一種水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置，包括主軸、內鐵芯、電磁鐵勵磁繞組、永磁環和銜鐵，所述內鐵芯為環狀結構，內鐵芯套在主軸的外圍，且與主軸間隙配合；所述永磁環為徑向極化的永磁環，永磁環的高度低于內鐵芯的高度，永磁環無間隙地套在內鐵芯外圍的底端，且永磁環的底面與內鐵芯的底面齊平；所述電磁鐵勵磁繞組通過絕緣材料澆注在永磁環的上面和內鐵芯的外圍，絕緣材料將內鐵芯、永磁環和電磁鐵勵磁繞組澆注為一體；所述銜鐵為圓環狀，銜鐵固定在主軸的外圍、且位于永磁環的下方，銜鐵與永磁環之間為間隙配合。上述裝置可有效地改善轉子運轉條件，降低故障發生率，延長機組使用壽命，降低維修成本。
【專利說明】—種水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及電氣控制工程【技術領域】，具體說是一種水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置。
【背景技術】
[0002]水輪發電機組作為水電站的核心設備，性能良好、故障率低、使用壽命長是水輪發電機組實現安全運行的基本要求。經過許多年科研人員和工程技術人員的努力，水輪機技術得到了很大的發展，已經形成了比較成熟的水力發電技術。
[0003]目前大中型水力發電機組基本上采用立軸式結構，立式水輪發電機組轉子系統的主要重量是通過主軸傳遞給座環，然后傳遞給承力墩的方式支承，也就是說水輪機的轉輪和發電機轉子通過主軸連接在一起。由于水輪機組的轉子系統重量很大，在其工作過程中必然會對它的承重設施有著很高的要求，傳統的承重方式主要是采用推力軸承。推力軸承承受整個機組轉動部分的重量以及水輪機軸向的水推力，在長期重負狀態下常使油膜破壞，使軸承摩擦發熱燒毀，存在嚴重的摩擦和機械牢固性老化等問題。現有的電磁裝置存在尺寸較大，占用的空間體積也較大，現場安裝時可能會受到安裝空間的限制，因此需要對系統進行改進，在有限體積情況下產生更大的電磁力，或在產生同樣電磁力的情況下，使系統體積減小。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明一種水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置，包括主軸、內鐵芯、電磁鐵勵磁繞組、永磁環和銜鐵，所述內鐵芯為環狀結構，內鐵芯套在主軸的外圍，且與主軸間隙配合；所述永磁環為徑向極化的永磁環，永磁環的高度低于內鐵芯的高度，永磁環無間隙地套在內鐵芯外圍的底端，且永磁環的底面與內鐵芯的底面齊平；所述電磁鐵勵磁繞組通過絕緣材料澆注在永磁環的上面和內鐵芯的外圍，絕緣材料將內鐵芯、永磁環和電磁鐵勵磁繞組澆注為一體；所述銜鐵為圓環狀，銜鐵固定在主軸的外圍、且位于永磁環的下方，銜鐵與永磁環之間為間隙配合。
[0006]使用時，主軸上設有推力軸承，可將上述裝置裝在推力軸承的上方，內鐵芯固定在靜止的支撐物上，通過永磁體環產生的吸力和電磁磁浮裝置產生的吸力共同承擔水輪發電機組軸向負荷，可以很大程度上提高承載力水平，從而可以減小整個裝置的體積和勵磁損耗；利用產生的磁力來減載水輪發電機組轉動部分的軸向重量，進而減少施加在推力軸承上的力；其中電磁力采用可調節形式，通過調節勵磁電流的大小來調節產生的電磁力，實現合理分配水輪發電機組重量的分擔；徑向極化的永磁體環對銜鐵產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電機一端。[0007]上述水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置還包括上鐵軛，上鐵軛為圓環狀，上鐵軛套在主軸的外圍、且與主軸間隙配合；上鐵軛連接在內鐵芯的頂部；所述電磁鐵勵磁繞組通過絕緣材料澆注在上鐵軛、內鐵芯和永磁環構成的腔體內。這樣可對電磁鐵勵磁繞組和內鐵芯起到很好的保護作用，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]上述水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置還包括側鐵軛，側鐵軛為圓環狀，側鐵軛與內鐵芯等高，側鐵軛設在主軸的外圍，側鐵軛的頂部與上鐵軛的底部連接，上鐵軛、側鐵軛、內鐵芯和永磁環之間構成密閉的腔體，電磁鐵勵磁繞組通過絕緣材料澆注在密閉的腔體內。這樣可對永磁環和電磁鐵勵磁繞組起到更好保護作用。
[0010]上述水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置，還包括沿主軸外圍設置的推力盤固定支撐，銜鐵通過推力盤固定支撐固定在主軸的外圍。這樣進一步提高銜鐵的穩定性。
[0011]工作原理:當激勵線圈通以直流電流時，電磁鐵會對銜鐵產生電磁吸力，給銜鐵一向上的力，同時，永磁環的磁場在電磁場的作用下，其主磁通通過銜鐵進行閉合，從而永磁體對銜鐵產生吸力。永磁吸力與電磁吸力共同作用，銜鐵與主軸相連，所以向上的力通過銜鐵傳遞給主軸，進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致的機組故障(如油膜擊穿，推力瓦變形，機械老化等)。本裝置雖然分擔大部分的軸向重量，但并不使機組轉子部分全部懸浮，在此情形下機組能夠更加良好和平穩地運行。同時，永磁裝置有零污染，零損耗等優點，用它承擔一部分負重，比單獨使用電磁裝置所需的空間體積更小，所需材料成本也更小；產生的勵磁損耗更小，裝置的發熱也更小。施加在推力軸承上的軸向負荷力得到大幅減小，因而可以降低對推力軸承的要求，有效節約成本。
[0012]通過水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置對軸向負載的分擔，可以有效地改善轉子運轉條件，降低故障發生率，延長機組使用壽命，降低維修成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置使用狀態圖。
[0014]圖2為本發明水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置結構示意圖。
[0015]圖3為本發明水輪發電機組轉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電流實例關系示意圖。
[0016]圖中I為主軸與內鐵芯間的氣隙；2為側鐵軛；3為電磁鐵勵磁繞組；4為永磁環與銜鐵間的氣隙；5為銜鐵；6為內鐵芯；7為上鐵軛；8為上支撐土木基礎；9為主軸；10為永磁環；11為推力盤固定支撐；12為下支撐土木基礎；13為絕緣層；14為推力軸承。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0018]實施例1
[0019]如圖1、2所示，水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置，包括主軸9、內鐵芯
6、電磁鐵勵磁繞組3、上鐵軛7、側鐵軛2、永磁環IO、銜鐵5和推力盤固定支撐11，所述內鐵芯6為環狀結構，內鐵芯6套在主軸9的外圍，且與主軸9間隙配合；所述永磁環10為徑向極化的永磁環10，永磁環10的高度低于內鐵芯6的高度，永磁環10無間隙地套在內鐵芯6外圍的底端，且永磁環10的底面與內鐵芯6的底面齊平；上鐵軛7為圓環狀，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之間的間隙與內鐵芯6與主軸9之間的間隙相等，且上鐵軛7連接在內鐵芯6的頂部；側鐵軛2為圓環狀，側鐵軛2與內鐵芯6等高，側鐵軛2設在主軸9的外圍，側鐵軛2的頂部與上鐵軛7的底部連接，上鐵軛7、側鐵軛2、內鐵芯6和永磁環10之間構成密閉的腔體，電磁鐵勵磁繞組3通過絕緣材料澆注在密閉的腔體內；所述銜鐵5為圓環狀，銜鐵5通過推力盤固定支撐11固定在主軸9的外圍、且位于永磁環10的下方，銜鐵5與永磁環10之間為間隙配合。
[0020]上鐵軛7固定在上支撐土木基礎8上，推力軸承14固定在下支撐土木基礎12上。[0021 ] 根據磁路計算理論可得
[0022]
【權利要求】
1.一種水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:包括主軸(9)、內鐵芯(6)、電磁鐵勵磁繞組(3)、永磁環(10)和銜鐵(5)，所述內鐵芯(6)為環狀結構，內鐵芯(6)套在主軸(9)的外圍，且與主軸(9)間隙配合；所述永磁環(10)為徑向極化的永磁環(10),永磁環(10)的高度低于內鐵芯(6)的高度，永磁環(10)無間隙地套在內鐵芯(6)外圍的底端，且永磁環(10)的底面與內鐵芯(6)的底面齊平；所述電磁鐵勵磁繞組(3)通過絕緣材料澆注在永磁環(10 )的上面和內鐵芯(6 )的外圍，絕緣材料將內鐵芯(6 )、永磁環(10 )和電磁鐵勵磁繞組(3)澆注為一體；所述銜鐵(5)為圓環狀，銜鐵(5)固定在主軸(9)的外圍、且位于永磁環(10)的下方，銜鐵(5)與永磁環(10)之間為間隙配合。
2.如權利要求1所述的水輪發電機組轉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)連接在內鐵芯(6)的頂部；所述電磁鐵勵磁繞組(3)通過絕緣材料澆注在上鐵軛(7 )、內鐵芯(6 )和永磁環(10 )構成的腔體內。
3.如權利要求2所述的水輪發電機組轉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)之間的間隙與內鐵芯(6)與主軸(9)之間的間隙相等。
4.如權利要求2或3所述的水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:還包括側鐵軛(2)，側鐵軛(2)為圓環狀，側鐵軛(2)與內鐵芯(6)等高，側鐵軛(2)設在主軸(9 )的外圍，側鐵軛(2 )的頂部與上鐵軛(7 )的底部連接，上鐵軛(7 )、側鐵軛(2 )、內鐵芯(6)和永磁環(10)之間構成密閉的腔體，電磁鐵勵磁繞組(3)通過絕緣材料澆注在密閉的腔體內。
5.如權利要求1-3任意一項所述的水輪發電機組轉子部分電永磁磁力減載裝置，其特征在于:還包括沿主軸(9 )外圍設置的推力盤固定支撐(11 )，銜鐵(5 )通過推力盤固定支撐(11)固定在主軸(9)的外圍。
【文檔編號】H02N15/00GK103795298SQ201410028080
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】王慶燕, 馬宏忠, 梁歡, 曹生讓, 姜鴻羽, 張正東, 許高俊, 任立志 申請人:河海大學