[實(shí)用新型]高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720161829.9
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN206478013U
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林偉偉;張回良;崔小健;任泓泉;肖旭
• 申請（專利權(quán)）人: 上海優(yōu)耐特斯壓縮機(jī)有限公司
• 主分類號: F04D25/06
• 分類號: F04D25/06;F04D29/053;H02K1/22
• 代理公司: 上海明成云知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31232
• 代理人: 常明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械（包括離心壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)、MVR蒸汽壓縮機(jī)、余熱回收膨脹機(jī)、化工介質(zhì)壓縮機(jī)等）的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種超高轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速超過50000RPM）的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械例如離心壓縮機(jī)的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械將電機(jī)功能與齒輪增速傳動(dòng)在結(jié)構(gòu)上融為一體，由高速電機(jī)主軸直接帶動(dòng)透平葉輪，并用電磁懸浮軸承或者空氣懸浮軸承支撐轉(zhuǎn)子。透平離心壓縮機(jī)為了獲得更高壓力的壓縮氣體，須提升葉輪的線速度，也就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的齒輪增速離心壓縮機(jī)只能通過增大齒輪傳動(dòng)比提升轉(zhuǎn)速，但由于結(jié)構(gòu)限制，以及油膜滑動(dòng)軸承的線速度過大將導(dǎo)致潤滑油失效，因而機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提升有限。

高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)由高速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)子，同時(shí)用無接觸的電磁懸浮軸承或空氣懸浮軸承支撐轉(zhuǎn)子，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提升空間很大，葉輪的線速度提高對應(yīng)可獲得更高壓力的壓縮氣體，因此，有效提升高速轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的性能和排氣壓力，而轉(zhuǎn)子的剛性決定了轉(zhuǎn)速提升空間的大小。

目前常用的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可參見圖1，圖中標(biāo)記11為電機(jī)轉(zhuǎn)子部分，12為轉(zhuǎn)子光軸，轉(zhuǎn)子中間電機(jī)部分比較粗，兩端軸承位置的軸徑比較細(xì)，整體轉(zhuǎn)子的剛性比較差。一方面，該類型轉(zhuǎn)子對應(yīng)的轉(zhuǎn)子一階、二階彎曲臨界轉(zhuǎn)速比較小，對于較高壓力要求的壓縮機(jī)，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也比較高，這樣轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速容易運(yùn)行在一、二階彎曲臨界之間或者二階彎曲臨界之上，因而轉(zhuǎn)子升速過程需要跨越一階彎曲臨界或者一、二階彎曲臨界。由于電磁懸浮軸承或者空氣懸浮軸承的剛度和阻尼都不大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子跨越彎曲臨界的難度加大很多，這樣轉(zhuǎn)子啟動(dòng)升速過程存在很多困難，且轉(zhuǎn)子的振動(dòng)也比較大。另一方面，如果加粗轉(zhuǎn)子增大轉(zhuǎn)子剛性，轉(zhuǎn)子中間電機(jī)部分由于比較粗，對應(yīng)的線速度就會(huì)非常高，對材料、工藝的要求就會(huì)更苛刻，甚至無法保證轉(zhuǎn)子的安全性。

有鑒于此，該領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研發(fā)一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以解決高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在高轉(zhuǎn)速要求下的轉(zhuǎn)子剛性問題，以及解決高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子電機(jī)部分線速度過高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的任務(wù)是提供一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，通過增大轉(zhuǎn)子直徑以提高轉(zhuǎn)子的剛性，并通過減小轉(zhuǎn)子的電機(jī)部分直徑以降低或者減緩對應(yīng)線速度的增大，解決高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子剛性問題以及高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子電機(jī)部分線速度過高的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：

一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，它包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子光軸、定子和支撐軸承，整個(gè)高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為等直徑的軸，從位于中間的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分直徑到位于兩側(cè)的轉(zhuǎn)子光軸直徑的尺寸相同，改變現(xiàn)有轉(zhuǎn)子中間電機(jī)部分直徑粗大、兩端軸承位置軸徑細(xì)小的結(jié)構(gòu)；

所述高速轉(zhuǎn)子中間的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的外圍設(shè)置高速電機(jī)定子，位于高速轉(zhuǎn)子兩側(cè)的轉(zhuǎn)子光軸由支撐軸承支撐，高速轉(zhuǎn)子兩端分別連接一級透平葉輪和二級透平葉輪；

所述高速轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)通過增大轉(zhuǎn)子直徑以提高轉(zhuǎn)子剛性，同時(shí)通過減小轉(zhuǎn)子的電機(jī)部分直徑以降低或者減緩對應(yīng)線速度的增大。

所述高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分由永磁電機(jī)的永磁體及表面護(hù)套組成。

所述高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分由感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分組成。

采用本實(shí)用新型的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，能夠解決高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子電機(jī)部分線速度過高的問題，降低材料要求及工藝要求，降低設(shè)計(jì)制造成本，并提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行的安全性。

本實(shí)用新型的基本思想是通過增大轉(zhuǎn)子直徑以提高轉(zhuǎn)子的剛性，并通過減小轉(zhuǎn)子的電機(jī)部分直徑以降低或者減緩對應(yīng)線速度的增大。轉(zhuǎn)子剛性增大，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速也增大，這樣轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在高轉(zhuǎn)速區(qū)域的空間也增大。

本實(shí)用新型的整體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為等直徑的軸，或者近似等直徑的軸（轉(zhuǎn)子整體外徑變化比較小），對高轉(zhuǎn)速要求的轉(zhuǎn)子可增大轉(zhuǎn)子直徑，同時(shí)轉(zhuǎn)子電機(jī)部分的線速度不會(huì)增大過多。

本實(shí)用新型的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可滿足高轉(zhuǎn)速離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)要求，使轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速運(yùn)行在亞臨界區(qū)域（轉(zhuǎn)速?zèng)]有超過一階彎曲臨界），或者盡可能少的超過彎曲臨界，降低高速電機(jī)直驅(qū)的離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)升速過程的難度，并減小轉(zhuǎn)子振動(dòng)，提升機(jī)組運(yùn)行的安全性。

本實(shí)用新型的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可用于更高壓縮壓力的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子剛性的提升，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以更高，這樣轉(zhuǎn)子兩端葉輪的轉(zhuǎn)速提高，壓縮機(jī)的排氣壓力也增大，可實(shí)現(xiàn)更高排氣壓力的高速直驅(qū)離心壓縮機(jī)。

附圖說明