[發明專利]一種優化帶箔片空氣軸承的轉子性能的方法

在審

• 申請號: 201710716779.0
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107313962A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 孟曙光;黃鵬程;周黎民;鄭國麗;李德金;李威揚;王偉
• 申請（專利權）人: 中車株洲電機有限公司
• 主分類號: F04D25/08
• 分類號: F04D25/08;F04D29/053;F04D29/056;F04D29/24;F04D29/28;F04D29/00;F16C17/26
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙)31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及高速鼓風機技術領域。

背景技術

鼓風機由于葉輪在機體內運轉，因無摩擦、無需潤滑使得排出的氣體不含油的成分，成為化工、食品等工業理想的氣力輸送氣源，并在污水處理系統的鼓風曝氣，發電廠脫硫脫硝的吹脫，煤粉、水泥建材的物料輸送，煉鋼冶金、紡織印染、大型船舶等領域得以廣泛應用。

箔片空氣軸承比其他種類軸承更適用于高速輕載鼓風機領域：滾動軸承在工作過程中存在接觸磨損，難以實現高轉速、長壽命工作。磁懸浮軸承適用于高速重載領域，但存在控制系統復雜、價格高昂、因使用了高精度傳感器而不適宜惡劣工作環境的不足。液體滑動軸承需要額外的供油系統、電機機座內供油管路復雜且易泄露、高速下剪切摩擦功耗大導致溫升高。所以，在高速輕載的鼓風機上應用箔片空氣軸承具有獨特的優勢。

然而，箔片空氣軸承承載力弱、剛度低的特點給轉子結構設計帶來極大挑戰。轉子總質量受限于箔片空氣軸承低下的的承載能力，需要盡量減重優化。因永磁體抗拉強度低在高速離心拉應力作用下易于破壞，從而限制了轉子外徑尺寸，降低了轉軸的剛度。較低的軸承剛度及轉軸剛度使轉子動力學設計變得極為困難，并對轉軸與葉輪之間的匹配性提出苛刻要求。因此，欲要研制高轉速、長壽命單級直聯式鼓風機，就要解決上述有關技術難點，設計出一種結構緊湊、質量小及轉子動力學特性優良的轉子結構。

申請號為201410410513 的中國發明專利公開了一種空氣懸浮離心鼓風機，包括電機、電機底座、導流口、排氣口、渦輪和蝸殼。轉子與左渦輪和右渦輪通過轉子芯軸同軸連接。電機殼內設有左、右徑向軸承組件，徑向軸承組件包括徑向軸承座、徑向軸承、左軸承位和徑向軸承壓蓋，徑向軸承為箔片式動壓氣體徑向軸承。電機殼內右側設有內止推軸承座、外止推軸承座和止推盤，內止推軸承座和止推盤之間設有內止推軸承，止推盤與外止推軸承座之間設有外止推軸承。內止推軸承和外止推軸承以及徑向軸承均為箔片式動壓氣體止推軸承。該現有技術，傳統感應異步電機的轉子導條、沖片等零件在高速下易因拉應力過大而破壞，所以最高轉速受到很大限制，且與永磁電機相比，功率密度小、效率低、經濟運行范圍窄。

申請號為 201610327807.5的中國發明專利申請公開了一種超高速鼓風機，其轉動連接件是具有一個空腔的圓筒狀結構，轉動連接件套設在靠近葉輪的轉軸上、并與葉輪和轉軸端部分別相契合連接，其側部位于由殼體的外筒與內筒所形成的空腔內；槽式動壓氣體徑向軸承和轉軸均位于殼體的內筒腔內，且槽式動壓氣體徑向軸承套設在轉軸上。該現有技術，電機轉子結構復雜，不緊湊。

申請號為201310703932.8的中國發明專利公開了一種廢氣渦輪發電機，其傳動單元中，軸與渦輪連接的一端定義為前端，軸的另外一端定義為后端。渦輪與軸進行固定后當渦輪轉動時就可以帶動軸進行轉動。軸上安裝有套筒，套筒和軸采用鍵連接，套筒上設置有推力盤。套筒和渦輪之間的軸上設置有套筒，設置上述套筒的可以進一步軸向固定上述套筒和推力盤。該現有技術，采用實心轉軸則轉軸質量較大，箔片軸承所承載葉輪質量受到很大限制。套筒內設置細長拉桿，則拉桿長徑比大，加工難度大，且剛性差。采用鍵連接容易產生額外的動不平衡力，不適宜高速場合。

申請號為201610296970.X的中國發明專利申請公開了一種燃料電池發動機的兩級串聯增壓直取離心式空壓機，主軸采用中空主軸，主軸的兩端均內置螺桿，螺桿分別與左端葉輪和右端葉輪通過預緊螺母進行固定，并采用高強度膠水進行粘接。該現有技術，未采用實心永磁體造成鐵芯長度較長，轉子動力學特性較差。轉軸中心孔直徑比拉桿螺紋直徑小，減重效果不明顯。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種優化帶箔片空氣軸承的轉子性能的方法，其能優化轉子的動力學特性。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種優化帶箔片空氣軸承的轉子性能的方法，將轉子的永磁體設置為實心永磁體，在實心永磁體一端連接一根前端轉軸，在實心永磁體另一端連接一根后端轉軸，在前端轉軸上安裝前箔片空氣軸承，在后端轉軸上依次安裝徑向止推聯合箔片空氣軸承、L形推力盤、止推箔片空氣軸承；通過保護套將前端轉軸、實心永磁體、后端轉軸連接成一體，保護套采用過盈配合聯接方式套裝在前端轉軸、實心永磁體、后端轉軸上，借助保護套與前端轉軸、實心永磁體、后端轉軸之間的過盈配合聯接實現扭矩的向前、向后傳遞，依靠前箔片空氣軸承和徑向止推聯合箔片空氣軸承實現對徑向載荷的承載，L形推力盤在徑向止推聯合箔片空氣軸承和止推箔片空氣軸承的聯合作用下實現對軸向載荷的承載。