[发明专利]一种带有磁悬浮阻尼的静压气体轴承

说明书

本发明公开一种带有磁悬浮阻尼的膨胀机静压气体轴承，以解决膨胀机低温下高速运转过程中的稳定性问题。包括一转子，所述转子的左端安装风机轮，右端安装膨胀轮，在所述转子上套设有左气体轴承和右气体轴承，所述左气体轴承用于支撑风机轮，所述右气体轴承用于支持膨胀轮，右气体轴承和膨胀轮之间套有密封衬垫，左气体轴承和风机轮之间套设有密封圈，左气体轴承和右气体轴承之间设置有一磁悬浮阻尼。气体轴承在高速转动下，由于黏性环流导致主轴失稳时，磁悬浮阻尼能及时检测轴承偏移的位移，利用磁力把主轴拉回平衡位置，提高主轴的稳定性。

技术领域

本发明涉及气体轴承技术领域，尤其是一种用于立式氦透平膨胀机上的静压气体轴承。

背景技术

低温透平膨胀机中，由于进口介质温度低，膨胀比大，尤其是在小流量时，工作轮直径较小，膨胀机比焓降大，为了达到较高的绝热效率，势必使得膨胀机转子转速较高。这种场合下，油润滑轴承由于本身的缺陷就很难达到设备的运转要求。而气体轴承具有摩擦损失低、无污染、适应温度范围广、运转平稳、使用时间长等优点，能大大提高透平膨胀机的经济效益。气体轴承是利用空气弹性垫来起支承作用的一种轴承，由于气体的粘度很小，故而气体轴承的承载能力一般只有油载轴承的1％左右。但是最重要的是没有油污染，机械接触基本很少，其环保和安全性是勿庸置疑的，转动部件的磨损也能减少到最低程度。气体承载分静压轴承和动压轴承，但是现在使用较多的还是静压轴承。静压轴承需要外界不断供气，需要消耗外界部分能量，其承载能力根据提供气压力的不同而变化。

气体静压轴承其承载能力与滑动表面的线速度无关，故广泛应用于各种速度场合的载荷。由于空气的粘度很低，因此摩擦损耗小，再者空气通过轴承的压力降引起的冷却效应，无论空气间隙如何小，封气面如何大，也能保持很小的升温。升温小变形也极小，且润滑介质采用干燥净的空气，无杂物污染，故此类轴承的振动也会很小。这对于高速透平膨胀机来说有很好的利用价值。

气体轴承是膨胀机能否稳定运行的关键，其稳定性是核心问题，研制气体轴承低温透平膨胀机实质上是研制在高速下不发生涡动的能保证转子稳定运转的气体轴承。

发明内容

本发明研制出一种带有磁悬浮阻尼的膨胀机静压气体轴承，以解决膨胀机低温下高速运转过程中的稳定性问题。

在气体轴承上增加一个磁悬浮阻尼，当转子受到一个向下的扰动，偏离其参考位置时，位置传感器检测出转子偏离参考点的位移，控制器将检测的位移变换成控制信号，将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带有磁悬浮阻尼的膨胀机静压气体轴承，包括一转子，所述转子的左端安装风机轮，右端安装膨胀轮，在所述转子上套设有左气体轴承和右气体轴承，所述左气体轴承用于支撑风机轮，所述右气体轴承用于支持膨胀轮，右气体轴承和膨胀轮之间套有密封衬垫，左气体轴承和风机轮之间套设有密封圈，左气体轴承和右气体轴承之间设置有一磁悬浮阻尼。

进一步的，磁悬浮阻尼包括和转子配合的磁悬浮定子，所述定子包括n个无铁芯线圈绕组，所述转子上设有n个永磁体，所述磁悬浮定子一端连接控制器，所述控制器另一端连接位置传感器。所述n个所述无铁芯线圈绕组沿圆周方向均匀间隔排列。所述n个所述永磁体沿圆周方向均匀间隔排列，n为偶数，同一所述转子的同一径向方向上的一对所述永磁体的极性相同，相邻层所述转子沿同一轴线方向上的所述永磁体的极性相反。

进一步的，所述位置传感器与转子的间隙为0.2～0.4mm。

进一步的，所述磁悬浮阻尼位于左气体轴承和右气体轴承中间。

进一步的，所述左气体和右气体轴承上设置有双排进气孔。