[实用新型]高速电机直驱透平机械的超高速转子结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及高速电机直驱透平机械（包括离心压缩机、制冷压缩机、MVR蒸汽压缩机、余热回收膨胀机、化工介质压缩机等）的转子结构，尤其涉及一种超高转速（转速超过50000RPM）的高速电机直驱透平机械例如离心压缩机的超高速转子结构。

背景技术

高速电机直驱透平机械将电机功能与齿轮增速传动在结构上融为一体，由高速电机主轴直接带动透平叶轮，并用电磁悬浮轴承或者空气悬浮轴承支撑转子。透平离心压缩机为了获得更高压力的压缩气体，须提升叶轮的线速度，也就是转子的转速。传统的齿轮增速离心压缩机只能通过增大齿轮传动比提升转速，但由于结构限制，以及油膜滑动轴承的线速度过大将导致润滑油失效，因而机组的转子转速提升有限。

高速电机直驱离心压缩机由高速电机直接驱动叶轮转子，同时用无接触的电磁悬浮轴承或空气悬浮轴承支撑转子，因而转子转速的提升空间很大，叶轮的线速度提高对应可获得更高压力的压缩气体，因此，有效提升高速转子的转速决定了高速电机直驱离心压缩机的性能和排气压力，而转子的刚性决定了转速提升空间的大小。

目前常用的高速电机直驱离心压缩机的转子结构可参见图1，图中标记11为电机转子部分，12为转子光轴，转子中间电机部分比较粗，两端轴承位置的轴径比较细，整体转子的刚性比较差。一方面，该类型转子对应的转子一阶、二阶弯曲临界转速比较小，对于较高压力要求的压缩机，对应的转子转速也比较高，这样转子设计转速容易运行在一、二阶弯曲临界之间或者二阶弯曲临界之上，因而转子升速过程需要跨越一阶弯曲临界或者一、二阶弯曲临界。由于电磁悬浮轴承或者空气悬浮轴承的刚度和阻尼都不大，导致转子跨越弯曲临界的难度加大很多，这样转子启动升速过程存在很多困难，且转子的振动也比较大。另一方面，如果加粗转子增大转子刚性，转子中间电机部分由于比较粗，对应的线速度就会非常高，对材料、工艺的要求就会更苛刻，甚至无法保证转子的安全性。

有鉴于此，该领域技术人员致力于研发一种高速电机直驱透平机械的超高速转子结构，以解决高速电机直驱透平机械的转子结构在高转速要求下的转子刚性问题，以及解决高转速下的转子电机部分线速度过高的问题。

发明内容

本实用新型的任务是提供一种高速电机直驱透平机械的超高速转子结构，通过增大转子直径以提高转子的刚性，并通过减小转子的电机部分直径以降低或者减缓对应线速度的增大，解决高转速下的转子刚性问题以及高转速下的转子电机部分线速度过高的问题。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种高速电机直驱透平机械的超高速转子结构，它包括转子、转子光轴、定子和支撑轴承，整个高速转子结构为等直径的轴，从位于中间的高速电机转子部分直径到位于两侧的转子光轴直径的尺寸相同，改变现有转子中间电机部分直径粗大、两端轴承位置轴径细小的结构；

所述高速转子中间的高速电机转子部分的外围设置高速电机定子，位于高速转子两侧的转子光轴由支撑轴承支撑，高速转子两端分别连接一级透平叶轮和二级透平叶轮；

所述高速转子的结构通过增大转子直径以提高转子刚性，同时通过减小转子的电机部分直径以降低或者减缓对应线速度的增大。

所述高速电机转子部分由永磁电机的永磁体及表面护套组成。

所述高速电机转子部分由感应电机的转子部分组成。

采用本实用新型的高速电机直驱透平机械的超高速转子结构，能够解决高转速下的转子电机部分线速度过高的问题，降低材料要求及工艺要求，降低设计制造成本，并提高转子运行的安全性。

本实用新型的基本思想是通过增大转子直径以提高转子的刚性，并通过减小转子的电机部分直径以降低或者减缓对应线速度的增大。转子刚性增大，对应的转子临界转速也增大，这样转子结构在高转速区域的空间也增大。

本实用新型的整体转子结构为等直径的轴，或者近似等直径的轴（转子整体外径变化比较小），对高转速要求的转子可增大转子直径，同时转子电机部分的线速度不会增大过多。

本实用新型的超高速转子结构可满足高转速离心压缩机的转子动力学要求，使转子设计转速运行在亚临界区域（转速没有超过一阶弯曲临界），或者尽可能少的超过弯曲临界，降低高速电机直驱的离心压缩机转子启动升速过程的难度，并减小转子振动，提升机组运行的安全性。

本实用新型的超高速转子结构可用于更高压缩压力的高速电机直驱离心压缩机，因为转子刚性的提升，对应的转子转速可以更高，这样转子两端叶轮的转速提高，压缩机的排气压力也增大，可实现更高排气压力的高速直驱离心压缩机。

附图说明