專利名稱：一種新型的帶磁軸承裝置的核主泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的帶磁軸承裝置的核主泵，特別涉及一種可并用滾動軸承和磁軸承裝置的核主泵。
背景技術(shù)：
目前，熟知的核主泵主要由電動機、軸封組件和泵水力部件組成。葉輪、主軸、泵殼之間通過軸承來支承軸及其轉(zhuǎn)動零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度。目前國內(nèi)外對核主泵的軸承設(shè)計應(yīng)用做了很多研究，但克服核主泵對軸承機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、高速、高精度、無需潤滑、無油污的性能要求仍有很多途徑。 發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本發(fā)明涉及一種帶磁軸承裝置的核主泵，其采用滾動軸承和磁軸承組合裝置，通過磁軸承，承受軸向負(fù)荷和軸承預(yù)壓中的任意一者或兩者。本發(fā)明涉及比如，反應(yīng)堆循環(huán)冷卻系統(tǒng)中核主泵組件等所采用的磁軸承裝置，通過該裝置來達(dá)到機械磨損小、低耗功、壽命長、高速、高精度等性能是一種非常有效的方法。實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的目的在于提供一種磁軸承裝置，其中，可進行穩(wěn)定的控制，控制器的結(jié)構(gòu)也可簡化。本發(fā)明設(shè)計的磁軸承裝置并用滾動軸承和磁軸承，滾動軸承支承徑向負(fù)荷，磁軸承承受軸向負(fù)荷和軸承預(yù)壓中的任意一者或兩者，電磁鐵按照與和主軸垂直而同軸地設(shè)置的由強磁性體形成的凸緣狀的推力板非接觸地面對的方式安裝于主軸外殼上，具有對應(yīng)于檢測作用于軸向的力的傳感器的輸出，控制電磁鐵的控制器，具有由滾動軸承和滾動軸承的支承系統(tǒng)形成的合成彈簧的剛性值大于電磁鐵的負(fù)的剛性值的關(guān)系。在該方案的磁軸承裝置中，由于并用滾動軸承和磁軸承，滾動軸承承受徑向負(fù)荷，磁軸承承受軸向負(fù)荷和軸承預(yù)壓中的任意一者或兩者，故進行軸向的精度良好的支承，同時可確保滾動軸承的長期耐久性，避免僅僅磁軸承的支承的場合的電源停止時的損傷。另夕卜，由于形成由滾動軸承和滾動軸承的支承系統(tǒng)形成的合成彈簧的剛性值大于電磁鐵的負(fù)的剛性值的關(guān)系，故可防止在控制頻帶，機械系統(tǒng)的相位延遲為180°的情況。由此，控制對象穩(wěn)定，控制器的電路結(jié)構(gòu)為比例或比例積分等的簡單的結(jié)構(gòu)，即使這樣，仍可進行穩(wěn)定的控制。其特征在于本發(fā)明是一種新型的帶磁軸承裝置的核主泵，包括磁軸承裝置(I)、主軸(2)、葉輪(3)、定子上蓋板(4)、主軸外殼(5)、控制器(6)、電磁鐵(7)、凸緣狀推力板(8)、軸向力傳感器(9)、軸承外殼(10)、滾動軸承(11)、迷宮式密封(12)、彈簧(13)、電機(14)，上述的磁軸承裝置，采用滾動軸承和磁軸承組合裝置，其特征在于其適用于主軸(2)的支承，該主軸通過電機(14)帶動核主泵葉輪(3)對流體做功。本發(fā)明有益效果是通過磁軸承裝置，實現(xiàn)了核主泵軸承機械磨損小、耗功低、壽命長、精度高等性能。[0009]本發(fā)明采用的磁軸承，是一種新型高性能軸承。與傳統(tǒng)滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機械接觸，轉(zhuǎn)子可以達(dá)到很高的運轉(zhuǎn)速度，具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點，特別適用高速、真空、超凈等特殊環(huán)境?？蓮V泛用于機械加工、渦輪機械、航空航天、真空技術(shù)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性辨識與測試等領(lǐng)域，被公認(rèn)為極有前途的新型軸承。

圖I是本發(fā)明一個實施例的帶磁軸承的核主泵結(jié)構(gòu)圖。圖2是同一實施例的磁軸承示意圖。 圖3是控制器實例方框圖。圖中1.磁軸承裝置，2.主軸，3.葉輪，4.定子上蓋板，5.主軸外殼，6.控制器，
7.電磁鐵，8.凸緣狀推力板，9.軸向力傳感器，10.軸承外殼，11.滾動軸承，12.迷宮式密封，13.彈簧，14電機。
具體實施方式
圖I、圖2、圖3共同確定了本實施例中帶磁軸承的核主泵結(jié)構(gòu)形式，它由如果主軸的支承并用滾動軸承和磁軸承，滾動軸承承受徑向負(fù)荷，磁軸承承受軸向負(fù)荷與軸承預(yù)壓中的任意一者或兩者，則進行主軸的軸向的限制，另外，也不產(chǎn)生磁軸承的場合的電源停止時的接觸的問題。在本方案的場合，按照與和主軸垂直而同軸設(shè)置的由強磁性體形成的凸緣狀的推力板不接觸而面對的方式，設(shè)置磁軸承的電磁鐵，對應(yīng)于檢測軸向的力的傳感器的輸出，通過控制器控制電磁鐵。如果通過滾動軸承，支承葉片的主軸，則通過滾動軸承所具有的軸向位置的限制功能，限制主軸位置。在具有這樣的軸向位置的限制功能的滾動軸承的場合，高速旋轉(zhuǎn)的軸承的上述推力的長期耐久性的降低成為問題，但是，由于通過電磁鐵支承推力，故可確保滾動軸承的長期耐久性。結(jié)合圖I和圖2，對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。圖I表示組裝有本發(fā)明的磁軸承裝置的核主泵組件剖視圖。該核主泵組件包括電動機、軸封組件和泵水力部件，葉輪(3)和電動機分別安裝于主軸(2)的兩端。通過由電動機產(chǎn)生的動力，驅(qū)動葉輪(3)旋轉(zhuǎn)對流體做功。該核主泵中的磁軸承裝置相對徑向，通過軸承(11)支承主軸(2)，通過構(gòu)成磁軸承的電磁鐵(7)，承受作用于主軸(2)上的推力。該核主泵磁軸承組件包括傳感器(9)，該傳感器(9)檢測作用于主軸(2)上的推力；該控制器(6)對應(yīng)于該傳感器(9)的輸出，控制電磁鐵(7)的支承力。電磁鐵(7)按照在主軸(2)的中間，與主軸(2)垂直而同軸設(shè)置的由強磁性體形成的凸緣狀的推力板(8)的兩面非接觸地面對的方式設(shè)置于接納有主軸的主軸外殼(5)上。支承主軸(2)的軸承(11)為滾動軸承，具有軸向位置的限制功能，比如，采用深槽球軸承、角接觸球軸承。在深槽球軸承的場合，具有雙向的推力承受功能，具有將內(nèi)外圈的軸向位置返回到中立位置的作用。該軸承(11)設(shè)置于主軸外殼(5)中葉輪的附近。[0020]主軸外殼(5)側(cè)邊的軸承(11)的部分按照內(nèi)徑面接近主軸(13)的直徑形成，在該內(nèi)徑面上形成非接觸密封件(12)。在本實施形態(tài)中，非接觸密封件(12)構(gòu)成迷宮式密封件。上述傳感器(9)設(shè)置于軸承(11)附近的靜止側(cè)，即，主軸外殼(5)偵彳。在附近設(shè)置有該傳感器(9)的軸承(11)的外圈在固定狀態(tài)，嵌合于軸承外殼(10)的內(nèi)部。軸承外殼(10)呈環(huán)狀，在一端具有與軸承(11)的外圈幅面卡合的內(nèi)凸緣，按照可沿軸向移動的方式與設(shè)置于主軸外殼(10)上的內(nèi)徑面嵌合。內(nèi)凸緣設(shè)置于軸向的中間側(cè)端。傳感器(9)的非設(shè)置側(cè)的軸承(11)按照可相對主軸外殼(10)，沿軸向移動的方式設(shè)置，并且通過軸承預(yù)壓彈簧(13)彈性地支承傳感器(9)分配設(shè)置于圍繞主軸(2)的圓周方向的多個部位，介設(shè)于軸承外殼的內(nèi)凸緣側(cè)的幅面與固定于主軸外殼(5)上的部件的一個電磁鐵(7)之間。另外，在傳感器(9)中，通過傳感器預(yù)壓彈簧(13)外加預(yù)壓。傳感器預(yù)壓彈簧(13)使接納于設(shè)在主軸外殼(5)上的接納凹部內(nèi)的軸承(11)的外圈沿軸向偏置，通過外圈和軸承外殼，對傳感器(9)進行預(yù)壓。傳感器預(yù)壓彈簧(13)由設(shè)置于圍繞主軸(2)的圓周方向多個部位的螺旋彈簧等構(gòu)成?！び捎谕ㄟ^按壓力，檢測推力的傳感器(9)即使相對主軸(2)的軸向的任意方向的移動，仍可檢測，故傳感器預(yù)壓彈簧(13)的預(yù)壓為核主泵的通常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，作用于主軸
(2)上的平均的推力以上的值。上述磁軸承裝置的力學(xué)模型可通過簡單的彈簧系統(tǒng)構(gòu)成。即，該彈簧系統(tǒng)為下述的方案，其中，由軸承(11)和這些軸承的支承系統(tǒng)(傳感器預(yù)壓彈簧(13)、軸承外殼等)構(gòu)成的合成彈簧與電磁鐵(7)的彈簧并列。在該彈簧系統(tǒng)中，由軸承(11)這些軸承的支承系統(tǒng)構(gòu)成的合成彈簧具有沿與位移方向相反的方向與位移量成比例而作用的剛性，相對該情況，電磁鐵(7)的彈簧具有沿位移方向與位移量成比例作用的負(fù)的剛性。由此，在上述合成彈簧和電磁鐵的彈簧的剛性的大小關(guān)系為合成彈簧的剛性< 電磁鐵的負(fù)的剛性值 ......(I)機械系統(tǒng)的相位延遲180°，形成不穩(wěn)定的系統(tǒng)，由此，在控制電磁鐵(7)的控制器(6)中，必須預(yù)先附加相位補償電路，控制器(6)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。于是，在該實施形態(tài)的磁軸承裝置中，上述合成彈簧的剛性和電磁鐵(7)的彈簧的剛性的大小關(guān)系為合成彈簧的剛性> 電磁鐵的負(fù)的剛性值 ......(2)像那樣，通過設(shè)定上述合成彈簧和電磁鐵的彈簧的剛性的大小關(guān)系，可防止在控制頻帶，機械系統(tǒng)的相位延遲180°的情況。由此，可使控制器(6)的控制對象穩(wěn)定，可像圖3那樣，按照比例，或比例積分簡單地構(gòu)成控制器(6)的電路結(jié)構(gòu)。在由方框圖所示的圖3的控制器(6)中，通過傳感器輸出運算電路(14)，對各傳感器(9)的檢測輸出P1、P2進行加減法運算，通過比較器(15)，將該運算結(jié)果與基準(zhǔn)設(shè)定機構(gòu)(16)的目標(biāo)值相比較，對偏差進行運算，還通過PI補償電路(或P補償電路)(17)，對已運算的偏差，進行磁軸承裝置(I)相對應(yīng)而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定的比例積分(或比例)處理，由此，對電磁鐵(9)的控制信號進行運算。PI補償電路(或P補償電路)(17)的輸出經(jīng)由二極管(18)、(19)，輸入到驅(qū)動各向的電磁鐵(7a)、(7b)的電源電路(20)、(21)中。電磁鐵(7a), (7b)為與圖2所示的推力板(8)面對的一對電磁鐵(7)，只作用有吸引力，由此，預(yù)先通過二極管(18)、(19)確定電流的方向，有選擇地驅(qū)動2個電磁鐵(7a)、(7b)。
像這樣，在適用于磁軸承裝置I的實施形態(tài)中，由于像(2)式那樣設(shè)定上述合成彈簧和電磁鐵(7)的彈簧的負(fù)的剛性的大小關(guān)系，故可形成使控制器￠)的控制對象穩(wěn)定的方案，可使控制器出)的電路方案為比例或比例積分的簡單的方案。
權(quán)利要求1.一種新型的帶磁軸承裝置的核主泵，包括磁軸承裝置(I)、主軸(2)、葉輪(3)、定子上蓋板(4)、主軸外殼(5)、控制器(6)、電磁鐵(7)、凸緣狀推力板(8)、軸向力傳感器(9)、軸承外殼(10)、滾動軸承(11)、迷宮式密封(12)、彈簧(13)、電機(14)，上述的磁軸承裝置，采用滾動軸承和磁軸承組合裝置，其特征在于其適用于主軸(2)的支承，該主軸通過電機(14)帶動核主泵葉輪(3)對流體做功。
專利摘要本實用新型的目的在于提供一種新型的帶磁軸承裝置的核主泵，包括磁軸承裝置(1)、主軸(2)、葉輪(3)、定子上蓋板(4)、主軸外殼(5)、控制器(6)、電磁鐵(7)、凸緣狀推力板(8)、軸向力傳感器(9)、軸承外殼(10)、滾動軸承(11)、迷宮式密封(12)、彈簧(13)、電機(14)，上述的磁軸承裝置，采用滾動軸承和磁軸承組合裝置，其適用于主軸(2)的支承，該主軸通過電機(14)帶動核主泵葉輪(3)對流體做功。通過磁軸承裝置，實現(xiàn)了核主泵軸承機械磨損小、耗功低、壽命長、精度高等性能。
文檔編號F04D29/048GK202628594SQ20122008390
公開日2012年12月26日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者付強, 朱榮生, 王秀禮, 龍云 申請人:江蘇大學(xué)