[发明专利]一种优化带箔片空气轴承的转子性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速鼓风机技术领域。

背景技术

鼓风机由于叶轮在机体内运转，因无摩擦、无需润滑使得排出的气体不含油的成分，成为化工、食品等工业理想的气力输送气源，并在污水处理系统的鼓风曝气，发电厂脱硫脱硝的吹脱，煤粉、水泥建材的物料输送，炼钢冶金、纺织印染、大型船舶等领域得以广泛应用。

箔片空气轴承比其他种类轴承更适用于高速轻载鼓风机领域：滚动轴承在工作过程中存在接触磨损，难以实现高转速、长寿命工作。磁悬浮轴承适用于高速重载领域，但存在控制系统复杂、价格高昂、因使用了高精度传感器而不适宜恶劣工作环境的不足。液体滑动轴承需要额外的供油系统、电机机座内供油管路复杂且易泄露、高速下剪切摩擦功耗大导致温升高。所以，在高速轻载的鼓风机上应用箔片空气轴承具有独特的优势。

然而，箔片空气轴承承载力弱、刚度低的特点给转子结构设计带来极大挑战。转子总质量受限于箔片空气轴承低下的的承载能力，需要尽量减重优化。因永磁体抗拉强度低在高速离心拉应力作用下易于破坏，从而限制了转子外径尺寸，降低了转轴的刚度。较低的轴承刚度及转轴刚度使转子动力学设计变得极为困难，并对转轴与叶轮之间的匹配性提出苛刻要求。因此，欲要研制高转速、长寿命单级直联式鼓风机，就要解决上述有关技术难点，设计出一种结构紧凑、质量小及转子动力学特性优良的转子结构。

申请号为201410410513 的中国发明专利公开了一种空气悬浮离心鼓风机，包括电机、电机底座、导流口、排气口、涡轮和蜗壳。转子与左涡轮和右涡轮通过转子芯轴同轴连接。电机壳内设有左、右径向轴承组件，径向轴承组件包括径向轴承座、径向轴承、左轴承位和径向轴承压盖，径向轴承为箔片式动压气体径向轴承。电机壳内右侧设有内止推轴承座、外止推轴承座和止推盘，内止推轴承座和止推盘之间设有内止推轴承，止推盘与外止推轴承座之间设有外止推轴承。内止推轴承和外止推轴承以及径向轴承均为箔片式动压气体止推轴承。该现有技术，传统感应异步电机的转子导条、冲片等零件在高速下易因拉应力过大而破坏，所以最高转速受到很大限制，且与永磁电机相比，功率密度小、效率低、经济运行范围窄。

申请号为 201610327807.5的中国发明专利申请公开了一种超高速鼓风机，其转动连接件是具有一个空腔的圆筒状结构，转动连接件套设在靠近叶轮的转轴上、并与叶轮和转轴端部分别相契合连接，其侧部位于由壳体的外筒与内筒所形成的空腔内；槽式动压气体径向轴承和转轴均位于壳体的内筒腔内，且槽式动压气体径向轴承套设在转轴上。该现有技术，电机转子结构复杂，不紧凑。

申请号为201310703932.8的中国发明专利公开了一种废气涡轮发电机，其传动单元中，轴与涡轮连接的一端定义为前端，轴的另外一端定义为后端。涡轮与轴进行固定后当涡轮转动时就可以带动轴进行转动。轴上安装有套筒，套筒和轴采用键连接，套筒上设置有推力盘。套筒和涡轮之间的轴上设置有套筒，设置上述套筒的可以进一步轴向固定上述套筒和推力盘。该现有技术，采用实心转轴则转轴质量较大，箔片轴承所承载叶轮质量受到很大限制。套筒内设置细长拉杆，则拉杆长径比大，加工难度大，且刚性差。采用键连接容易产生额外的动不平衡力，不适宜高速场合。

申请号为201610296970.X的中国发明专利申请公开了一种燃料电池发动机的两级串联增压直取离心式空压机，主轴采用中空主轴，主轴的两端均内置螺杆，螺杆分别与左端叶轮和右端叶轮通过预紧螺母进行固定，并采用高强度胶水进行粘接。该现有技术，未采用实心永磁体造成铁芯长度较长，转子动力学特性较差。转轴中心孔直径比拉杆螺纹直径小，减重效果不明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种优化带箔片空气轴承的转子性能的方法，其能优化转子的动力学特性。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种优化带箔片空气轴承的转子性能的方法，将转子的永磁体设置为实心永磁体，在实心永磁体一端连接一根前端转轴，在实心永磁体另一端连接一根后端转轴，在前端转轴上安装前箔片空气轴承，在后端转轴上依次安装径向止推联合箔片空气轴承、L形推力盘、止推箔片空气轴承；通过保护套将前端转轴、实心永磁体、后端转轴连接成一体，保护套采用过盈配合联接方式套装在前端转轴、实心永磁体、后端转轴上，借助保护套与前端转轴、实心永磁体、后端转轴之间的过盈配合联接实现扭矩的向前、向后传递，依靠前箔片空气轴承和径向止推联合箔片空气轴承实现对径向载荷的承载，L形推力盘在径向止推联合箔片空气轴承和止推箔片空气轴承的联合作用下实现对轴向载荷的承载。