一种两悬浮支点三保护支点多级叶轮式磁浮泵组拓扑结构

本发明涉及磁悬浮电机，尤其涉及一种两悬浮支点三保护支点多级叶轮式磁浮泵组拓扑结构。

背景技术：

1、磁轴承具有与转子无物理接触、支承刚度可调等优点，在提高船舶旋转机械的运行转速和效率等方面展现了良好的应用前景。

2、将磁轴承应用于多级泵组后，由于增加了转子悬浮单元，会导致轴向长度和重量的增加；另外，电机轴与叶轮轴共轴后，轴系长度增长，导致临界转速下降，增加了磁轴承控制难度。

3、韩国发明专利kr102506960b1公开了一种单级叶轮式的磁悬浮泵，叶轮以非接触方式支撑在固定部分的中心，叶轮的推力通过电磁线圈产生的轴向力来平衡，并通过调节线圈电流来调整轴向力大小。但是，该技术方案仅能提供单个方向的轴向力，且在磁轴承断电、外部强烈冲击、大角度倾斜摇摆等极端情况下无法提供径向与轴向方向的保护支承，有动静相擦的风险，并且对于多级泵等细长转子而言这种风险更高。

4、有鉴于此，有必要设计一种针对多级叶轮式泵组的紧凑型结构形式的两悬浮支点三保护支点多级叶轮式磁浮泵组拓扑结构，以解决上述问题，从而更好地发挥磁轴承的技术优势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种两悬浮支点三保护支点多级叶轮式磁浮泵组拓扑结构。该结构将电机轴与叶轮轴共轴设计，并在泵组的两端布置径向磁轴承，实现两支点悬浮支撑；另外，考虑到轴系加长等因素，在泵组顶端、中部、底部分别设置保护轴承，以对泵组转子进行三支点保护支撑。所述泵组结构中电机转子、磁轴承转子、多级泵叶轮集成于一根轴上，并采用全悬浮支撑方案，取消传统泵组中所有的接触式支撑、机械密封等装置。

2、为压缩泵组轴向长度，提高装置集成度，在泵组设计时充分贯彻“功能复用”的设计理念，具体措施如下：

3、一是尽可能压缩电机端部绕组的轴向长度，同时，在保证电机及磁轴承定子绕组安全爬电距离的前提下尽可能压缩端部空间；

4、二是将上径向磁轴承与电机定子整体灌封，以共用端部空间；

5、三是上、下轴向磁轴承共用一个转子推力盘，以压缩轴向磁轴承的安装空间；

6、四是将上保护轴承的径向保护和轴向保护功能集成于一体，以压缩上保护轴承的安装空间；

7、五是将轴向磁轴承转子推力盘、转轴的轴肩作为轴向保护轴承的推力面，如此无需再单独设置保护轴承推力盘，节约轴向空间；

8、六是将中保护轴承布置在电机端部与转轴之间，以充分利用电机定转子之间的剩余空间；

9、七是将多级泵叶轮与电机转子紧邻布置，以压缩电机转子与叶轮的轴向距离。

10、作为本发明的进一步改进，从叶轮侧引一路旁通管路，将工作介质引入电机及磁轴承工作间隙，利用多级泵内的工作介质实现电机侧的循环冷却。

11、作为本发明的进一步改进，为防止叶轮口环、级间口环、保护轴承产生振动短路，相对传统的泵组而言，应适当增加叶轮口环间隙、级间口环间隙和保护轴承间隙，以避免间隙流产生过大的水膜力或油膜力。

12、作为本发明的进一步改进，中、下保护轴承仅提供径向方向的保护，以释放轴向方向的自由度约束，更好适应轴系热胀冷缩产生的变形。

13、作为本发明的进一步改进，为防止泵组部件动静相擦，原则上：电机机械间隙>磁轴承径向间隙>多级泵口环间隙>径向保护间隙，磁轴承轴向间隙>轴向保护间隙。

14、具体技术方案如下：

15、为实现上述发明目的，本发明提供了一种两悬浮支点三保护支点多级叶轮式磁浮泵组拓扑结构，其包括电机、多极泵泵组、轴向磁轴承、径向磁轴承和保护轴承；

16、所述径向磁轴承设置于泵组电机的两端，起径向悬浮作用；

17、所述轴向磁轴承设置于所述泵组的顶端，起轴向悬浮作用；

18、所述保护轴承分别设置在所述泵组的上、中、下部位，起保护作用。

19、作为本发明的进一步改进，所述径向磁轴承包括上径向磁轴承、下径向磁轴承；所述上径向磁轴承中的上径向磁轴承定子与所述电机中的电机定子共用一个定子安装基座。

20、作为本发明的进一步改进，所述轴向磁轴承为单向非对称紧凑结构，上轴向磁轴承定子、下轴向磁轴承定子两者共用一个磁轴承转子推力盘。

21、作为本发明的进一步改进，所述保护轴承包括分别设置于所述泵组上、中、下部位的上保护轴承、中保护轴承、下保护轴承；

22、所述上保护轴承由瓦基、径向部瓦和轴向部瓦组成，供径向及轴向方向的保护；所述中保护轴承、下保护轴承均为单一的径向瓦结构，仅提供径向方向保护；

23、所述保护轴承采用但不限定于滑动式轴承。

24、作为本发明的进一步改进，所述多级泵通过旁通管路与轴向磁轴承管道连接；所述旁通管路上设置有过滤器；

25、通过所述旁通管路将工作介质依次引入轴向磁轴承、电机、多级泵的工作间隙以实现电机侧的内循环冷却。

26、作为本发明的进一步改进，所述电机、多级泵、轴向磁轴承、径向磁轴承和保护轴承共轴设置，前述五者共用同一根转轴。

27、作为本发明的进一步改进，所述多级泵的多级叶轮采用但不限定于背靠背安装方式。

28、作为本发明的进一步改进，所述多级叶轮的相邻叶轮间设置换向器或过渡流道；

29、所述多级叶轮还包括叶轮口环和节流阀口环。

30、作为本发明的进一步改进，电机定转子机械间隙>径向磁轴承间隙>多级泵口环间隙>保护轴承径向间隙，轴向磁轴承间隙>轴向保护间隙。

31、作为本发明的进一步改进，当定/转子中心线重合时，各理论间隙相对大小关系如下设置：

32、(1)，上轴向磁轴承间隙等于下轴向磁轴承间隙；

33、(2)，上轴向保护间隙等于下轴向保护间隙；

34、(3)，上保护轴承径向间隙等于中保护间隙等于下保护间隙；

35、(4)，上径向磁轴承间隙等于下径向磁轴承间隙；

36、(5)，上轴向保护间隙＜上轴向磁轴承间隙；

37、(6)，上保护轴承径向间隙＜min（叶轮口环间隙，级间口环间隙）；

38、(7)，max（叶轮口环间隙，级间口环间隙）＜上径向磁轴承间隙＜电机定转子机械间隙。

39、本发明的有益效果是：

40、本发明提供的两悬浮支点三保护支点多级叶轮式磁浮泵组拓扑结构，为压缩泵组轴向长度，提高装置集成度，在泵组结构设计时充分采用多重功能复用的集成设计：一是尽可能压缩电机端部绕组的轴向长度，同时，在保证电机及磁轴承定子绕组安全爬电距离的前提下尽可能压缩端部空间；二是将上径向磁轴承与电机定子整体灌封，以共用端部空间；三是上、下轴向磁轴承共用一个转子推力盘，以压缩轴向磁轴承的安装空间；四是将上保护轴承的径向保护和轴向保护功能集成于一体，以压缩上保护轴承的安装空间；五是将轴向磁轴承转子推力盘、转轴的轴肩作为轴向保护轴承的推力面，如此无需再单独设置保护轴承推力盘，节约轴向空间；六是将中保护轴承布置在电机端部与转轴之间，以充分利用电机定转子之间的剩余空间；七是将多级泵叶轮与电机转子紧邻布置，以压缩电机转子与叶轮的轴向距离。