转子的制作方法

转子
1.本发明涉及一种改进的转子，并特别涉及一种用于制造人造玻璃纤维(mmvf)的成纤设备的转子，以及一种制造人造玻璃纤维(mmvf)的方法。
2.纺丝设备，称为成纤设备或(级联)纺丝机，用于制造mmvf以生产绝缘材料；例如，从石头或岩石的矿物熔体、熔渣或玻璃熔体中提供隔音或隔热材料。成纤设备具有一组转子，使熔融材料或熔岩在转轮上旋转，以产生网状的绝缘产品。熔融的石头或熔岩(“熔体”)从第一转子连续抛到该组的其余转子上，并且随着每个转子的旋转，纤维从每个转轮上抛出。纤维被收集并从这组转子上运走，用于制造绝缘产品，例如石棉绝缘产品。
3.纺丝机内的转子以非常高的速度运转。对纺丝机的高速和高加速力的控制，控制了纤维的物理和性能特征，因此也控制了所生产的绝缘材料。已经发现，通过提高纺丝设备的速度和加速度，可以使纺出的纤维更细、更柔软，具有更好的、非常理想的隔热特性。已经发现，如果纤维更细，则纺出的纤维中的传导性更小，而如果绝缘产品由更细的纤维制成，则在绝缘产品中能容纳更多的空气。
4.已知的纺丝机在高速下运转，加速度约为150km/s2，以取得所需的非常细的纤维，从而获得良好的隔热特性。每个转子转轮包括悬挂在驱动端(de)和非驱动端(nde)各自的轴承之间的转轴。转子的非驱动端和驱动端与转轴的各自端部不等距，因为nde处的转轴超过转子，到了熔融材料被引导到的转轮上。转轴的非驱动端有效地悬挂在轴承上，并且已经发现，转子的非驱动端具有最高的负荷。在旋转过程中，转子机械部件在驱动端和非驱动端处的振动会对转子两端的轴承造成明显的磨损，并对置于转子壳体和转子主体之间的任一阻尼器造成磨损。已知的设备使用位于转子壳体和转子主体之间的阻尼器，来减少从一个转子传递到该组中其他转子的振动。
5.众所周知，使用弹簧作为减振的手段。us2,556,317公开了一种用于离心机的轴承组件，其具有径向布置在轴承元件和机器的固定框架之间的径向压缩弹簧或橡胶垫。wo2014/000799公开了一种用于电动压缩机/涡轮发电机的弹簧阻尼元件。阻尼元件是具有凹槽的弹簧钢环，板簧容纳在凹槽中以施加径向力。
6.然而，成纤设备的纺丝规模和速度对所使用的轴承施加了非常高的负荷，因此需要经常更换磨损的轴承。通常情况下，使用本发明的转子的四轮纺丝机每小时可生产5-6吨石棉，因此，由于维护而导致的“停机时间”的减少，会显著增加可生产的产品量。
7.纤维化纺纱机中的转子都是围绕一个基本水平的轴线排列的，这样就会对转子轴承的磨损产生影响，因为重力会导致不平衡，从而导致轴承上的可变磨损。人们还发现，由于熔体被抛到转子转轮上，造成了施加在每个转子上的力的不平衡。转子机械部件的任何不均匀的磨损或转子组件的外表面(熔融材料被引导到外表面上)的磨损都会加剧不平衡。一个例子是在转子上堆积一层凝固的熔体，即所谓的“冻结内衬”，它可能不均匀，并可能在导致不平衡的区域脱落。由于这些因素的综合作用，现有纺丝机内使用的轴承的磨损速度远远超过预期，需要纺丝机停产维修。因此，很有必要改进转子配置和动力学，以增加平均故障间隔时间。
8.本发明提出一种用于成纤设备的改进的转子，它解决了上述与不平衡和高旋转力
导致所述转子轴承磨损有关的问题。
9.在第一方面，本发明提供了一种用于成纤设备的转子，包括：转子壳体；第一轴承组件和第二轴承组件，其中，第一轴承组件和第二轴承组件中的每个包括至少两个球轴承，至少两个球轴承中的每个安装在各自的轴承座内；基本上水平的转轴，可旋转地安装于所述第一轴承组件和所述第二轴承组件之间；以及多个弹性阻尼器，布置在环形圈内，其中，多个弹性阻尼器中的每个在第一端处与所述轴承座可拆卸地连接，而并且多个弹性阻尼器中的每个在第二端处与所述转子壳体的内壁可拆卸地连接。
10.可以理解的是，在本发明的上下文中，“转子”理解为是指旋转组件；“转轴”理解为是指用于传递旋转动力的长圆柱形旋转杆；“阻尼器”理解为抑制或吸收振动的装置；转子壳体的“内壁”理解为转子壳体面向所述转子转轴的壁。
11.优选地，每个弹性阻尼器为平截头体；更优选地，多个弹性阻尼器中的每个呈截头圆锥形。
12.本发明减少了对所述轴承的磨损，从而使所述转子能够承受纺丝机施加的高速和重大负荷。多个弹性阻尼器的环形布置特别适用于本发明的高速纺丝机中出现的不平衡。本发明相对于涡轮机中使用的已知解决方案有显著的改进。例如，弹性环形弹簧或阻尼器不能充分地保护所述轴承，以达到本发明所实现的改善平均故障间隔时间。本发明的“软”悬架大大增加了所述轴承/转子的平均故障间隔时间，因此通过减少维护时间，提高了成纤设备的效率。所述弹性阻尼器与所述轴承座和所述转子壳体内壁的可拆卸连接，使阻尼器在压缩和拉伸时都发挥作用，从而显著增加所述轴承失效前的平均时间。本发明避免了所述阻尼器的固有频率的任何潜在问题，并避免了使用弹簧时可能发生的任何效果损失；例如，如果弹簧在一端失去接触。
13.已经发现，即使转子速度接近所述轴承的超临界速度，使用呈截头圆锥形的多个阻尼器可以显著降低所述轴承上的负荷。举例来说，在使用和不使用本发明的所述软悬架的情况下，在13500rpm进行的测试显示，动态负荷从2760n降低到192n。
14.呈截头圆锥形的多个阻尼器通过改善对所述纺丝转子因高速/高加速度和不平衡产生的振动的吸收，使所述轴承的内部磨损最小化。有效地，每个阻尼器的位置和形状是为了在最需要的地方提供更多的弹性材料，以承受施加在所述轴承组件上的静态载荷和动态载荷。平截头体、圆锥形或截头圆锥形的阻尼器已被证明能更好地承受所述轴承悬架的静态载荷和动态载荷。当所述转轴高速旋转时，发生的任何不平衡(例如，当熔体倒入或纤维甩出时)都会被弹性阻尼器吸收，该弹性阻尼器会根据施加在所述轴承组件上的力而膨胀或收缩。本发明的解决方案特别适合与成纤设备一起使用，并且经过精心配置，以优化布置成所述环形圈的橡胶的体积和刚度，从而延长轴承的使用寿命。已经发现，最佳选择是在所述纺丝机的约束范围内最大化橡胶的体积，同时使所述悬架尽可能“柔软”。
15.可选地，每个弹性阻尼器是圆柱形的。可替代地，每个弹性阻尼器都是截棱锥体；然而，优选地，每个弹性阻尼器是旋转对称的。
16.由于所述阻尼器具有旋转对称性，即所述阻尼器围绕其中心轴旋转对称，因此，提高了所述阻尼器安装到纺丝机的轴承座上的便利性。
17.优选地，所述转子包括呈截头圆锥形的多个弹性阻尼器，呈截头圆锥形的多个弹性阻尼器在所述轴承座和所述转子壳体的内壁之间形成环形圈。
18.优选地，所述转子包括呈圆锥形的多个弹性阻尼器，其中多个弹性阻尼器中的每个在所述转子壳体的内壁处具有较大的直径，在所述轴承座处具有较小的直径。
19.优选地，多个弹性阻尼器中的每个包括用于与所述轴承座可拆卸连接的螺纹螺钉，和/或多个弹性阻尼器中的每个包括用于与穿过所述转子壳体的螺钉可拆卸连接的螺纹孔。
20.优选地，所述转子壳体还包括至少一个螺纹螺钉，所述至少一个螺纹螺钉可通过阻尼器中的螺纹孔接收。
21.每个阻尼器的可拆卸连接允许快速和方便的更换，以提高所述转子的维护效率。
22.优选地，所述转子壳体底部的壁厚大于所述转子壳体上表面的壁厚。
23.优选地，所述转子壳体的底壁厚度增加，且上壁厚度减小，其中所述底壁厚度增加约2mm至约3mm，且所述转子壳体的上壁厚度相应地减少；更优选地，所述转子壳体的底壁厚度增加约2.2mm至约2.7mm，且所述转子壳体的上壁厚度相应地减小；最优选地，与所述转子壳体的标准壁厚相比，所述转子壳体的底壁厚度增加约2.5mm，所述转子壳体的上壁厚度减少约2.5mm。
24.优选地，所述轴承座基本上呈圆柱形，所述转子壳体基本上呈圆柱形，其中所述轴承座的中心轴偏离所述转子壳体的中心轴。
25.可以理解的是，“底壁厚度”是指在使用中最靠近地板区域的所述转子壳体壁厚。所述“上壁厚度”是指在使用中离地板最远的区域的所述转子壳体壁厚。
26.优选地，所述转子壳体的内部轮廓是不对称的。
27.已经发现，所述转子壳体底部的更大壁厚有效地提升了所述转轮，以补偿悬空影响，即重力对悬空转轮的影响，从而通过将所述转子调整到所需位置来减少纺丝过程中的潜在问题。例如，当各种辅助装置(例如空气喷嘴或粘合剂供应喷嘴)未与所述转轮对齐时，会出现潜在问题。
28.优选地，所述环形轴承座与所述转子壳体内表面之间的间隙在约10mm到约18mm之间；更优选地，在约12mm到约16mm之间；最优选地，在约14mm。
29.已经发现，通过增加所述环形轴承座和所述转子壳体内表面之间的间隙，因碎屑/熔渣滞留在所述环形轴承座和所述转子外壳内表面之间而导致的故障风险显著降低。如果碎屑/熔渣卡在所述间隙内，所述悬架将无法再移动，且所述轴承将损坏。本发明的布置确保消除了这一故障原因。
30.优选地，每个阻尼器的高度在约20mm到约30mm之间；更优选地，每个阻尼器的高度在约22mm到约27mm之间；最优选地，每个阻尼器的高度约为25mm。
31.优选地，每个阻尼器的外表面直径在约18mm到约22mm之间；更优选地，每个阻尼器的外表面直径在约19mm到约21mm之间；最优选地，每个阻尼器的外表面直径约为20mm。
32.可以理解的是，所述阻尼器的“外”表面是指与所述转子壳体相邻的表面。
33.优选地，每个阻尼器的内表面直径在约25mm到约29mm之间；更优选地，每个阻尼器的内表面直径在约26mm到约28mm之间；最优选地，每个阻尼器的内表面直径约为27mm。
34.可以理解的是，所述阻尼器的“内”表面是指与所述轴承座相邻的表面。
35.优选地，每个阻尼器的总体积在约35000mm3到约45000mm3之间；更优选地，每个阻尼器的总体积在约39000mm3到约44000mm3之间；最优选地，每个阻尼器的总体积约为
43000mm3。
36.优选地，所述阻尼器或每个阻尼器是橡胶阻尼器。
37.可选地，所述阻尼器或每个阻尼器是硅胶减振器。
38.优选地，所述阻尼器或每个阻尼器是氯丁橡胶阻尼器。
39.优选地，所述阻尼器或每个阻尼器的邵氏a级硬度在40到60之间；更优选地，所述阻尼器或每个阻尼器的邵氏a级硬度约为55。
40.优选地，阻尼器的环刚度在约5
·
105n/m到106n/m之间；更优选地，阻尼器环刚度小于或等于106n/m。
[0041]“阻尼器的环刚度”理解为环形布置的阻尼器总数的总刚度。
[0042]
已经发现，如果所述阻尼器的环刚度太低，这将导致所述转轮的悬空程度超过预期，而如果所述阻尼器的环刚度太高，所述轴承的寿命将缩短。此外，如果所述阻尼器的环刚度太低，这可能会导致所述阻尼器环损坏，因为所述转子的移动超过预期，并且与电机的联轴器或接触的部件之间有明显的移动。通过优化所述阻尼器的环刚度，可以精确补偿所述转子中的振动和不平衡，以减少所述轴承的磨损，并延长所述转子的使用寿命。严谨的测试表明，较大体积的较橡胶比较小体积的硬橡胶更有效。本发明的所述阻尼器的环刚度已优化到工作转速在约4000rpm至13000rpm之间。可以理解的是，所述轴承寿命是指用户期望所述球轴承在标准工作条件下能使用多久，已经发现这取决于轴承载荷的大小，并以转数计算，因此每转的时间和轴承连续旋转的时间百分比用来确定轴承寿命。
[0043]
优选地，所述第一轴承组件位于所述转子的非驱动端，并且包括10到24个阻尼器；更优选地，所述第一轴承组件位于所述转子的非驱动端，且包括20个阻尼器。优选地，所述第二轴承组件位于所述转子的驱动端，并且包括10到24个阻尼器；更优选地，所述第二轴承组件位于所述转子的驱动端，且包括18个阻尼器。
[0044]
本发明的所述“软”悬架中的橡胶体积和阻尼器的数量都经过慎重地选择，以承受磨损。对于所有转子尺寸，使用最佳数量的橡胶阻尼器，以提供所需的使用寿命，同时确保不平衡得到补偿。
[0045]
优选地，所述转子包括环形布置的圆锥形阻尼器，圆锥形阻尼器约10到约24个。更优选地，所述转子包括约10到约24个圆锥形阻尼器，这些阻尼器围绕基本为环形的轴承组件彼此环形等距布置。
[0046]
优选地，所述轴承或每个轴承是球轴承；更优选地，为角接触球轴承。
[0047]
优选地，所述轴承或每个轴承是混合角球轴承，该混合角球轴承具有钢衬，且球由陶瓷材料制成。
[0048]
优选地，所述球轴承或每个球轴承的内径在约40mm到约80mm之间；更优选地，所述球轴承或每个球轴承的直径在约60mm到约70mm之间；最优选地，所述球轴承或每个球轴承的直径约为70mm。
[0049]
小直径可延长所述轴承的使用寿命，但鉴于将所述转轮安装到所述转轴上，直径过小会产生问题(转轴上的接触面会变得太小)
[0050]
优选地，所述轴承组件包括两个间隔设置的角接触球轴承。
[0051]
优选地，两个所述角接触轴承之间的距离在约10mm到约30mm之间；更优选地，两个所述角接触轴承之间的距离在约15mm到约25mm之间；最优选地，两个所述角接触轴承之间
的距离约为20mm。
[0052]
优选地，每个角接触球轴承的接触角约为15
°
。
[0053]
优选地，所述轴承组件包括两个角球轴承，每个角球轴承由内轴向间隔环和外轴向间隔环隔开。
[0054]
已经发现，在使用所述转子时，所述转子转轴和所述轴承座之间存在显著的温差。当所述转轴处于冷态时，所述转轴将有较小的直径，和相对于所述轴承上的压力方向较大的压力角。当所述转轴处于热态时，所述转轴将膨胀至较大的直径，且所述轴承上的压力角将减小。所述轴承组件的配置包括内轴向间隔环和外轴向间隔环，容许预期的温差，以使所述球轴承不会“嘎嘎作响”或被施加太大的压力，而是处于理想的位置。
[0055]
优选地，所述外间隔环的宽度小于所述内间隔环的宽度。
[0056]
优选地，所述外间隔环的宽度比所述内间隔环的宽度小约10μm到约70μm；更优选地，所述外间隔环的宽度比所述内间隔环的宽度小约61μm。
[0057]
优选地，所述间隔环或每个隔环是钢制的。
[0058]
优选地，所述转轴基本上呈圆柱形。
[0059]
优选地，所述转轴的外横截面直径在约80mm到约120mm之间；更优选地，约为100mm。
[0060]
本发明的所述转轴的直径是一种折衷方案，因为增加直径将使所述转轴更硬，从而对系统的动态行为产生积极影响，但对重量和成本产生消极影响。如果当前系统的直径选择为30mm，则所述转轴的弹性将意味着转轴以12000rpm的临界转速旋转，并发生严重弯曲。
[0061]
优选地，转轴直径(d
shaft
)和转轴长度(l
shaft
)之间的关系定义为：d
shaft
(l
shaft
)≥0.12*l
shaft-32mm，适用于轴长范围在约101mm和约1325mm之间，且转轴直径范围大于或等于20mm，以及轴承座刚度(阻尼器的环刚度)小于或等于3*106n/m。
[0062]
通过增加所述转轴的横截面直径(也称为所述转轴的“厚度”)，所述转轴在旋转时产生的振动显著降低。通过减少振动，减少了运动部件的磨损和设备的不平衡，从而增加了平均故障间隔时间。
[0063]
优选地，所述第一轴承组件的中心点和所述第二轴承组件的中心点之间的所述转轴的长度在约530mm和约590mm之间；更优选地，约为590mm。
[0064]
优选地，所述转轴的总长度在约800mm和约1200mm之间；优选地，约为1000mm。
[0065]
优选地，所述转轴是钢制的。
[0066]
优选地，所述轴承座或每个轴承座的重量在约1.5kg至约3.5kg之间；优选地，在约2kg至约3kg之间；更优选地，每个轴承座的重量约为3kg。
[0067]
已经发现，减少所述轴承座的质量可以减少振动，从而减少所述轴承的磨损，进而增加所述轴承的使用寿命和平均故障间隔时间。
[0068]
优选地，所述轴承座是具有多个基本为圆柱形凹部的环形圈，每个凹部用于容纳阻尼器，优选地，阻尼器为呈截头圆锥形的阻尼器。可选地，所述轴承座是具有多个截头圆柱形凹部的环形圈，每个截头圆柱形凹部用于容纳阻尼器，优选地，阻尼器为呈截头圆锥形的阻尼器。
[0069]
通过使所述轴承座的重量最小化，减少所述轴承的载荷。所述轴承座的形状和配
置牢牢地固定住阻尼器，同时容许轻松地拆卸所述阻尼器，进行维护和接触所述球轴承。
[0070]
优选地，所述转子的最大转速约为13000rpm。
[0071]
优选地，所述转子的转速在约6000rpm和约13000rpm之间。
[0072]
优选地，所述转子还包括冷却系统。
[0073]
优选地，所述冷却系统包括至少一个流体入口和至少一个流体出口，其间有至少一个通道穿过所述转子的至少一个轴承座。
[0074]
本发明的冷却系统容许轴承座之间的温度变化(δt)基本恒定。因此，可以降低所述球轴承的温度。所述冷却系统还确保所述橡胶阻尼器的温度保持在低水平，从而使最高温度保持在50-60℃左右。
[0075]
优选地，所述转子采用水冷。
[0076]
优选地，所述转子还包括气流系统。
[0077]
优选地，所述转子还包括气流吹扫系统。
[0078]
本发明在恶劣的环境中运行，由于开放式的壳体设计，所述轴承相对暴露在外。已经发现，通过所述系统的气流可用来清除所述轴承或每个轴承周围不需要的碎屑和污染物，以减少所述轴承的不均匀磨损，并优化所述转子的性能。
[0079]
优选地，每个转子设置有驱动装置。
[0080]
优选地，所述转子壳体基本是圆柱形的。
[0081]
更优选地，所述转子壳体基本是圆柱形的，包括两个配合部件。优选地，两个所述配合部件是基本对称的。更优选地，所述转子壳体包括两个半圆柱形的外壳。优选地，两个所述半圆柱形外壳相互配合，以形成基本呈圆柱形的壳体。优选地，每个外壳的形状是圆柱体沿纵向的一半。
[0082]
通过提供可轻松方便打开的开放式壳体，减少维护的时间和复杂性，从而也减少了设备因维护原因而无法运行时的“停机时间”。
[0083]
在另一方面，本发明提供了一种成纤设备，包括一组至少三个如本文所述的转子，每个转子安装成围绕不同的基本水平的轴线旋转，并且布置成当所述转子旋转时，倒在该组第一转子外围的熔体连续抛到后续每个转子的外围，并且纤维从所述转子上抛出。
[0084]
优选地，所述成纤设备包括如本文所述的一组四个转子。
[0085]
优选地，每个后续转子的尺寸设计成使其能够提供比该组中的前一个转子更大的加速度。
[0086]
优选地，每个转子与转轮连接。
[0087]
优选地，第一转子连接到具有约184mm直径的第一转轮，其中所述第一转轮可在约5000rpm和约6000rpm之间旋转，加速度在约25km/s2和约36km/s2之间。
[0088]
优选地，第二转子连接到具有约234mm直径的第二转轮，其中所述第二转轮可在约6000rpm和约13000rpm之间旋转，加速度在约46km/s2和约217km/s2之间。
[0089]
优选地，第三转子连接到具有约314mm直径的第三转轮，其中所述第三转轮可在约6000rpm和约13000rpm之间旋转，加速度在约62km/s2和约291km/s2之间。
[0090]
优选地，第四转子连接到具有约332mm直径的第四转轮，其中所述第四转轮可在约6000rpm和约13000rpm之间旋转，加速度在约65km/s2和约308km/s2之间。
[0091]
优选地，所述成纤设备还包括收集器；更优选地，包括用于收集来自所述转子或每
个转子的纤维并将其带离该组转子的腔室。
[0092]
优选地，所述成纤设备还包括至少一个温度传感器；可选地，包括高温计。
[0093]
在另一方面，本发明提供了一种制造人造玻璃纤维(mmvf)的方法，包括：
[0094]
提供一种成纤设备，包括一组至少三个如本文所述的转子，每个转子安装成围绕不同的基本水平的轴线旋转，其中每个转子具有驱动装置；
[0095]
旋转所述转子；
[0096]
提供用于形成人造玻璃纤维(mmvf)的矿物熔体，其中，将所述熔体倾倒到所述第一转子的圆周上；
[0097]
收集形成的纤维。
[0098]
为了清晰和简明描述的目的，本文将特征描述为相同或单独实施例的一部分；然而，可以理解的是，本发明的范围可包括具有所描述特征全部或部分组合的实施例。
[0099]
现在将参照附图，以示例的方式描述本发明，其中：
[0100]
图1是根据本发明的转子的纵向剖视图；
[0101]
图2是根据本发明的右位纺丝机(包括四个转子)的立体图，未示出纺丝机壳体；
[0102]
图3是图1转子的非驱动端(nde)的轴承组件的透视图；
[0103]
图4a是根据本发明转子轴承组件的轴承座的立体图，没有示出阻尼器；
[0104]
图4b是图4a所示轴承座的一部分的立体图；
[0105]
图5a是穿过图3的轴承组件中所示的呈截头圆锥形的阻尼器的剖视图；
[0106]
图5b是图5a的呈截头圆锥形的阻尼器的立体剖视图；
[0107]
图5c是图5a和图5b的阻尼器的立体图；
[0108]
图6a是根据本发明在转子的非驱动端(nde)的轴承组件的替代实施例的立体图；
[0109]
图6b是图6a所示轴承座的一部分的立体图；
[0110]
图7是转子的非驱动端(nde)轴承组件的剖视图，显示了轴承组件和转子壳体之间的较大间隙；
[0111]
图8a是本发明的转子的立体图，显示了转子壳体的一半被移除；
[0112]
图8b是本发明转子壳体、轴承座和阻尼器的非驱动端的平面图；
[0113]
图9a、图9b和图9c是穿过本发明转子中的一对角接触球轴承的示意性剖视图(未按比例)，举例说明了由于温差而导致的轴承预载荷的优选的降低，其中，图9b显示了冷时的转轴，图9c显示热时的转轴；
[0114]
图10是本发明的转子的外部立体图，示出了冷却系统和空气吹扫系统；
[0115]
图11是驱动端轴承座的剖视图，示出了油脂曲径；
[0116]
图12是本发明的右位纺丝机的正视图，示出了所有四个安装有转轮的转子；以及
[0117]
图13是转子4的5d轮廓图的后视图，仿真了在最大转子速度为13000rpm时，不同的转轴直径、轴承座质量、转轴长度和轴承座橡胶刚度(阻尼器的环刚度)下的非驱动端轴承座的使用寿命；
[0118]
图14是图13的5d轮廓图的俯视图，示出了轴承座的质量(m
seat
kg)、中间部分的转轴直径(d
shaft
mm)、轴承座中心之间的转轴长度(l
shaft
mm)和轴承座橡胶刚度(k
seat
n/m)；以及
[0119]
图15显示了转子4的5d轮廓图，仿真了最大转子速度为13000rpm时，非驱动端轴承座的位移(δx
seatnde
)。
[0120]
参照图1，示出了转子1的纵向剖面，转轴2纵向定位在转子1的驱动端(de)3和非驱动端(nde)4之间，基本处于水平状态。转轴2是一个空心圆柱形钢轴，转轴2的外径约为100mm，轴承座直径约为70mm。在替代实施例中，转轴的外径在约100mm和约120mm之间，并且轴承座的直径在约50mm和约100mm之间。在驱动端3的轴承中心点和非驱动端4的轴承中心点之间的转轴2的长度约为530mm至590mm。对于所示的实施例，转轴2的长度约为590mm。在非驱动端4处，转轴2“悬挂”超出了第一轴承组件5，转轴2的总长度约为955mm。第二轴承组件6位于驱动端3处。非驱动端4和驱动端3的轴承组件5、6是相同的(除了一些小细节，如向转轮供应冷却水)，但非驱动端4的轴承组件5将参照图3至5进行更详细的描述。第一轴承组件5和第二轴承组件6各自邻近“软”悬架放置，相应的第一软悬架和第二软悬架彼此独立地起作用。非驱动端4可包括一个以上的轴承组件5，这将随着每个轴承组件5上的静载荷的减少而增加轴承的寿命。
[0121]
参照图2，示出了右位纺丝机的四个转子的立体图，不包括纺丝机主体；示出了第一转子1a、第二转子1b、第三转子1c和第四转子1d。右位是指第四转子1d的位置在右侧。一种变体(未示出)是左位纺丝机，它是图2中所示的右位纺丝机的镜像，但第四转子1d位于左侧。第一转子1a具有6000rpm的最大速度，并与第一电机30a连接。第二转子1b的最大速度范围在6000-13000rpm之间，并与第二电机30b连接。第三转子1c的最大速度范围在6000-13000rpm之间，并与第三电机30c连接。第四转子1d的最大速度范围在6000-13000rpm之间，并与第四电机30d连接。图中示出了分别连接到第二、第三和第四转子的转轮13b、13c、13d。每个电机30a、30b、30c、30d和各自的电机轴都固定在纺丝机主体上。图1所示的转子转轴2弹性安装在转子壳体12内，该转子壳体12也是固定的。弹性薄片联轴器32将每个电机驱动端的转轴和每个转子的驱动端连接起来，并容许一些径向偏差。但是，本联轴器的最大容许径向偏差为1.3mm。因此，联轴器限制了转轴2在驱动端3处的容许位移。参照图8a，在电机30a、30b、30c、30d和转子1、1b、1c、1d之间有进一步的连接，为纺丝机供电和冷却纺丝机。
[0122]
参照图3、图4a和图4b，轴承组件5被更详细地示出，轴承组件5包括容纳在环形轴承座8内的两个球轴承7。轴承座8具有如图4a和图4b所示的不锈钢主体，轴承座8具有围绕其外表面等距间隔的多个凹部9a，阻尼器座9b在多个凹部9a之间等距间隔。参照图4b，每个阻尼器座9b具有螺纹孔9c，阻尼器11固定在螺纹孔9c中。如图4b所示，凹部9a是截头圆柱形凹槽。轴承座8的质量非常轻，仅为3kg，用最少的材料来支撑轴承座8所容纳的部件。轴承座8还包括铝制汽封环10，以减少轴承座的质量。
[0123]
参照图3和图4a，每个阻尼器座9b支撑呈截头圆锥形的阻尼器11的一端，该呈截头圆锥形的阻尼器11从轴承座9b和轴承座8中突出。如图5a、图5b和图5c所示，阻尼器11呈截头圆锥形，在第一较小内端面或攻丝端处具有金属螺纹螺钉11a。内端面的直径约为20mm。在第二外端面或孔端还有金属嵌件11b，金属嵌件11b具有部分进入橡胶阻尼器11的中心螺纹孔11c。外端面的直径约为27mm，阻尼器11的长度约为25mm。参照图3和图4b，阻尼器11通过螺钉连接到轴承座8上，即阻尼器11的螺纹螺钉11a与轴承座8上的螺纹孔9c接合。同样，阻尼器11的外端面设有螺纹孔11c，螺纹孔11c用于与螺纹螺钉或螺栓接合，该螺纹螺钉或螺栓用于将阻尼器11连接到转子壳体(未示出)上。阻尼器11由氯丁橡胶制成，其邵氏a级硬度约为55，阻尼器的环刚度约为106n/m。可以理解的是，虽然所示的实施例是用于非驱动端4处的轴承组件/悬架，但阻尼器的环刚度约为106n/m，在驱动端3处基本相似。在替代实施
例中，阻尼器呈圆柱形，但在图3所示的优选实施例中，对于转子4，有二十个呈截头圆锥形的阻尼器11围绕轴承座8彼此等距排列。在环形布置中，每个阻尼器11不与相邻的阻尼器11接触。图3所示的实施例，用于具有四个转子的成纤设备的第四转子。如图6a所示，在替代实施例中，转子具有彼此等距的约十二个至约二十二个呈截头圆锥形的阻尼器11'。
[0124]
图6a和图6b示出了用于第三转子和第四转子的第一轴承组件5'和轴承座8'的替代实施例，该替代实施例具有十二个大致呈圆柱形的阻尼器11，阻尼器11围绕轴承座8'彼此等距排列，每个阻尼器11具有约55的邵氏a级硬度和约106n/m的阻尼器的环刚度。阻尼器11通过螺钉连接到轴承座8’上，即阻尼器11的螺纹螺钉与轴承座8'上的螺纹孔接合。同样，阻尼器11的另一端设置有螺纹孔，螺纹孔用于与将阻尼器11连接到转子壳体的螺栓接合。轴承座8’还包括球轴承内钢圈16’和铝制汽封环10’，用以减少轴承座质量。
[0125]
参照图1、图2和图7，阻尼器11位于轴承座8和转子壳体12之间，以形成环形轴承圈。如图7所示，在非驱动端4和驱动端(未示出)处，本发明的转子壳体12在轴承组件5和壳体12的内表面之间具有约14mm的间隙，在使用中，转子1将与高强度钢轮连接，高强度钢轮连接在离非驱动端4的第一轴承组件5沿转轴2更远的位置13处。参照图2，转轮13a、13b、13c、13d置于转轴2的第一端，而转轴2的另一端通过弹性联轴器连接到高速电机30a、30b、30c、30d上。在转轮13a、13b、13c、13d之间存在相对狭窄的空间。对于图1所示的第四转子的示例，转轮大致为圆柱形，重量约为50kg，直径约为332mm，外壁厚度约为25mm，侧壁厚度约为15mm。可以理解的是，轮子的外壁为曲面，侧壁为圆形并且基本垂直于转轴2的长度。参照图2；通常，转轮3的转轮直径约为314mm，质量约为50kg。对于第四转子的优选实施例，转轮距离非驱动端轴承组件5的中心线约47mm，并且转轮以约6000rpm和约13000rpm之间的速度旋转。转子壳体12支撑轴承并覆盖转轴2的中间部分。然而，为了便于理解本发明，图1中没有示出转轮。
[0126]
参照图2和图8a，每个转子壳体12包括两个对称的配合部件，每个配合部件都是半圆柱形外壳，这样当这两个部件配合时就形成了基本圆柱形的壳体12。转子壳体12的每一半通过螺钉33固定在壳体的相邻一半上。图8a还示出了将每个阻尼器(未示出)固定到转子壳体上的螺钉11d。转子壳体12还包括支撑管道和电线的支架35。在转子壳体12的每一端4、5处有橡胶环34，用于将转子1安装到纺丝机中。
[0127]
参照图8b，在优选实施例中，与转子壳体12的上部壁厚相比，转子壳体12在壳体12的底部具有更大的壁厚(约为5mm)，这有效地提升了转轮，以补偿悬空影响。转子壳体12的内部轮廓是不对称的。参照图8b，非驱动端4顶部的阻尼器11'被拉伸约2.5mm。非驱动端4底部的阻尼器11”被压缩约2.5mm。环形安装环/轴承座8的中心轴相对于环形转子壳体12的中心轴的偏移布置，抵消了重力对轴承7、转轴2和转轮13在转子壳体12中的悬挂的影响，从而使转子1的重心处于理想位置。
[0128]
参照图3和6b，每个环形轴承座8的内表面支撑两个混合球轴承7，它们是终身润滑的超精密混合角接触球轴承7，超精密混合角接触球轴承7已被选择在轴承失效前达到所需的速度和寿命。在驱动端3和非驱动端4的每一端的两个轴承7紧密地安装在一起，在转子1的两端，两个轴承7之间的空间很小
[0129]
参照图9a、图9b和图9c，轴承是位于两个钢制轴承环16、17之间的陶瓷球轴承7。已选择的轴承7可承受高达1400n的载荷。转子4转轮处的动载荷不平衡确定为约560g
·
cm，对
轴承座和阻尼器悬架的配置进行优化以补偿这种不平衡。角接触球轴承7的直径约为70mm，但在替代实施例中，轴承直径为60mm、65mm、70mm或75mm中的任何一个。
[0130]
在图9a、9b和9c的实施例中，球轴承7的直径为70mm。每对球轴承7都通过内间隔环14和外间隔环15进行轴向隔开，内间隔环14在邻近转轴2的球轴承7的旋转内表面之间，外间隔环在离转轴2最远的球轴承7的旋转内表面之间。球轴承7容纳在球轴承内钢圈16和球轴承外钢圈17之间，球轴承内钢圈16安装在钢轴2上。角接触球轴承7都具有角接触(压力)角β，角接触角β关于球轴承7之间的中心线对称。接触角β为旋转时的压力方向。接触角β将根据钢轴2的温度而变化。
[0131]
参照图9b，如果转轴2更冷，由于转轴将收缩到较小的直径，接触角β将会增加。参照图9c，如果转轴2更热，由于转轴将膨胀到更大的直径，接触角β将会降低。如图9b所示，当转轴2是冷的，转轴2的直径rc较小，压力角β较大。外间隔环15具有宽度wc，外间隔环15不与球轴承内钢圈16和球轴承外钢圈17接触，球轴承7的移动/摇晃的范围更大。然而，如图9c所示，当转轴2热时，转轴2具有更大的直径rh，并且压力角β更小。转轴的直径增加还意味着轴承的滚珠7将外轴承座17推向彼此，直到外轴承座17与外间隔环15接触。因此，轴承组件5、6已布置好，以减少由于转子使用时的预期温差(大约为10℃)而产生的轴承预载荷。
[0132]
参照图9b和图9c，已经发现，外间隔环15比内间隔环14短是有利的。通常，对于轴承直径为70mm的转子3和4，外间隔环15的宽度比内间隔环14的宽度小约61μm。对于轴承直径为70mm的转子2，外间隔环15的宽度比内间隔环14的宽度小约16μm。
[0133]
如图3和图10所示，环形轴承座8被端环18包围。
[0134]
如图10所示，转子1具有用于驱动端轴承组件6和非驱动端轴承组件5的冷却系统。非驱动端的冷却液入口20和非驱动端的冷却液出口21由通道连接，冷却液流过通道，以将热量从转子1的非驱动端4带走。驱动端的冷却液入口23和驱动端的冷却液出口24也通过通道连接，以将热量从转子1的驱动端3带走。还提供了用于转轮(未示出)水冷的流体入口25。在所示的实施例中，冷却流体是水。经测试表明，轴承温度均能保持在50℃左右。
[0135]
参照图10，转子1还包括驱动端的空气吹扫入口26和非驱动端的空气吹扫入口27。空气吹扫系统冲走转子1中的污染物。转子1还包括在非驱动端4处的加速度计28和在驱动端3处的加速度计29，以及在驱动端3处的高温计30和在非驱动端4处的高温计31。
[0136]
参照图10和图11，当使用纺丝机时，空气吹扫系统将污染物从转子中冲走。转子还包括具有冷却水出口24的水冷系统，以将加热的水带离轴承7。已经发现，在定期维修期间清洗纺丝机，水可能会污染轴承6。因此，如图11所示，本发明还包括油脂曲径(grease labyrinth)38，以防止在清洗纺丝机期间，水污染轴承7。图11示出了驱动端4的轴承组件6，其包括用于将转子1安装在纺丝机中的橡胶环34。对于所示的驱动端3，存在驱动端的油脂曲径入口38a和非驱动端的油脂曲径入口38b。非驱动端的油脂曲径入口38b将油脂输送到，非驱动端4具有类似的油脂曲径。当转子因为纺丝机正在维修而静止时，曲径38用油脂密封，以防止在清洗过程中水污染轴承7。密封环39防止曲径油脂流入轴承7，轴承7终生使用其自身的油脂润滑。
[0137]
参照图12，在使用中，包括四个转子1a、1b、1c、1d的成纤设备用于制造人造玻璃纤维(mmvf)。每个转子1a、1b、1c、1d安装成围绕不同的基本水平轴线旋转，并且每个转子1a、1b、1c、1d具有驱动装置，可以是单个驱动装置为所有四个转子1提供动力。在优选实施例
中，第二转子包括在非驱动端轴承组件处的悬挂环，该轴承组件具有十四个氯丁橡胶阻尼器，并且第三转子和第四转子在非驱动端处具有轴承组件，该轴承组件具有二十个氯丁橡胶阻尼器。第二转子在驱动端轴承组件处包括十二个氯丁橡胶阻尼器，第三转子和第四转子在驱动端轴承组件处具有十八个氯丁橡胶阻尼器。
[0138]
每个右位转子1a、1b、1c、1d都具有高速电机，转子1a、1b、1c、1d的一端通过弹性联轴器与高速电机连接，而转子1a、1b、1c、1d的另一端设置有转轮。在图12所示的实施例中，转子1和转子3沿逆时针方向旋转，转子2和转子4沿顺时针方向旋转。第一转子1a的转轮直径约为184mm；第二转子1b的转轮直径约为234mm；第三转子1c的转轮直径约为314mm，第四转子1d的转轮直径约为332mm。每个安装的转轮外表面之间的间距不同，第一转子1a和第四转子1d的转轮之间的最大距离约为228mm，而第一转子1a和第二转子1b之间的最小距离约为17mm。
[0139]
参照图12，随着转子1a、1b、1c、1d的旋转，石头或岩石的矿物熔体、熔渣或玻璃熔体通过入口36倾倒到第一转子1a的转轮圆周上，以旋转熔体并抛出mmvf。随后将熔体连续抛向其余三个转子1b、1c、1d的转轮，每当纤维形成，就被收集起来。同时，当熔体通过每个连续转子1a、1b、1c、1d的转轮时，高压气流通过纺丝机并沿着转轮，将转轮上的纤维吹走，以便收集
[0140]
对于根据本发明典型的四转子成纤设备，转轮1的产量约为每小时石棉产量的5％；转轮2的产量约为25％，转轮3的产量约为40％，转轮4的产量约为30％。在球轴承7需要更换之前，使用本发明的转子进行制造可以持续约4000小时，这比已知的装置有显著的提高。一项耐久测试比较了以最大速度(9300rpm)运行的现有技术的纺丝机和以13000rpm运行的根据本发明的纺丝机，两者均在560g
·
cm的不平衡下运行，显示出耐久时间从603小时到超过4000小时的提高。进一步的测试发现，根据本发明的纺丝机的平均故障间隔时间约为15000小时。
[0141]
参照图13，为了评估本发明的改进转子的最佳参数，对转轴长度(l
shaft
)、转轴直径(d
shaft
)、阻尼器的环刚度(k
seat
)、轴承座质量(m
seat
)和轴承直径的范围进行了仿真。这些数值对轴承寿命(l
10
)和转子转轴位移(δx)的影响显示在5d图中。
[0142]
图13是转子4在最大转子速度13000rpm时，对于轴承直径为70mm的非驱动端轴承座的5d轮廓图的后视图。每个峰值的高度(l
10
)代表轴承寿命(以小时为单位)或轴承基本寿命额定值。所用的轴承寿命统计数据是在预计90％的球轴承可以存活时，以转数为单位的时间量。
[0143]
如图13所示，本发明的最佳配置容许3617小时的最大轴承寿命。仿真考虑了转轴直径(d
shaft
)和轴承座质量(m
seat
)的范围，与轴承座中心之间的转轴长度(l
shaft
)和轴承座处的橡胶刚度(k
seat
)一起绘制。图13的5d图中所示的每个立方体表示以转轴长度(l
shaft
)和转轴直径(d
shaft
)为参数的寿命(l
10
)函数的3d图。在每个3d子图中，橡胶刚度(k
seat
)和轴承座质量(m
seat
)常数由3d子图的位置决定。
[0144]
图14是图13所示的转子4的5d曲面轮廓图的俯视图。图中的每个正方形显示轴长范围为101至1325mm，增量为101mm、407mm、713mm、1019mm和1325mm，转轴直径范围为20至170mm，增量为20mm、58mm、95mm、133mm和170mm。橡胶刚度(k
seat
)的范围为104n/m至108n/m。轴承座质量(m
seat
)的范围从1.5至12.0kg。
[0145]
参照图13和图14，轴承座处的橡胶刚度(k
seat
)优化为约106n/m或更低。优选地，轴承座质量(m
seat
)尽可能地小，本发明的轴承座质量减少3kg，轴承寿命有所提高。还发现如果轴承座质量(m
seat
)减少太多；例如，将轴承座质量降低到约1.5kg，则有必要降低轴承座的橡胶刚度(k
seat
)，以实现轴承寿命的提高。还表明，本发明的590mm的转轴长度(l
shaft
)和100mm的转轴直径(d
shaft
)，实现了轴承寿命的提高。本发明的其他实施例，即对轴承直径为60mm的实施例进行了研究，发现本发明可以达到6183小时的最大轴承寿命。
[0146]
参照图15，转子4的5d轮廓图显示了在非驱动端轴承座的轴承直径为70mm，且最大转子速度为13000rpm时，非驱动端轴承座的位移(δx
seatnde
)。如图所示，对于15mm的最大容许位移(δx
seatndemax
)，轴承座橡胶刚度为105n/m。因此，得出的结论是，为避免超过最大容许轴承座位移，轴承座橡胶刚度(阻尼器的环刚度)应大于105n/m。
[0147]
在本说明书中，术语“约”是指正负20％；更优选地，正负10％；甚至更优选地，正负5％；最优选地，正负2％。
[0148]
在本说明书中，术语“基本上”是指正负20％的偏差；更优选地，正负10％；甚至更优选地，正负5％；最优选地，正负2％。
[0149]
上述实施例仅作为示例给出，本领域技术人员将自然地理解，在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对其进行许多变化。