[實用新型]一種電磁懸浮軸承支撐的渦輪冷卻器

有效

• 申請號: 201320830769.7
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN203685315U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 寧家強;韓云輝;王峰
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司金城南京機電液壓工程研究中心
• 主分類號: F01D25/16
• 分類號: F01D25/16
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明涉及一種新型電磁懸浮軸承支撐的渦輪冷卻器，應用于飛機環境控制空氣循環制冷系統，發明核心是新型電磁懸浮軸承技術應用研究。

背景技術

電磁懸浮軸承渦輪冷卻器的功能是飛機環控系統提供冷卻空氣或增壓空氣，如飛機座艙和設備艙環控系統、吊艙制冷系統等。渦輪冷卻器轉子通過電磁懸浮軸承支撐，電磁懸浮軸承屬于主動控制軸承，工作轉速高，通常在60000r/min以上。采用電磁懸浮軸承支撐可以提高渦輪冷卻器的工作可靠性和使用壽命，同時增加了對渦輪冷卻器的工作狀態監控，可以實現對產品健康實時診斷和管理。在電磁懸浮軸承的運轉過程中，設計了軸承冷卻結構，以保證軸承穩定、可靠工作。

目前航空渦輪冷卻器普遍使用的是滾珠軸承，其工作狀態完全是被動的，承載能力低，軸承的使用狀態無法測試和監控，因此，使用滾珠軸承的渦輪冷卻器使用可靠性較低，使用壽命較短。

電磁懸浮軸承是利用磁力實現無接觸的新型軸承，被認為是支承技術的一次革命，是目前唯一投入實用的非接觸主動支承裝置。與傳統的滾珠軸承和氣體軸承相比，電磁懸浮軸承具有低能耗、發熱少、無機械磨損、無潤滑、無污染、轉速高、振動小、使用壽命長、維護費用低等優點，從根本上改變了傳統的軸承支撐形式，可顯著提高渦輪冷卻器的可靠性和使用壽命。

電磁懸浮軸承非常適合作為航空渦輪冷卻器的支承部件，是未來全（多）電飛機的核心關鍵部件。但是，目前電磁懸浮軸承技術在高速機械上的應用還處于原理階段，不能滿足渦輪冷卻器的使用環境要求。

本發明通過公開一種電磁懸浮軸承支撐的渦輪冷卻器，將電磁軸承技術用于航空渦輪冷卻器中，對航空渦輪冷卻器的結構進行了改進，考慮了機載使用環境的需求，可以解決航空渦輪冷卻器使用可靠性低和壽命短的問題。

發明內容

本發明的目的：針對現有渦輪冷卻器的支撐技術，本發明提供一種能夠根據載荷實現主動控制、保證軸承可靠工作的新型電磁懸浮軸承，并將新型電磁懸浮軸承應用于飛機渦輪冷卻器中，實現對產品健康實時診斷和管理，同時避免了滾珠軸承需要潤滑油而帶來對空氣系統的污染。

本發明采取的技術方案：

一種電磁懸浮軸承支撐的渦輪冷卻器，包括向心渦輪單元、壓氣機單元，壓氣機單元包括壓氣機蝸殼6和壓氣機葉輪7；向心渦輪單元包括渦輪蝸殼1、渦輪葉輪2、噴嘴環3；其特征在于，還包括電磁懸浮軸承單元，電磁懸浮軸承單元包括電磁懸浮徑向軸承5和電磁懸浮推力軸承4；壓氣機葉輪7和渦輪葉輪2通過軸9連接；軸9通過電磁懸浮徑向軸承5支撐在殼體8上，渦輪蝸殼1和壓氣機蝸殼6分別安裝于殼體8上，軸中部位置設置止推盤和電磁懸浮推力軸承4，轉子上設計了軸向力平衡盤。殼體內部設計有冷卻通道為軸承提供冷卻。

本發明的有益效果：采用電磁懸浮軸承支撐技術，可以實現對軸承的主動控制，從而實現對軸承工作載荷的有效支撐；采用電磁懸浮軸承支撐技術，可以實施對產品健康實時診斷和管理，為渦輪冷卻器設計提供可靠的使用數據。電磁懸浮軸承支撐的渦輪冷卻器是多電、全電飛機電動環境控制系統的核心技術，也是民用大型深冷設備的關鍵技術，在軍、民領域都具有重要應用前景。

附圖說明

圖1為電磁懸浮軸承渦輪冷卻器結構示意圖；

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明作進一步的詳細說明。

電磁懸浮軸承渦輪冷卻器，包括向心渦輪單元、壓氣機單元和電磁懸浮軸承單元，其中電磁懸浮軸承作為飛機渦輪冷卻器的一種新的支撐技術是本發明專利的核心內容。渦輪消耗氣體動能對外輸出機械功帶動同軸的壓氣機轉動，壓氣機是渦輪的負載。壓氣機包括壓氣機蝸殼6和壓氣機葉輪7，向心渦輪包括渦輪蝸殼1、渦輪葉輪2、噴嘴環3；壓氣機葉輪7和渦輪葉輪2通過軸9連接；軸9分別通過電磁懸浮徑向軸承5支撐在殼體8上，渦輪蝸殼1和壓氣機蝸殼6分別安裝于殼體8上，軸中部位置設置止推盤和電磁懸浮推力軸承4。殼體內部設計有冷卻通道為軸承提供冷卻，保證軸承可靠工作。

對軸承的冷卻可以采用液體（如水、冷卻液等）或空氣，其冷卻量則根據軸承的發熱量來確定。如果產品重量允許，也可以采用殼體自然散熱的方式實施對軸承的冷卻。

電磁懸浮軸承采用永磁偏置磁懸浮軸承技術，其徑向和推力軸承分開設置，也可以采用徑向和推力軸承組合設計布置的形式。