用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台

摘要

本发明公开一种用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台，其包括支架及安装于支架上的主机、电控柜及真空泵，主机包括电机壳、安装于电机壳中的电机转子及电子定子，电机转子的上末端延伸超出电机壳的上端面之上，在电机转子上安装有上、下径向磁轴承，上、下推力磁轴承以及推力盘，在电机转子的上末端连接有一将叶轮固定于其上端的安全接头和拉杆螺钉，电机壳上位于叶轮周围的位置安装有防护罩，防护罩上安装防护罩盖，电机壳上表面、防护罩和防护罩盖共同形成将叶轮包裹在内的密闭容器，在防护罩内壁上安装缓冲块，在防护罩盖上形成有抽真空接头，在抽真空接头上安装抽真空管，抽真空管的另一端连接于真空泵上。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种叶轮超速试验测试装置，特别涉及一种用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台。

背景技术：

传统的离心式风机大多是做本机超速，即利用原有的风机主机，通过略微提高转速来达到超速试验所需的转速。但这种试验方法需要风机整体结构留有较高的安全余量(至少30％)，实际工作时性能浪费也较大；同时试验中一旦出现叶轮破碎等事故就会造成风机整体报废，试验人员的安全也难以得到保障。因此一些企业将风机改装为专用的超速试验台来进行超速试验。目前国内的超速试验台典型的技术方案为：

1.使用普通的异步交流电机作为动力；

2.使用同步带传动或多级齿轮传动；

3.使用滑动轴承；

4.使用油膜阻尼器来抑制转子振动。

虽然现有的超速试验台也能够进行高速叶轮的超速试验，但其具有以下几个缺点：

1.采用异步交流电机作为动力。因为其转子与定子磁场存在转速差，转子转速不稳定且难以控制，所以必须使用额外的转速传感器和控制器来稳定叶轮转速，系统复杂、体积大、价格昂贵。

2.电机输出转速低，因此需要多级增速齿轮、甚至多个齿轮箱串联才能达到预定转速。随着级数的增多，齿轮传动的效率降低、噪音和发热量均增大、故障率显著提高，甚至容易出现自锁等重大事故。而采用同步带传动虽然可以获得较大的单级传动比，但其负载和寿命远低于齿轮传动。因此该类超速试验台结构复杂、价格昂贵、效率和可靠性比较低。

3.异步交流电机的转速调节范围窄，而不同叶轮的超速转速相差很大，因此该类超速试验台想要兼容更多叶轮就只有两种选择：采用复杂的变速齿轮箱，或根据不同叶轮更换不同的齿轮箱。前一选择方便操作但提高了价格；后一选择则增加了试验工作量。

4.因为采用滑动轴承和油膜阻尼器以及高速齿轮箱润滑的需要，必须配备专门的润滑系统，不仅增加了系统的复杂性，也无法避免跑冒滴漏等故障。滑动轴承在不同的转速范围需要不同粘度的润滑油，现有结构中无法方便地更换；同时转速越高，滑动轴承和齿轮箱的发热量也越高，需要设置滑油冷却器来冷却润滑油，所以导致系统复杂且体积大。

5.叶轮安装在高速齿轮轴上，由于高速齿轮直径小，因此高速轴的质量也比较小。当转子质量下降时，要保证相同的动平衡性能就需要更小的质量偏移量；但是超速试验台需要频繁更换试验叶轮，叶轮的一致性难以保证，因而多数时候是在动平衡性能较差的情况下工作。较轻的转子就意味着更大的振动，即使使用技术难度很高的油膜阻尼器也很难保证转子稳定。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

为了克服上述技术问题，本发明提供一种结构简单可靠、转速调节范围广及控制精确稳定的用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台。

本发明采用如下技术方案：一种用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台，其包括支架及安装于支架上的主机、电控柜及真空泵，所述主机包括电机壳、安装于电机壳中的电机转子及电子定子，所述电机转子的上末端延伸超出电机壳的上端面之上，在所述电机转子上位于电机定子上下方的位置上分别安装有上径向磁轴承、下径向磁轴承，在电机转子上位于下径向磁轴承下方的位置安装有上推力磁轴承、下推力磁轴承以及位于上推力磁轴承和下推力磁轴承之间的推力盘，所述电机转子的上末端固定连接有将叶轮固定于电机转子上末端的安全接头及拉杆螺钉，所述电机壳上位于叶轮周围的位置安装有一圆筒形的防护罩，所述防护罩上端设有防护罩盖，所述电机壳上表面、防护罩及防护罩盖共同形成一将叶轮包裹在内的圆筒形密闭容器，在所述防护罩内壁上安装有缓冲块，在所述防护罩盖上形成有贯穿防护罩盖上下表面的抽真空接头，在所述抽真空接头上安装有抽真空管，所述抽真空管的另一端连接于真空泵上。

进一步地，所述防护罩的外圆直径与电机壳的上表面的外边缘的直径相同，所述防护罩盖的外圆直径等于防护罩的外圆直径。

进一步地，所述缓冲块包括安装于防护罩内壁上的且围绕着叶轮的圆周等间距排列的若干个。

进一步地，所述安全接头包括外圆直径较小的上圆柱体部及外圆直径较大的下圆柱体部，在所述安全接头上形成有贯穿安全接头上下表面的通孔，在所述上圆柱体部上与下圆柱体部相连接的部位凹陷形成有环形切口，所述环形切口与通孔不相连通。

进一步地，在所述电机转子的上末端凹陷形成有用于收容固定下圆柱体部的凹槽。

进一步地，所述拉杆螺钉的下末端自叶轮的上表面依次穿设于叶轮的中心轴孔及通孔后与电机转子旋紧于一起。

进一步地，在所述拉杆螺钉上与环形切口相横向对齐的位置形成有螺钉切口。

进一步地，所述缓冲块为铅块。

本发明具有如下有益效果：

1.采用无接触的磁轴承，结构简单、干净，对最高转速无限制。

采用无接触的磁轴承时，电机转子处于悬浮状态旋转与周围零件没有机械接触，也就没有摩擦、磨损和发热，因此电机转子的最高转速仅取决于自身的固有频率和空气阻力，同时磁轴承无需润滑，除了线圈和磁芯之外也没有其他热源，所以只需要利用电机冷却风冷却即可，不需要复杂的润滑系统和冷却系统。

3.电机转子与叶轮连接结构简单，动平衡性能好。

电机转子与叶轮连接无需通过齿轮箱增速，因此结构简单，避免了增速齿轮的故障，也无需额外的润滑和冷却，同时电机转子的质量通常远大于叶轮的质量，惯性增大后对偏移质量的抵抗能力也提高了，对叶轮动平衡精度的要求也随之降低。

4.电机转子质量大、直径大、刚性好，对冲击载荷的承受能力也更高，叶轮出现局部破坏、甚至完全破碎时电机转子也不容易损坏。

5.电机转子与叶轮采用安全连接装置连接，当叶轮受到严重冲击时该装置先发生断裂，以保证电机转子和磁轴承不受损坏。

6.采用钢制防护罩并内置缓冲块，不仅保护操作人员的免受碎片危害，也防止碎片反弹破坏叶轮和电机转子。

7.防护罩内抽真空以减少叶轮对空气的搅动，从而降低电机功耗、叶轮发热、以及上、下推力磁轴承载荷。

8.除了主机、电控柜和真空泵外，不需要额外的辅助设备，因而成本低、体积小、操作简便，与现有超速试验台相比，用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台省去了增速齿轮箱、润滑系统、滑油冷却系统、转速控制系统，因此成本和体积都大大缩小，并且操作量、维护工作量和故障率都大大减少。

附图说明：

图1为本发明用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台的结构示意图。

图2为本发明用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台中主机的结构示意图。

图3为本发明用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台中主机的局部结构示意图。

其中：

1-支架；2-主机；3-电控柜；4-真空泵；5-电机壳；6-电机转子；7-电机定子；8-第一径向磁轴承；9-第二径向磁轴承；10-上推力磁轴承；11-叶轮；12-安全接头；120-上圆柱体部；121-下圆柱体部；122-通孔；123-环形切口；13-拉杆螺钉；130-螺钉切口；14-防护罩；15-缓冲块；16-防护罩盖；160-抽真空接头；17-抽真空管；18-下推力磁轴承；19-推力盘。

具体实施方式：

请参照图1至图3所示，本发明用于叶轮超速试验的磁悬浮超速试验台包括支架1及安装于支架1上的主机2、电控柜3及真空泵4。主机2包括电机壳5、安装于电机壳5中的电机转子6及电子定子7，其中电机转子6的上末端延伸超出电机壳5的上端面之上，在电机转子6上位于电机定子7上下方的位置上分别安装有上径向磁轴承8及下径向磁轴承9，在电机转子7上位于下径向磁轴承9下方的位置安装有上推力磁轴承10、下推力磁轴承18以及位于上推力磁轴承10和下推力磁轴承18之间的盘状推力盘19，电机转子6的上末端固定连接有将叶轮11固定于电机转子6上末端的安全接头12及拉杆螺钉13，电机壳5上位于叶轮11周围的位置安装有一圆筒形的防护罩14，防护罩14上端有防护罩盖16，电机壳5上表面、防护罩14及防护罩盖16共同形成一将叶轮11包裹在内的圆筒形密闭容器，在防护罩14内壁上安装有缓冲块15，在防护罩盖16上形成有贯穿防护罩盖16上下表面的抽真空接头160，在抽真空接头160上安装有抽真空管17，抽真空管17的另一端连接于真空泵4上。

其中防护罩14的外圆直径与电机壳5的上表面的外边缘的直径相同，且防护罩14的高度高于叶轮11的高度，防护罩盖16的外圆直径等于防护罩14的外圆直径。缓冲块15包括安装于防护罩14内壁上的且围绕着叶轮11的圆周等间距排列的若干个，其中缓冲块15的上表面位于防护罩14的上表面的下方，缓冲块15用铅块或其他能够吸收冲击力的软质材料制造，能够吸收叶轮碎片的冲击并将其包裹起来，避免碎片直接撞击防护罩后反弹。

其中叶轮11通过安全接头12定位固定于电机转子6的上末端上。安全接头12采用强度较低的材料制成。安全接头12为大致呈“⊥”形形状的圆柱体结构，其包括上端外圆直径较小的上圆柱体部120及下端外圆直径较大的下圆柱体部121。同时，安全接头12上形成有贯穿安全接头12上下表面的通孔122，其中在上圆柱体部120上与下圆柱体部121相连接的部位凹陷形成有环形切口123，其中环形切口123与通孔122不相连通。在电机转子6的上末端凹陷形成有用于收容固定下圆柱体部121的凹槽(未标示)。叶轮11的中心轴孔与安全接头12的上圆柱体部120相配合，且通过键(未图示)将叶轮11与上圆柱体部120连接于一起。本发明中通过在安全接头12的上圆柱体部120上与下圆柱体部121相连接的部位凹陷形成有环形切口123，此时当叶轮受到较大横向冲击力时，安全接头12会沿着环形切口123断裂，从而避免损坏电机转子6。

拉杆螺钉13的下末端自叶轮11的上表面依次穿设于叶轮的中心轴孔及通孔122后与电机转子6旋紧于一起，其中拉杆螺钉13的上末端卡抵于叶轮11的上表面上进而将叶轮11轴向压紧与电机转子6上。在拉杆螺钉13上与环形切口123相横向对齐的位置形成有螺钉切口130。

当安全接头12断裂时会在螺钉切口130处产生横向剪切作用，从而切断拉杆螺钉13，让叶轮与电机转子脱离，避免冲击力损坏电机转子。脱离电机转子6的叶轮11会陷入缓冲块7中停下，碎片则会被防护罩包容以免飞出伤人，被切断的下段螺钉头可以在取下安全接头12后用夹具取出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。