一种适用于水轮发电机的重载永磁悬浮轴承

技术特征：
1.一种适用于水轮发电机的重载永磁悬浮轴承，其特征在于：由推力内轴圈(1)、推力内轴圈转盘(2)、上端盖(3)、外座圈(4)、导磁环(5)、下端盖(6)、径向保护辅助轴承(7)、辅助轴承座(8)、转盘固定环(9)、轴向保护辅助轴承(10)、转子轴向充磁永磁环(11)、隔磁环(12)、定子轴向充磁永磁环(13)一系列零部件组成；由推力内轴圈(1)和外座圈(4)同轴套接形成磁悬浮轴承环形空间，利用沉头内六角螺栓(a1)将磁悬浮轴承环形仓的上下两端面通过上端盖(3)和下端盖(6)进行封装紧固连接，使磁悬浮轴承环形空间形成密闭腔室；在磁悬浮轴承环形空间外部，设置所述径向保护辅助轴承(7)为两套向心球轴承，每套径向保护辅助轴承(7)的外圈分别固定安装在上端盖(3)和下端盖(6)外端的辅助轴承座(8)内，径向保护辅助轴承(7)的内圈滑套在推力内轴圈(1)的外径轴颈面上限制控制其径向位移；在磁悬浮轴承环形空间内部设置导磁环(5)、轴向保护辅助轴承(10)、转子轴向充磁永磁环(11)、隔磁环(12)、定子轴向充磁永磁环(13)；在磁悬浮轴承环形空间内部还设置推力内轴圈转盘(2)，所述转子轴向充磁永磁环(11)与另外的隔磁环(12)嵌套固定在推力内轴圈转盘(2)上，推力内轴圈转盘(2)与加强盘通过螺栓来进行固定，并在与轴承推力内轴圈(1)连接处用转盘固定环(9)进行固定，从而形成永磁轴承推力内轴圈转盘转子系统；所述定子轴向充磁永磁环(13)与和另外的导磁环(5)嵌套固定在下端盖(6)上，形成永磁轴承的外座圈定子系统；所述导磁环(5)的一端固定安装在下端盖(6)上，导磁环(5)的另一端安装轴向保护辅助轴承(10)，轴向保护辅助轴承(10)与推力内轴圈转盘(2)之间的距离是轴向保护间隙，轴向保护辅助轴承(10)是一个用钢制造的推力圆环，其上端面涂一层陶瓷材料和一层聚四氟乙烯，当推力内轴圈转盘(2)轴向位移超过轴向保护间隙与推力圆环陶瓷材料聚四氟乙烯层接触时，聚四氟乙烯起着固体润滑的作用，陶瓷起着耐磨的作用，限制推力内轴圈转盘(2)的轴向位移不超过轴向保护间隙，起轴向保护作用。2.根据权利要求1所述的适用于水轮发电机的重载永磁悬浮轴承，其特征在于：所述定子轴向充磁永磁环(13)至少包括间隔设置的第一定子轴向充磁永磁环(a1、b1)、第二定子轴向充磁永磁环(a2、b2)和第三定子轴向充磁永磁环(a3、b3)；其中设置在第一隔磁环(g1)上下两端的第一定子轴向充磁永磁环(a1、b1)的第一上磁环(a1)和第一下磁环(b1)的磁极方向相反，设置在第二隔磁环(g2)上下两端的第二定子轴向充磁永磁环(a2、b2)的第二上磁环(a2)和第二下磁环(b2)的磁极方向相反，设置在第三隔磁环(g3)上下两端的第三定子轴向充磁永磁环(a3、b3)的第三上磁环(a3)和第三下磁环(b3)的磁极方向相反，所述导磁环(5)包括内导磁环(e1)和外导磁环(e2)，所述定子轴向充磁永磁环(13)、导磁环(5)嵌套固定在下端盖(6)上，第一定子轴向充磁永磁环(a1、b1)和第一隔磁环(g1)与内导磁环(e1)紧靠设置，第三定子轴向充磁永磁环(a3、b3)和第三隔磁环(g3)与外导磁环(e2)紧靠设置。3.根据权利要求1所述的适用于水轮发电机的重载永磁悬浮轴承，其特征在于：所述转子轴向充磁永磁环(11)至少包括间隔设置的第一转子轴向充磁永磁环(c1、d1)、第二转子轴向充磁永磁环(c2、d2)，其中设置在第
ⅰ
隔磁环(g4)上下两端的第一转子轴向充磁永磁环(c1、d1)的第
ⅰ
上磁环(c1)和第
ⅰ
下磁环(d1)的磁极方向相反，设置在第
ⅱ
隔磁环(g5)上下两端的第二转子轴向充磁永磁环(c2、d2)的第
ⅱ
上磁环(c2)和第
ⅱ
下磁环(d2)的磁极方向相反，所述转子轴向充磁永磁环(11)、对于的导磁环(5)嵌套固定在推力内轴圈转盘(2)上。
4.根据权利要求1所述的适用于水轮发电机的重载永磁悬浮轴承，其特征在于：所述定子轴向充磁永磁环(13)至少包括间隔设置的第一定子轴向充磁永磁环(a1、b1)、第二定子轴向充磁永磁环(a2、b2)和第三定子轴向充磁永磁环(a3、b3)；其中设置在第一隔磁环(g1)上下两端的第一定子轴向充磁永磁环(a1、b1)的第一上磁环(a1)和第一下磁环(b1)的磁极方向相反，设置在第二隔磁环(g2)上下两端的第二定子轴向充磁永磁环(a2、b2)的第二上磁环(a2)和第二下磁环(b2)的磁极方向相反，设置在第三隔磁环(g3)上下两端的第三定子轴向充磁永磁环(a3、b3)的第三上磁环(a3)和第三下磁环(b3)的磁极方向相反，所述导磁环(5)包括内导磁环(e1)和外导磁环(e2)，所述定子轴向充磁永磁环(13)、导磁环(5)嵌套固定在下端盖(6)上，第一定子轴向充磁永磁环(a1、b1)和第一隔磁环(g1)与内导磁环(e1)紧靠设置，第三定子轴向充磁永磁环(a3、b3)和第三隔磁环(g3)与外导磁环(e2)紧靠设置；并且，所述转子轴向充磁永磁环(11)至少包括间隔设置的第一转子轴向充磁永磁环(c1、d1)、第二转子轴向充磁永磁环(c2、d2)，其中设置在第
ⅰ
隔磁环(g4)上下两端的第一转子轴向充磁永磁环(c1、d1)的第
ⅰ
上磁环(c1)和第
ⅰ
下磁环(d1)的磁极方向相反，设置在第
ⅱ
隔磁环(g5)上下两端的第二转子轴向充磁永磁环(c2、d2)的第
ⅱ
上磁环(c2)和第
ⅱ
下磁环(d2)的磁极方向相反，所述转子轴向充磁永磁环(11)、对于的导磁环(5)嵌套固定在推力内轴圈转盘(2)上；所述第一定子轴向充磁永磁环(a1、b1)、第一转子轴向充磁永磁环(c1、d1)、第二定子轴向充磁永磁环(a2、b2)、第二转子轴向充磁永磁环(c2、d2)、第三定子轴向充磁永磁环(a3、b3)在轴承轴向的平面的投影形成依次间隔设置关系。5.根据权利要求4所述的适用于水轮发电机的重载永磁悬浮轴承，其特征在于：当所述转子轴向充磁永磁环(11)的第
ⅰ
下磁环(d1)、第
ⅱ
下磁环(d2)的最下沿下降进入所述定子轴向充磁永磁环(13)的第一上磁环(a1)、第二上磁环(a2)、第三上磁环(a3)的位置区域内时，所述定子轴向充磁永磁环(13)的第一下磁环(b1)、第二下磁环(b2)、第三下磁环(b3)对所述转子轴向充磁永磁环(11)的第
ⅰ
下磁环(d1)、第
ⅱ
下磁环(d2)产生向上的斥力(f
b1d1
、f
b2d1
、f
b2d2
、f
b3d2
)；所述定子轴向充磁永磁环(13)的第一上磁环(a1)、第二上磁环(a2)、第三上磁环(a3)对所述转子轴向充磁永磁环(11)的第
ⅰ
下磁环(d1)、第
ⅱ
下磁环(d2)产生向上的吸力(f
a1d1
、f
a2d1
、f
a2d2
、f
a3d2
)；所述定子轴向充磁永磁环(13)的第一上磁环(a1)、第二上磁环(a2)、第三上磁环(a3)对转子轴向充磁永磁环(11)的第
ⅰ
上磁环(c1)、第
ⅱ
上磁环(c2)产生向上的斥力(f
a1c1
、f
a2c1
、f
a2c2
、f
a3c2
)；在该位置时，轴向承载力为吸力和斥力的合力，方向向上，大小等于所述转子轴向充磁永磁环(11)的第
ⅰ
下磁环(d1)、第
ⅱ
下磁环(d2)、第
ⅰ
隔磁环(g4)和第
ⅱ
隔磁环(g5)、推力内轴圈转盘(2)、推力内轴圈(1)、转盘固定环(9)所形成的永磁轴承内轴圈转盘转子系统重力和与推力内轴圈(1)相连的主机轴颈心轴的重力及其上的外载荷。

技术总结
本发明公开了一种适用于水轮发电机的重载永磁悬浮轴承，主要由推力内轴圈、推力内轴圈转盘、上端盖、外座圈、外导磁环、下端盖、径向保护辅助轴承、辅助轴承座、转盘固定环、轴向保护辅助轴承、转子轴向充磁永磁环、隔磁环、定子轴向充磁永磁环组成。设计成类似于滚动轴承中的推力滚动轴承、转盘轴承、滑动轴承中的推力滑动轴承等机械推力轴承，承载力范围可达十吨、数十吨、数百吨乃至数千吨，在水轮发电机中替代推力滚动轴承、转盘轴承、推力滑动轴承等机械推力轴承，提高水轮发电机的工作效率，寿命长、无污染，符合双碳要求，可解决水轮发电机中采用推力滑动轴承时的摩擦损耗大、成本高、发电效率低问题，且该永磁悬浮轴承寿命长、结构紧凑。构紧凑。构紧凑。


技术研发人员：张钢 许浩德 李栋杰 孙进华 王鹏鹏
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2022.08.17
技术公布日：2022/11/11