磁懸浮推力軸承；

4、上瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈，且直流助磁線圈跟隨永久磁鐵旋轉，通過滑環輸入直流電流，此助磁電流也可以由發電機轉子勵磁電流提供，這樣還可以隨發電機的電壓的變化而變化；下瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈的磁懸浮推力軸承；

其中通過磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈38和磁懸浮推力軸承下瓦直流助磁線圈39，可以調節直流助磁線圈中電流的大小來調節上、下瓦斥力的大小，使間隙發生變化，通過傳感器、電腦自動控制使水輪發電機運行於最佳狀態。

進一步，優選的所述推力頭15上設置有用於使直流助磁線圈跟隨永久磁鐵旋轉的磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈滑環37。

進一步，如圖7所示，優選的所述磁懸浮上導定位軸承2包括上導磁懸浮軸承軸頸16和套裝在上導磁懸浮軸承軸頸16周圍的上導磁懸浮軸承軸瓦17；所述磁懸浮下導定位軸承12包括下導軸承磁懸浮軸瓦23和套裝在下導軸承磁懸浮軸瓦23周圍的下導軸承磁懸浮軸頸22，。

進一步，優選的在所述磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導定位軸承、磁懸浮下導定位軸承的空腔內設置有直流助磁線圈，所述直流助磁線圈均設置有+X、-X，+Y、-Y方向供電加磁，所述磁懸浮上導定位軸承、磁懸浮下導定位軸承處設置有速度傳感器，本實施例採用磁懸浮技術，取消了機械軸承，就不存在軸承磨損問題；針對隨著發電機負荷的變化、永磁體雌性的變化，其間隙間的距離也要發生變化，這將引起發電機中心發生變化，發電機就不能保持在理想中心下運行的技術問題，該結構在磁懸浮上導定位軸承上瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器44；在磁懸力軸承下瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器45；在磁懸浮上導定位軸承下瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器46；在磁懸浮水導軸承瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器47，取得的信號送給計算機43處理後分別控制供給上導軸承控制線圈48、推力軸承控制線圈49、下導軸承控制線圈50、水導軸承控制線圈51的直流電源的電壓；直流助磁線圈的電流隨發電機電壓的變化而變化；由專門的直流電源通過可控矽二極體供電；由安裝在發電機上部、下部定位軸承上部的傳感器、紅外線等檢測裝置檢測到的發電機組的中心的變化信號通過計算機控制可控矽改變線圈中電流的大小和方向以改變磁場強度，保持水輪發電機組在最佳設計狀態下運行，。

最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。