用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机的制作方法

本实用新型属于同位素分离技术与设备领域，具体涉及一种用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机。

背景技术：

在开展气体离心法同位素分离以及气体膜分离法生产同位素时，均需要搭建分离级联，并且整个系统均工作在负压条件下。由于分离级联的结构特点，在分离级联的级与级之间以及取料处均要设置具有特定压比的压缩机，用于提升工作介质的料压。尤其对于相对分子质量比较小的工作介质，需要压缩机提供比较大的压比才能满足流体工艺参数需求。

压缩机在制冷行业、石油化工行业等领域已经广泛应用，但工作介质多为空气，且工况一般为标准大气压条件下或是高压条件下。对于负压工况下非空气的工作介质，尤其是相对分子质量比较小的工作介质，要实现比较大的压比，必须提升压缩机工作叶轮的线速度，而对于整个转子系统来说，为了保证转子动力学的稳定性，压缩机工作叶轮的外径不能太大，因此，提升压缩机的转速成为解决的途径，而在长时间连续运行的工况要求下，传统接触式的轴承无法适应高速(＞10000rpm)压缩机的承载需求。

磁悬浮技术近些年来不断发展，但在高速旋转机械上作为轴承实现承载的技术门槛较高，文献调研显示目前国内没有关于用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机的公开发表文献，该项工作在同位素分离技术与设备领域具有显著的创新性。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机，以便解决上述问题的至少之一。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机，包括提供动力的高速(＞10000rpm)电机、非接触式的磁悬浮轴承、启动前静态下承载所述高速电机的转子的保护轴承、对工作介质做功的离心式工作叶轮以及提供气流通道的蜗壳。其中：

所述高速电机位于高速磁悬浮压缩机轴向中部；所述非接触式的磁悬浮轴承包含两个径向磁悬浮轴承和一个轴向磁悬浮轴承，其中两个径向磁悬浮轴承分别位于所述高速电机的轴向两侧，所述轴向磁悬浮轴承位于所述高速电机和所述高速电机的驱动端的径向磁悬浮轴承之间；所述保护轴承也有两组，分别紧挨着两个径向磁悬浮轴承；所述离心式工作叶轮位于所述高速电机的驱动端的末端，与所述蜗壳紧密配合，构成工作介质的完整气流通道，实现对工作介质的压缩输运。

在一些实施例中，整个高速磁悬浮压缩机采用静密封，在负压条件下工作时，所述高速电机与所述离心式工作叶轮之间采用动密封。

在一些实施例中，所述高速电机利用变频电源进行驱动，以保证在升、降速过程中为所述高速电机提供相应的模态。

在一些实施例中，所述磁悬浮轴承利用控制模块进行实时控制，以保证在升、降速过程中以及工作转速下，针对所述转子的径、轴向位移产生快速响应，控制所述转子始终处于平衡状态下，平衡状态下所述转子的径向位移在0.1mm以内，轴向位移在0.15mm以内。

在一些实施例中，所述离心式工作叶轮的结构参数以及所述蜗壳的尺寸参数根据工作介质的不同流量和/或不同压比要求进行匹配调整。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机，转子转动时定转子之间完全非接触，无摩擦，可长时间连续运转；主动抑制振动，运行噪声低；根据工况需要，支持在线调节转子在不同转速下运行；负压条件下工况范围宽、压比高，为实现小分子量工作介质的同位素分离奠定了重要基础。

附图说明

图1为依照本实用新型实施例的用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机结构示意图。

【附图标记说明】

1-高速电机；2-磁悬浮轴承；3-保护轴承；4-离心式工作叶轮；5-蜗壳。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型实施例中的一种用于负压条件下的高速磁悬浮压缩机，包括提供动力的高速(＞10000rpm)电机1、非接触式的磁悬浮轴承2、启动前静态下承载高速电机的转子的保护轴承3、对工作介质做功的离心式工作叶轮4以及提供气流通道的蜗壳5。另外，还可以包括一支架，用于支撑高速磁悬浮压缩机的壳体。

其中，所述高速电机1位于高速磁悬浮压缩机轴向中部；所述非接触式的磁悬浮轴承2包含两个径向磁悬浮轴承和一个轴向磁悬浮轴承，其中两个径向磁悬浮轴承分别位于高速电机1的轴向两侧，轴向磁悬浮轴承位于高速电机1和高速电机的驱动端的径向磁悬浮轴承之间；所述保护轴承3也有两组，分别紧挨着两个径向磁悬浮轴承；所述离心式工作叶轮4位于高速电机的驱动端的末端，与所述蜗壳5紧密配合，构成工作介质的完整气流通道，实现对工作介质的压缩输运。

在安装阶段，整个高速磁悬浮压缩机采用静密封。将高速磁悬浮压缩机整机抽真空，此时转子为静态，由保护轴承3来承载；在运行阶段开始时，使用控制模块控制磁悬浮轴承2，使得转子与保护轴承3脱离接触，转子处于静态悬浮状态；进入运行状态时，使用变频电源驱动高速电机1，以保证在升速过程中为高速电机提供相应的模态，与此同时，使用控制模块实时控制磁悬浮轴承2，针对转子的径、轴向位移产生快速响应，控制转子始终处于平衡状态下，平衡状态下转子的径向位移在0.1mm以内，轴向位移在0.15mm以内；在转子到达工作转速后，继续保持对磁悬浮轴承2的实时控制，并在负压条件下通入气态工作介质，工作介质经由离心式工作叶轮4与蜗壳5构成的完整气流通道，产生一定的压比，完成一个单元的压缩和输运。对于每个设置高速磁悬浮压缩机的单元，均按照上述过程来实现。

离心式工作叶轮4的结构参数以及蜗壳5的尺寸参数可以根据工作介质的不同流量和/或不同压比要求进行匹配调整。

综上所述，本实用新型可以实现负压条件下气体工作介质的高压比压缩输运，并且转子转动时定转子之间完全非接触，无摩擦，可长时间连续运转；主动抑制振动，运行噪声低；根据工况需要，支持在线调节转子在不同转速下运行；负压条件下工况范围宽、压比高，为实现小分子量工作介质的同位素分离奠定了重要基础。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。