[发明专利]高速电机用气体动静压混合轴承系统及该电动旋转机械

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速电机用气体动静压混合轴承系统，特别涉及用于由大容量高速电机驱动的离心式空气压缩机、离心式蒸气压缩机、离心式空气制冷机等的转子支承，其中电机以例如不小于每分钟数万转的高速旋转。本发明也涉及包括该气体动静压混合轴承系统的其它高速电动旋转机械。

背景技术

大功率、高转速的高速电机(20kw，40000/min以上)设计的主要技术问题之一就是轴承设计。目前，对这种大功率、高转速的电机轴承设计一般都考虑采用电磁轴承与滚动轴承混合支承的主动型磁力轴承支承方式，但这种磁力轴承的电控和制造复杂，价格昂贵、可靠性较低，目前还不能商品化；液体滑动轴承因电机高速旋转时的摩擦损失较大和空气动压滑动轴承的承载力小，以及空气动压滑动轴承存在起停阶段的磨损、制造精度要求很高等诸多原因也受到相当程度的使用限制；采用复合陶瓷球角接触球轴承作为这种大功率、高转速的电机轴承，目前国内还未见相关报道。

本发明提供的高速电机用气体动静压混合轴承系统，采用通常的小型空压机作为轴承气源，特殊场合也可分流主机压缩气体(如航空发动机等)或化工流程尾气作气源，供气压力通常在0.3～0.8MPa之间，从而可大大提高采用气体动静压混合轴承系统作支承的高速电动旋转机械的工作转速、电机功率密度、电机效率等，其可靠性和电机的性价比也明显提高。

发明内容

发明采取的技术方案是一种用于高速电机转子支承的气体动静压混合轴承系统，采用0.3～0.8MPa的轴承供气压力作静压支承，且考虑电机以不小于每分钟数万转的高速旋转而形成的动压效应，再采用动/静压轴承融合设计，用以支承立式布置的高速电动旋转机械，其效果是显著的。它包括：在电机转子上下两端的轴颈上各安置一个径向动静压混合轴承；电机转子下端的轴颈旁紧靠联接于一体的轴向推力盘，轴向推力盘的上下两侧各安置一个环形轴向动静压混合轴承，电机转子底部设置一个对轴向推力盘上下两侧的环形轴向动静压混合轴承运动副作非接触保护的滚动轴承轴向支承，整体构成高速电机转子支承的气体动静压径/轴向混合轴承系统。

采取的主要技术措施是，采用半浮动的径向动静压混合轴承结构，以吸收电机工作过程中电机转子轴颈的热膨胀量对轴承副间隙的影响；电机上下轴承座靠电机定/转子绕组一侧设置压缩气体的喷射腔，喷射腔的端面圆周上均布数个喷嘴孔，压缩气体通过喷嘴孔对定/转子绕组端部进行喷射一膨胀降温一冷却；供给轴向推力盘上下两侧的环形轴向动静压混合轴承的压缩气体采取各自独立的气路进入轴承内，上侧的环形轴向轴承的压缩气体通过反比例阀后再进入轴承内，反比例阀随调控压力的升高而使轴承供气压力按比例减小，反之则反，调控压力取自高速电动旋转机械——离心式压气机入口的压力，以自适应离心式压气机在作为产品系统设计时的轴向力平衡；轴向推力盘下侧的环形轴向轴承的压缩气体由气源直接进入轴承内。

本发明的有益效果是该高速电动旋转机械的工作转速达到40000r/min以上时，电机运行稳定、可靠。

附图说明

图1是一种作为包括本发明的高速电机用气体动静压混合轴承系统的高速电动旋转式机械的离心式压气机实施例主视图

图2是作为包括本发明的高速电机用气体动静压径向混合轴承的视图

图3是作为包括本发明的高速电机用上/下环形气体动静压轴向混合轴承的视图

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的具体实施例。图1表示为一种离心式压气机1的主视图，该压气机1立式安置，上端安置离心式压气总成2，由一台包括本发明的气体动静压混合轴承系统作支承的电机10通过隔热套4与离心式压气总成2联接，离心式压气总成2中的压气叶轮3联接于电机转子11的端部，两者同轴旋转。图1中，压气机1在其中部包括一台电机10。电机10包括电机转子11和电机定子9。电机转子11上下两端的轴颈上各安置一个半浮动的径向动静压混合轴承14；电机转子11下端的轴颈旁紧靠联接于一体的轴向推力盘17，轴向推力盘17的上侧安置上环形轴向动静压混合轴承16，下侧安置下环形轴向动静压混合轴承18；电机转子11的底部设置一个对上下环形轴向动静压混合轴承16和18运动副作非接触保护的滚动轴承轴向支承23，整体构成高速电机转子支承的气体动静压径/轴向混合轴承系统。