一種水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，包括主軸、內(nèi)鐵芯、電磁鐵勵(lì)磁繞組、永磁環(huán)和銜鐵，所述內(nèi)鐵芯為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)鐵芯套在主軸的外圍，且與主軸間隙配合；所述永磁環(huán)為徑向極化的永磁環(huán)，永磁環(huán)的高度低于內(nèi)鐵芯的高度，永磁環(huán)無(wú)間隙地套在內(nèi)鐵芯外圍的底端，且永磁環(huán)的底面與內(nèi)鐵芯的底面齊平；所述電磁鐵勵(lì)磁繞組通過(guò)絕緣材料澆注在永磁環(huán)的上面和內(nèi)鐵芯的外圍，絕緣材料將內(nèi)鐵芯、永磁環(huán)和電磁鐵勵(lì)磁繞組澆注為一體；所述銜鐵為圓環(huán)狀，銜鐵固定在主軸的外圍、且位于永磁環(huán)的下方，銜鐵與永磁環(huán)之間為間隙配合。上述裝置可有效地改善轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)條件，降低故障發(fā)生率，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，降低維修成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及電氣控制工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說(shuō)是一種水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水輪發(fā)電機(jī)組作為水電站的核心設(shè)備，性能良好、故障率低、使用壽命長(zhǎng)是水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行的基本要求。經(jīng)過(guò)許多年科研人員和工程技術(shù)人員的努力，水輪機(jī)技術(shù)得到了很大的發(fā)展，已經(jīng)形成了比較成熟的水力發(fā)電技術(shù)。
[0003]目前大中型水力發(fā)電機(jī)組基本上采用立軸式結(jié)構(gòu)，立式水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主要重量是通過(guò)主軸傳遞給座環(huán)，然后傳遞給承力墩的方式支承，也就是說(shuō)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)主軸連接在一起。由于水輪機(jī)組的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)重量很大，在其工作過(guò)程中必然會(huì)對(duì)它的承重設(shè)施有著很高的要求，傳統(tǒng)的承重方式主要是采用推力軸承。推力軸承承受整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量以及水輪機(jī)軸向的水推力，在長(zhǎng)期重負(fù)狀態(tài)下常使油膜破壞，使軸承摩擦發(fā)熱燒毀，存在嚴(yán)重的摩擦和機(jī)械牢固性老化等問(wèn)題?，F(xiàn)有的電磁裝置存在尺寸較大，占用的空間體積也較大，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)可能會(huì)受到安裝空間的限制，因此需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在有限體積情況下產(chǎn)生更大的電磁力，或在產(chǎn)生同樣電磁力的情況下，使系統(tǒng)體積減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，包括主軸、內(nèi)鐵芯、電磁鐵勵(lì)磁繞組、永磁環(huán)和銜鐵，所述內(nèi)鐵芯為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)鐵芯套在主軸的外圍，且與主軸間隙配合；所述永磁環(huán)為徑向極化的永磁環(huán)，永磁環(huán)的高度低于內(nèi)鐵芯的高度，永磁環(huán)無(wú)間隙地套在內(nèi)鐵芯外圍的底端，且永磁環(huán)的底面與內(nèi)鐵芯的底面齊平；所述電磁鐵勵(lì)磁繞組通過(guò)絕緣材料澆注在永磁環(huán)的上面和內(nèi)鐵芯的外圍，絕緣材料將內(nèi)鐵芯、永磁環(huán)和電磁鐵勵(lì)磁繞組澆注為一體；所述銜鐵為圓環(huán)狀，銜鐵固定在主軸的外圍、且位于永磁環(huán)的下方，銜鐵與永磁環(huán)之間為間隙配合。
[0006]使用時(shí)，主軸上設(shè)有推力軸承，可將上述裝置裝在推力軸承的上方，內(nèi)鐵芯固定在靜止的支撐物上，通過(guò)永磁體環(huán)產(chǎn)生的吸力和電磁磁浮裝置產(chǎn)生的吸力共同承擔(dān)水輪發(fā)電機(jī)組軸向負(fù)荷，可以很大程度上提高承載力水平，從而可以減小整個(gè)裝置的體積和勵(lì)磁損耗；利用產(chǎn)生的磁力來(lái)減載水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的軸向重量，進(jìn)而減少施加在推力軸承上的力；其中電磁力采用可調(diào)節(jié)形式，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電磁力，實(shí)現(xiàn)合理分配水輪發(fā)電機(jī)組重量的分擔(dān)；徑向極化的永磁體環(huán)對(duì)銜鐵產(chǎn)生永磁吸引力與電磁磁力共同提供電永磁磁力減載裝置提供的減載力。該裝置將銜鐵固定在主軸靠發(fā)電機(jī)一端。[0007]上述水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置還包括上鐵軛，上鐵軛為圓環(huán)狀，上鐵軛套在主軸的外圍、且與主軸間隙配合；上鐵軛連接在內(nèi)鐵芯的頂部；所述電磁鐵勵(lì)磁繞組通過(guò)絕緣材料澆注在上鐵軛、內(nèi)鐵芯和永磁環(huán)構(gòu)成的腔體內(nèi)。這樣可對(duì)電磁鐵勵(lì)磁繞組和內(nèi)鐵芯起到很好的保護(hù)作用，使用上將上鐵軛固定在靜止的支撐物上即可。
[0008]上述上鐵軛與主軸之間的間隙與內(nèi)鐵芯與主軸之間的間隙相等。這樣更便于操作。
[0009]上述水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置還包括側(cè)鐵軛，側(cè)鐵軛為圓環(huán)狀，側(cè)鐵軛與內(nèi)鐵芯等高，側(cè)鐵軛設(shè)在主軸的外圍，側(cè)鐵軛的頂部與上鐵軛的底部連接，上鐵軛、側(cè)鐵軛、內(nèi)鐵芯和永磁環(huán)之間構(gòu)成密閉的腔體，電磁鐵勵(lì)磁繞組通過(guò)絕緣材料澆注在密閉的腔體內(nèi)。這樣可對(duì)永磁環(huán)和電磁鐵勵(lì)磁繞組起到更好保護(hù)作用。
[0010]上述水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，還包括沿主軸外圍設(shè)置的推力盤(pán)固定支撐，銜鐵通過(guò)推力盤(pán)固定支撐固定在主軸的外圍。這樣進(jìn)一步提高銜鐵的穩(wěn)定性。
[0011]工作原理:當(dāng)激勵(lì)線圈通以直流電流時(shí)，電磁鐵會(huì)對(duì)銜鐵產(chǎn)生電磁吸力，給銜鐵一向上的力，同時(shí)，永磁環(huán)的磁場(chǎng)在電磁場(chǎng)的作用下，其主磁通通過(guò)銜鐵進(jìn)行閉合，從而永磁體對(duì)銜鐵產(chǎn)生吸力。永磁吸力與電磁吸力共同作用，銜鐵與主軸相連，所以向上的力通過(guò)銜鐵傳遞給主軸，進(jìn)而抵消大部分軸向重力，很大程度上減少了施加在推力軸承上的重量，從而減少了因推力軸承所導(dǎo)致的機(jī)組故障(如油膜擊穿，推力瓦變形，機(jī)械老化等)。本裝置雖然分擔(dān)大部分的軸向重量，但并不使機(jī)組轉(zhuǎn)子部分全部懸浮，在此情形下機(jī)組能夠更加良好和平穩(wěn)地運(yùn)行。同時(shí)，永磁裝置有零污染，零損耗等優(yōu)點(diǎn)，用它承擔(dān)一部分負(fù)重，比單獨(dú)使用電磁裝置所需的空間體積更小，所需材料成本也更??；產(chǎn)生的勵(lì)磁損耗更小，裝置的發(fā)熱也更小。施加在推力軸承上的軸向負(fù)荷力得到大幅減小，因而可以降低對(duì)推力軸承的要求，有效節(jié)約成本。
[0012]通過(guò)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置對(duì)軸向負(fù)載的分擔(dān)，可以有效地改善轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)條件，降低故障發(fā)生率，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，降低維修成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置使用狀態(tài)圖。
[0014]圖2為本發(fā)明水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置減載力和原電磁減載裝置減載力與匝數(shù)電流實(shí)例關(guān)系示意圖。
[0016]圖中I為主軸與內(nèi)鐵芯間的氣隙；2為側(cè)鐵軛；3為電磁鐵勵(lì)磁繞組；4為永磁環(huán)與銜鐵間的氣隙；5為銜鐵；6為內(nèi)鐵芯；7為上鐵軛；8為上支撐土木基礎(chǔ)；9為主軸；10為永磁環(huán)；11為推力盤(pán)固定支撐；12為下支撐土木基礎(chǔ)；13為絕緣層；14為推力軸承。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例1
[0019]如圖1、2所示，水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，包括主軸9、內(nèi)鐵芯
6、電磁鐵勵(lì)磁繞組3、上鐵軛7、側(cè)鐵軛2、永磁環(huán)IO、銜鐵5和推力盤(pán)固定支撐11，所述內(nèi)鐵芯6為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)鐵芯6套在主軸9的外圍，且與主軸9間隙配合；所述永磁環(huán)10為徑向極化的永磁環(huán)10，永磁環(huán)10的高度低于內(nèi)鐵芯6的高度，永磁環(huán)10無(wú)間隙地套在內(nèi)鐵芯6外圍的底端，且永磁環(huán)10的底面與內(nèi)鐵芯6的底面齊平；上鐵軛7為圓環(huán)狀，上鐵軛7套在主軸9的外圍、且與主軸9間隙配合，上鐵軛7與主軸9之間的間隙與內(nèi)鐵芯6與主軸9之間的間隙相等，且上鐵軛7連接在內(nèi)鐵芯6的頂部；側(cè)鐵軛2為圓環(huán)狀，側(cè)鐵軛2與內(nèi)鐵芯6等高，側(cè)鐵軛2設(shè)在主軸9的外圍，側(cè)鐵軛2的頂部與上鐵軛7的底部連接，上鐵軛7、側(cè)鐵軛2、內(nèi)鐵芯6和永磁環(huán)10之間構(gòu)成密閉的腔體，電磁鐵勵(lì)磁繞組3通過(guò)絕緣材料澆注在密閉的腔體內(nèi)；所述銜鐵5為圓環(huán)狀，銜鐵5通過(guò)推力盤(pán)固定支撐11固定在主軸9的外圍、且位于永磁環(huán)10的下方，銜鐵5與永磁環(huán)10之間為間隙配合。
[0020]上鐵軛7固定在上支撐土木基礎(chǔ)8上，推力軸承14固定在下支撐土木基礎(chǔ)12上。[0021 ] 根據(jù)磁路計(jì)算理論可得
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:包括主軸(9)、內(nèi)鐵芯(6)、電磁鐵勵(lì)磁繞組(3)、永磁環(huán)(10)和銜鐵(5)，所述內(nèi)鐵芯(6)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)鐵芯(6)套在主軸(9)的外圍，且與主軸(9)間隙配合；所述永磁環(huán)(10)為徑向極化的永磁環(huán)(10),永磁環(huán)(10)的高度低于內(nèi)鐵芯(6)的高度，永磁環(huán)(10)無(wú)間隙地套在內(nèi)鐵芯(6)外圍的底端，且永磁環(huán)(10)的底面與內(nèi)鐵芯(6)的底面齊平；所述電磁鐵勵(lì)磁繞組(3)通過(guò)絕緣材料澆注在永磁環(huán)(10 )的上面和內(nèi)鐵芯(6 )的外圍，絕緣材料將內(nèi)鐵芯(6 )、永磁環(huán)(10 )和電磁鐵勵(lì)磁繞組(3)澆注為一體；所述銜鐵(5)為圓環(huán)狀，銜鐵(5)固定在主軸(9)的外圍、且位于永磁環(huán)(10)的下方，銜鐵(5)與永磁環(huán)(10)之間為間隙配合。
2.如權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:還包括上鐵軛(7 )，上鐵軛(7 )為圓環(huán)狀，上鐵軛(7 )套在主軸(9 )的外圍、且與主軸(9 )間隙配合；上鐵軛(7)連接在內(nèi)鐵芯(6)的頂部；所述電磁鐵勵(lì)磁繞組(3)通過(guò)絕緣材料澆注在上鐵軛(7 )、內(nèi)鐵芯(6 )和永磁環(huán)(10 )構(gòu)成的腔體內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:上鐵軛(7)與主軸(9)之間的間隙與內(nèi)鐵芯(6)與主軸(9)之間的間隙相等。
4.如權(quán)利要求2或3所述的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:還包括側(cè)鐵軛(2)，側(cè)鐵軛(2)為圓環(huán)狀，側(cè)鐵軛(2)與內(nèi)鐵芯(6)等高，側(cè)鐵軛(2)設(shè)在主軸(9 )的外圍，側(cè)鐵軛(2 )的頂部與上鐵軛(7 )的底部連接，上鐵軛(7 )、側(cè)鐵軛(2 )、內(nèi)鐵芯(6)和永磁環(huán)(10)之間構(gòu)成密閉的腔體，電磁鐵勵(lì)磁繞組(3)通過(guò)絕緣材料澆注在密閉的腔體內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:還包括沿主軸(9 )外圍設(shè)置的推力盤(pán)固定支撐(11 )，銜鐵(5 )通過(guò)推力盤(pán)固定支撐(11)固定在主軸(9)的外圍。
【文檔編號(hào)】H02N15/00GK103795298SQ201410028080
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】王慶燕, 馬宏忠, 梁歡, 曹生讓, 姜鴻羽, 張正東, 許高俊, 任立志 申請(qǐng)人:河海大學(xué)