CN105378314A - 具有冷却轴承的内通风的电磁轴承组件 - Google Patents

具有冷却轴承的内通风的电磁轴承组件 Download PDF

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Abstract

一种用于旋转机械的磁性轴承组件具有转子回路(17)和定子磁性回路(18)，定子磁性回路(18)固连至静止支撑元件(26)，具有为铁磁体材料的至少一个主体(22)和至少一个线圈(20)，它们二者配合在保护性环形外罩(24)中，从而使面对所述转子回路(17)的回转表面(16d、16e)的所述铁磁体主体(22)的回转表面(22a)和所述一个线圈(20)的回转表面(20a)不被覆盖。轴承组件(10)包括固连在转子回路(17)上的至少一个叶片排(30、32)，以生成流体流来冷却主动磁性轴承。

Description

具有冷却轴承的内通风的电磁轴承组件
技术领域
本发明涉及轴承，具体而言涉及用在具有转子的旋转机械中的磁性轴承。
背景技术
具体而言，本发明涉及主动磁性轴承，其具有电磁元件，该电磁元件沿径向方向布置且适于与固连至转子的转子回路协作。
轴向磁性轴承使用在止推套环上相反地拉的电磁力，止推套环固连至转子轴以维持旋转组件(转子)与静止组件(定子)的相对位置。止推套环通常是固连至转子的平坦、实心、铁磁体盘。盘形电磁元件位于止推套环的任一侧上，且螺接至旋转机械外罩，从而形成主动轴向磁性轴承。
磁性轴承在旋转机械中的使用变得越来越普遍，特别是在腐蚀性或热的流体的情况下。磁性轴承的内通风因此是重要的，以提高轴承的使用寿命。
通过止推套环相对于电磁元件的相对移动生成的摩擦形成流体的径向流，这引起磁性轴承的冷却。
然而，此种流与两个构件之间的摩擦和转子的旋转速度无关，且因此是不可靠的。而且，由于压力分布方面的不确定性，可出现回流，其将导致缺乏冷却流体流。
目前的磁性轴承不提供足够的内通风，以致于流体流变得不足以冷却轴向磁性轴承。
发明内容
本发明的目的是补偿以上缺陷。
本发明的一个具体目的是提供具有增强的冷却流，同时容易制造的磁性轴承组件。
本发明的另一个具体目的是确保冷却流体流的再流通，即使是在轴承内侧的较差压差的情况下。
在一个实施例中，一种用于旋转机械的磁性轴承组件包括转子回路和定子磁性回路，定子磁性回路固连至静止支撑元件且包括为铁磁体材料的至少一个主体和至少一个线圈，它们二者配合在保护性环形外罩中，从而使面对所述转子回路的回转表面的所述铁磁体主体的回转表面和所述一个线圈的回转表面不被覆盖。
轴承组件包括固连在转子回路上的至少一个叶片排。
此种叶片排有助于冷却流体流的泵送，从而增强磁性轴承的冷却。
有利地，所述一个叶片排包括从转子回路延伸的多个叶片。
在一个实施例中，转子回路包括环形止推套环，该环形止推套环具有轴向部分，该轴向部分固连至转子轴且朝定子磁性回路径向地延伸径向部分，所述径向部分面对所述铁磁体主体和所述一个线圈的不被覆盖的表面。
所述叶片排例如固连至环形止推套环且从该环形止推套环朝定子磁性回路径向地延伸。
在另一实施例中，轴承是轴向磁性轴承。
在另一实施例中，轴承是径向磁性轴承。
所述一个叶片排可包括多个轴向叶片或多个径向叶片或径向和轴向类型叶片的组合。
在一个实施例中，轴承组件包括两个叶片排。
所述径向磁性轴承可轴向地位于这两个叶片排之间。
在实施例中，定子磁性回路包括为铁磁体材料的两个主体，它们各自面对所述环形止推套环的径向部分的径向侧表面，各叶片排固连在所述套环的轴向部分上且径向地位于环形止推套环与各定子磁性回路之间。
根据本发明的另一方面，涡轮机械包括定子、旋转地安装在所述定子中的转子、和如上所述地径向地布置在转子与定子之间的至少一个磁性轴承组件。
附图说明
本发明将通过研究认为是完全非限制性的示例且由附图例示的多个实施例来更好地得到理解，在附图中：
-图1为根据本发明的第一实施例的磁性轴承组件的轴向半截面；
-图2为根据本发明的第二实施例的磁性轴承组件的轴向半截面；且
-图3为根据图2的Ⅲ-Ⅲ线的截面。
示范实施例的下列详细描述参照附图。在不同的附图中的相同的标号等同于相同或相似的元件。此外，附图不必遵循比例。
具体实施方式
如图1上例示的，由一般参考标号10指定的磁性轴承组件设计为安装在旋转机械(未示出)中，该旋转机械包括壳体或外罩、旋转轴12，该旋转轴12沿轴线X-X延伸且适于支撑转子部分(未示出)。例如，如果旋转机械是离心压缩机，那么转子部分包括叶轮。
如图1上所例示的，磁性轴承10为轴向类型的且设计为在定子壳体内侧支撑所述转子轴12。
该主动磁性轴承10包括固定至定子壳体的定子衔铁14、和具有盘的形状，固连至旋转轴12的转子衔铁16或环形止推套环。
环形止推套环16和转子轴12形成转子回路17。环形止推套环16从固连至转子轴12的轴向板16a朝定子磁性回路18径向地延伸径向部分16b，径向部分16b具有外圆柱形表面16c和两个侧表面16d、16e。
定子衔铁14包括定子磁性回路18，其以常规的方式包括一个或更多个环形线圈20和两个铁磁体主体22，铁磁体主体22可为块状的或局部地层叠的。在图1的示例中，各铁磁体主体22包封两个环形线圈20。定子衔铁14还包括保护性环形支撑件或环形外罩24，定子磁性回路18放置到其中，从而使所述铁磁体主体22的回转表面22a和各线圈20的回转表面20a不被覆盖。支撑件24固连至静止支撑元件26，该静止支撑元件26自身固定至壳体。如所例示的，回转表面20a、22a为轴向侧表面。
如所例示的，止推套环16的径向部分16b面对各铁磁体主体22和各线圈20分别的不被覆盖的表面20a、22a。换言之，定子磁性回路18放置为在没有机械接触的情况下轴向地面对环形止推套环16的径向部分16b的径向侧表面16d、16e中的一个，从而在环形止推套环16与定子磁性回路18之间留下轴向间隙28。
旋转轴12可具有阶梯形轮廓12a以以用于止推套环16的轴向定位。备选地，环形止推套环16例如可与转子轴12一体地制作。
如图1上例示的，轴承组件10包括两个叶片排30、32，它们包括多个叶片(未示出)，该多个叶片可为轴向的或径向的或它们的组合，固连在止推套环16的轴向板16a上。叶片30、32从环形止推套环16朝定子磁性回路18径向地延伸。备选地，叶片排30、32可直接固连至转子轴12。如所例示的，各叶片排30、32可径向地位于环形止推套环16与定子磁性回路18的各环形外罩24之间，从而在环形外罩24与叶片排30、32中的一个之间留下径向空气间隙34。
此种叶片30、32的排增大磁性轴承内侧的通风，且允许磁性轴承得到冷却。
图2和3中示出的实施例(其中相同的零件具有相同的参考标号)在磁性轴承的类型方面与图1的实施例不同。
如图2和3上所例示的，磁性轴承40为径向类型的且设计为在定子壳体内侧径向地支撑所述转子轴12。
径向磁性轴承40包括固定至定子壳体的定子衔铁42和形成转子回路17的旋转轴12。备选地，额外的转子衔铁可面对定子衔铁42地固连至定子轴12。
定子衔铁42包括定子磁性回路44，其以常规的方式包括一个或更多个线圈46和一个环形铁磁体主体48，这一个环形铁磁体主体48可为块状的或局部地层叠的。如图3所示，铁磁体主体48包封四个周向同等地间隔的线圈46。定子衔铁42还包括保护性环形支撑件或环形外罩50，定子磁性回路44放置到其中，从而使所述铁磁体主体48的回转表面48a和各线圈46的回转表面46a不被覆盖。保护性环形支撑件50固连至静止支撑元件52，该静止支撑元件52自身固定至壳体。
如所例示的，转子轴12的外圆柱形表面12b面对铁磁体主体48和各线圈46分别的不被覆盖的表面46a、48a，换言之，定子磁性回路44放置为径向地面对转子轴12的外圆柱形表面12b，从而在转子轴12与定子磁性回路44之间留下径向间隙54。
如图2上例示的，轴承组件40包括两个叶片排56、58，它们包括多个叶片(未示出)，该多个叶片可为轴向的或径向的或它们的组合，固连在转子轴12的外圆柱形表面12b上。叶片56、58从转子轴12朝定子磁性回路44轴向地延伸。如所例示的，定子磁性回路44轴向地位于这两个叶片排56、58之间，从而在环形外罩50与叶片排56、58中的各个之间留下轴向空气间隙59。
作为示例，磁性轴承组件可包括如图2上所示的径向类型磁性轴承40的组合，其与如图1上所示的轴向类型磁性轴承10结合，以支撑旋转轴12。
归功于本发明，各磁性轴承组件具有增强的冷却流。
实际上，叶片排有助于流体流的泵送，从而增强主动磁性轴承的冷却。磁性轴承因此具有内通风。

Claims (13)

1.一种用于旋转机械的磁性轴承组件，具有转子回路(17)和定子磁性回路(18、44)，定子磁性回路(18、44)固连至静止支撑元件(26、2)，具有为铁磁体材料的至少一个主体(22、48)和至少一个线圈(20、46)，它们二者配合在保护性环形外罩(24、50)中，从而使面对所述转子回路(17)的回转表面(16d、16e、12b)的所述铁磁体主体(22、48)的回转表面(22a、48a)和所述一个线圈(20、46)的回转表面(20a、46a)不被覆盖，其特征在于，所述轴承组件(10、40)包括固连在所述转子回路(17)上的至少一个叶片排(30、32、56、58)。
2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述一个叶片排(30、32、56、58)包括从所述转子回路(17)延伸的多个叶片。
3.根据权利要求1或2所述的磁性轴承组件，其中，所述转子回路(17)包括环形止推套环(6)，所述环形止推套环(6)具有固连至转子轴(12)的轴向部分(16a)且朝所述定子磁性回路(18)径向地延伸径向部分(16b)，所述径向部分(16b)面对所述铁磁体主体(22)和所述一个线圈(20)的不被覆盖的表面(20a、22a)。
4.根据权利要求3所述的轴承组件，其中，所述叶片排(30、32)固连至所述环形止推套环(16)且从所述环形止推套环(16)朝所述定子磁性回路(18)径向地延伸。
5.根据权利要求3或4中的任一项所述的轴承组件，其中，所述轴承(10)是轴向磁性轴承。
6.根据权利要求1或2所述的轴承组件，其中，所述轴承(40)是径向磁性轴承。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，其中，所述一个叶片排(30、32、56、58)包括多个轴向叶片。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的轴承组件，其中，所述一个叶片排(30、32、56、58)包括多个径向叶片。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的轴承组件，其中，所述一个叶片排(30、32、56、58)包括多个叶片，所述多个叶片的形状为径向和轴向类型的组合。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，包括两个叶片排(30、32、56、58)。
11.根据权利要求6和10所述的轴承组件，
其中，所述径向磁性轴承(40)轴向地位于所述两个叶片排(56、58)之间。
12.根据权利要求5和10所述的轴承组件，其中，所述定子磁性回路(18)包括为铁磁体材料的两个主体(22)，它们各自面对所述环形止推套环(16)的径向部分(16b)的径向侧表面(16d、16e)，各叶片排(3032)固连在所述套环(16)的轴向部分(16a)上且径向地位于所述环形止推套环(16)与各定子磁性回路(18)之间。
13.一种涡轮机械，其包括定子、旋转地安装在所述定子中的转子、和径向地布置在所述转子与所述定子之间的根据前述权利要求中的任一项的至少一个磁性轴承组件(10、40)。
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