本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組。

背景技術(shù)：

多年前我國(guó)就采用了水輪，用于提灌和糧食加工等；現(xiàn)代水輪機(jī)則大多數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，現(xiàn)在已經(jīng)形成了比較成熟的水力發(fā)電技術(shù)；在大中型水力發(fā)電機(jī)組中基本上采用立軸結(jié)構(gòu)，立式水輪發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過主軸連接在一起，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量是通過主軸、推力軸承傳遞給機(jī)座，然后傳遞給基礎(chǔ)；由于水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量很大，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，存在機(jī)械摩擦和機(jī)械老化問題；特別是長(zhǎng)期重負(fù)狀態(tài)下的摩擦引起的機(jī)械磨損和發(fā)熱問題非常突出，為此，大型水輪發(fā)電機(jī)組承重系統(tǒng)中對(duì)承重軸承有非常嚴(yán)格的要求，為了解決這些問題，各發(fā)電廠只好安排定期維護(hù)、小修、大修和臨時(shí)缺陷處理，這些檢修中對(duì)各軸承修理的工作量最大，因而生產(chǎn)成本與運(yùn)行維護(hù)成本很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組，該磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組通過在發(fā)電機(jī)軸上、下兩端設(shè)置有磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導(dǎo)定位軸承、磁懸浮下導(dǎo)定位軸承，使水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分懸浮于空中，使水輪發(fā)電機(jī)組在沒有任何機(jī)械摩擦的情況下運(yùn)行，避免軸承機(jī)械摩擦，提高發(fā)電機(jī)組效率電機(jī)，降低了生產(chǎn)成本與運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組，包括水輪機(jī)、安裝在水輪機(jī)上方的發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)和磁懸浮機(jī)構(gòu)；

所述發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)下支架、固定在發(fā)電機(jī)下支架上的發(fā)電機(jī)殼體和固定在發(fā)電機(jī)殼體上的發(fā)電機(jī)上支架，所述發(fā)電機(jī)殼體內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)軸、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)定子，所述發(fā)電機(jī)殼體頂部設(shè)置有發(fā)電機(jī)蓋板；

所述發(fā)電機(jī)蓋板上設(shè)置有推力軸承座底板和推力軸承座，所述推力軸承座內(nèi)設(shè)置有套裝在發(fā)電機(jī)軸上的推力頭，所述推力頭頂部連接有勵(lì)磁機(jī)；

所述勵(lì)磁機(jī)包括與推力頭連接的勵(lì)磁機(jī)法蘭盤和套裝在勵(lì)磁機(jī)法蘭盤內(nèi)的勵(lì)磁機(jī)軸；

所述水輪機(jī)包括水輪機(jī)蝸殼、設(shè)置在水輪機(jī)蝸殼頂部的水輪機(jī)頂蓋、水輪機(jī)蝸殼內(nèi)部的水輪機(jī)導(dǎo)葉、水輪機(jī)軸和套裝在水輪機(jī)軸上的水輪機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)軸頂部延伸出水輪機(jī)頂蓋與發(fā)電機(jī)軸固定連接；

所述磁懸浮機(jī)構(gòu)包括套裝在推力頭上的磁懸浮上導(dǎo)定位軸承，通過下導(dǎo)軸承滑轉(zhuǎn)子套裝在發(fā)電機(jī)軸下端的磁懸浮下導(dǎo)定位軸承、套裝在發(fā)電機(jī)軸上的磁懸浮推力軸承和套裝在水輪機(jī)軸上的磁懸浮水輪機(jī)定位軸承；

所述磁懸浮推力軸承包括支承在推力軸承座底板上的推力磁懸浮軸承下瓦支承板、設(shè)置在推力磁懸浮軸承下瓦支承板上的推力磁懸浮軸承下瓦和與推力磁懸浮軸承下瓦對(duì)應(yīng)平行設(shè)置的推力磁懸浮軸承上瓦，所述推力頭底部支承在推力磁懸浮軸承上瓦上。

進(jìn)一步，所述磁懸浮推力軸承上瓦與磁懸浮推力軸承下瓦之間有的間隙設(shè)置為5～10mm。

進(jìn)一步，所述磁懸浮推力軸承上瓦設(shè)置為強(qiáng)力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結(jié)構(gòu)，所述磁懸浮推力軸承下瓦設(shè)置為強(qiáng)力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述推力頭上設(shè)置有用于使直流助磁線圈跟隨永久磁鐵旋轉(zhuǎn)的磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈滑環(huán)。

進(jìn)一步，所述磁懸浮上導(dǎo)定位軸承包括上導(dǎo)磁懸浮軸承軸頸和套裝在上導(dǎo)磁懸浮軸承軸頸周圍的上導(dǎo)磁懸浮軸承軸瓦；所述磁懸浮下導(dǎo)定位軸承包括下導(dǎo)軸承磁懸浮軸瓦和套裝在下導(dǎo)軸承磁懸浮軸瓦周圍的下導(dǎo)軸承磁懸浮軸頸。

進(jìn)一步，在所述磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導(dǎo)定位軸承、磁懸浮下導(dǎo)定位軸承和水輪機(jī)軸承的空腔內(nèi)設(shè)置有直流助磁線圈，所述直流助磁線圈均設(shè)置有+X、-X，+Y、-Y方向供電加磁，所述磁懸浮上導(dǎo)定位軸承、磁懸浮下導(dǎo)定位軸承處及水輪機(jī)定位軸承上部均設(shè)置有速度傳感器。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組通過在發(fā)電機(jī)軸上、下兩端設(shè)置有磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導(dǎo)定位軸承、磁懸浮下導(dǎo)定位軸承，使水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分懸浮于空中，使水輪發(fā)電機(jī)組在沒有任何機(jī)械摩擦的情況下運(yùn)行，避免軸承機(jī)械摩擦，提高發(fā)電機(jī)組效率電機(jī)，降低了生產(chǎn)成本與運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2、本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組通過在在磁懸浮推力軸承上瓦的空腔內(nèi)設(shè)置有直流助磁線圈與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈并聯(lián)，使其電流隨發(fā)電機(jī)電壓的變化而變化；在磁懸浮推力軸承下瓦；磁懸浮上導(dǎo)定位軸承、磁懸浮下導(dǎo)定位軸承的的空腔內(nèi)均設(shè)置有直流助磁線圈，其設(shè)置方向?yàn)?X、-X，+Y、-Y方向；由專門的直流電源通過可控硅二極管供電；由安裝在發(fā)電機(jī)上部、下部定位軸承上部的傳感器、紅外線等檢測(cè)裝置檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)組的中心的變化信號(hào)通過計(jì)算機(jī)控制可控硅改變線圈中電流的大小和方向以改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，保持水輪發(fā)電機(jī)組在最佳設(shè)計(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組中推力軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組中推力軸承第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組中推力軸承第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組中推力軸承第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組中推力軸承第四種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組中導(dǎo)向軸承軸頸和軸瓦的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-勵(lì)磁機(jī)軸；2-磁懸浮上導(dǎo)定位軸承；3-推力軸承座；4-磁懸浮推力軸承；5-推力軸承座底板；6-發(fā)電機(jī)上支架；7-發(fā)電機(jī)蓋板；8-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；9-發(fā)電機(jī)定子；10-發(fā)電機(jī)殼體；11-剎車裝置；12-磁懸浮下導(dǎo)定位軸承；13-發(fā)電機(jī)軸；14-勵(lì)磁機(jī)法蘭盤；15-推力頭；16-上導(dǎo)磁懸浮軸承軸頸；17-上導(dǎo)磁懸浮軸承軸瓦；18-推力磁懸浮軸承上瓦；19-推力磁懸浮軸承下瓦；20-推力磁懸浮軸承下瓦支承板；21-發(fā)電機(jī)下支架；22-下導(dǎo)軸承磁懸浮軸瓦；23-下導(dǎo)軸承磁懸浮軸頸；24-下導(dǎo)軸承滑轉(zhuǎn)子；25-水輪機(jī)軸；26-磁懸浮水輪機(jī)定位軸承；27-水輪機(jī)蝸殼；28-水輪機(jī)轉(zhuǎn)子；29-水輪機(jī)導(dǎo)葉；30-補(bǔ)氣管；31-磁懸浮水輪機(jī)導(dǎo)軸承軸頸；32-磁懸浮水輪機(jī)導(dǎo)軸承軸瓦；33-水輪機(jī)頂蓋；34-尾水管；35-擋油圈；36-卡環(huán)；37-磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈滑環(huán)；38-磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈；39-磁懸浮推力軸承下瓦直流助磁線圈；40-磁懸浮推力軸承上瓦支持板；41-下導(dǎo)軸承盒；42-水冷卻器；43-計(jì)算機(jī)；44-上導(dǎo)軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；45-推力軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；46-下導(dǎo)軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；47—水導(dǎo)軸承+X，-X；+Y，-Y傳感器；48-上導(dǎo)軸承控制線圈；49-推力軸承控制線圈；50-下導(dǎo)軸承控制線圈；51-水導(dǎo)軸承控制線圈。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示為本發(fā)明磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組中推力軸承上瓦和下瓦結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明一種磁懸浮水輪發(fā)電機(jī)組，包括水輪機(jī)、安裝在水輪機(jī)上方的發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)和磁懸浮機(jī)構(gòu)；

所述發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)下支架21、固定在發(fā)電機(jī)下支架21上的發(fā)電機(jī)殼體10和固定在發(fā)電機(jī)殼體10上的發(fā)電機(jī)上支架6，所述發(fā)電機(jī)殼體10內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)軸13、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子8和發(fā)電機(jī)定子9，所述發(fā)電機(jī)殼體10頂部設(shè)置有發(fā)電機(jī)蓋板7；

所述發(fā)電機(jī)蓋板7上設(shè)置有推力軸承座底板5和推力軸承座3，所述推力軸承座3內(nèi)設(shè)置有套裝在發(fā)電機(jī)軸13上的推力頭15，所述推力頭15頂部連接有勵(lì)磁機(jī)27；

所述勵(lì)磁機(jī)27包括與推力頭15連接的勵(lì)磁機(jī)法蘭盤14和套裝在勵(lì)磁機(jī)法蘭盤14內(nèi)的勵(lì)磁機(jī)軸1，發(fā)電機(jī)軸13與勵(lì)磁機(jī)法蘭盤14之間設(shè)置有卡環(huán)36，；

所述水輪機(jī)包括水輪機(jī)蝸殼27、設(shè)置在水輪機(jī)蝸殼27頂部的水輪機(jī)頂蓋33、水輪機(jī)蝸殼27內(nèi)部的水輪機(jī)導(dǎo)葉29、水輪機(jī)軸25和套裝在水輪機(jī)軸25上的水輪機(jī)轉(zhuǎn)子28、水輪機(jī)軸25頂部延伸出水輪機(jī)頂蓋與發(fā)電機(jī)軸13固定連接，所述水輪機(jī)蝸殼內(nèi)設(shè)置有補(bǔ)氣管30和尾水管34；

所述磁懸浮機(jī)構(gòu)包括套裝在推力頭15上的磁懸浮上導(dǎo)定位軸承2，通過下導(dǎo)軸承滑轉(zhuǎn)子24套裝在發(fā)電機(jī)軸13下端的磁懸浮下導(dǎo)定位軸承12、套裝在發(fā)電機(jī)軸13上的磁懸浮推力軸承4和套裝在水輪機(jī)軸上的磁懸浮水輪機(jī)定位軸承26，推力頭15內(nèi)與發(fā)電機(jī)軸13之間間隙處設(shè)置有擋油圈35，推力軸承座3內(nèi)設(shè)置有水冷卻器42，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子8底部設(shè)置有剎車裝置11；磁懸浮水輪機(jī)定位軸承26包看磁懸浮水輪機(jī)導(dǎo)軸承軸頸31和磁懸浮水輪機(jī)導(dǎo)軸承軸瓦32。

所述磁懸浮推力軸承4包括支承在推力軸承座底板5上的推力磁懸浮軸承下瓦支承板20、設(shè)置在推力磁懸浮軸承下瓦支承板20上的推力磁懸浮軸承下瓦19和與推力磁懸浮軸承下瓦19對(duì)應(yīng)平行設(shè)置的推力磁懸浮軸承上瓦18，所述推力頭15底部支承在推力磁懸浮軸承上瓦18上，推力磁懸浮軸承下瓦支承板20和推力磁懸浮軸承上瓦18是兩個(gè)強(qiáng)力磁鐵，間隙間兩個(gè)強(qiáng)力磁鐵具有同名磁性，(S極或N極)根據(jù)兩個(gè)磁鐵同極相斥原理，這個(gè)相斥力克服水輪發(fā)電機(jī)和水輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量和水的推力，讓整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組懸浮于一定空中，使水輪發(fā)電機(jī)組在軸向沒有機(jī)械摩擦力下運(yùn)行。

進(jìn)一步，所述磁懸浮推力軸承上瓦18與磁懸浮推力軸承下瓦19之間有的間隙設(shè)置為5～10mm，磁懸浮上導(dǎo)軸承軸頸16與磁懸浮上導(dǎo)軸承軸瓦17之間有5～10mm的間隙，所述磁懸浮推力軸承上瓦與推力頭15之間設(shè)置有磁懸浮推力軸承上瓦支承板40，磁懸浮下導(dǎo)定位軸承的作用是：固定機(jī)組中心，使機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分?jǐn)[幅在一定范圍內(nèi)，磁懸浮下導(dǎo)軸承軸頸23與磁懸浮下導(dǎo)軸承軸瓦22之間有5～10mm的間隙，磁懸浮下導(dǎo)軸承軸瓦22固定在下導(dǎo)盒41上，磁懸浮下導(dǎo)定位軸承的作用是：固定機(jī)組中心，使機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分?jǐn)[幅在一定范圍內(nèi)。

進(jìn)一步，如圖3-圖6所示，優(yōu)選的所述磁懸浮推力軸承上瓦18設(shè)置為強(qiáng)力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結(jié)構(gòu)，所述磁懸浮推力軸承下瓦19設(shè)置為強(qiáng)力磁鐵或者永久磁鐵和直流助磁線圈組合結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中磁懸浮推力軸承有以下幾種配置方式：

1、全永久磁鐵磁懸浮推力軸承；

2、上瓦為永久磁鐵；下瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈的磁懸浮推力軸承；

3、上瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈，但直流助磁線圈不跟隨永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，下瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈的磁懸浮推力軸承；

4、上瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈，且直流助磁線圈跟隨永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，通過滑環(huán)輸入直流電流，此助磁電流也可以由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流提供，這樣還可以隨發(fā)電機(jī)的電壓的變化而變化；下瓦為永久磁鐵+直流助磁線圈的磁懸浮推力軸承；

其中通過磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈38和磁懸浮推力軸承下瓦直流助磁線圈39，可以調(diào)節(jié)直流助磁線圈中電流的大小來調(diào)節(jié)上、下瓦斥力的大小，使間隙發(fā)生變化，通過傳感器、電腦自動(dòng)控制使水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行于最佳狀態(tài)。

進(jìn)一步，優(yōu)選的所述推力頭15上設(shè)置有用于使直流助磁線圈跟隨永久磁鐵旋轉(zhuǎn)的磁懸浮推力軸承上瓦直流助磁線圈滑環(huán)37。

進(jìn)一步，如圖7所示，優(yōu)選的所述磁懸浮上導(dǎo)定位軸承2包括上導(dǎo)磁懸浮軸承軸頸16和套裝在上導(dǎo)磁懸浮軸承軸頸16周圍的上導(dǎo)磁懸浮軸承軸瓦17；所述磁懸浮下導(dǎo)定位軸承12包括下導(dǎo)軸承磁懸浮軸瓦23和套裝在下導(dǎo)軸承磁懸浮軸瓦23周圍的下導(dǎo)軸承磁懸浮軸頸22，。

進(jìn)一步，優(yōu)選的在所述磁懸浮推力軸承、磁懸浮上導(dǎo)定位軸承、磁懸浮下導(dǎo)定位軸承的空腔內(nèi)設(shè)置有直流助磁線圈，所述直流助磁線圈均設(shè)置有+X、-X，+Y、-Y方向供電加磁，所述磁懸浮上導(dǎo)定位軸承、磁懸浮下導(dǎo)定位軸承處設(shè)置有速度傳感器，本實(shí)施例采用磁懸浮技術(shù)，取消了機(jī)械軸承，就不存在軸承磨損問題；針對(duì)隨著發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化、永磁體雌性的變化，其間隙間的距離也要發(fā)生變化，這將引起發(fā)電機(jī)中心發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)就不能保持在理想中心下運(yùn)行的技術(shù)問題，該結(jié)構(gòu)在磁懸浮上導(dǎo)定位軸承上瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器44；在磁懸力軸承下瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器45；在磁懸浮上導(dǎo)定位軸承下瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器46；在磁懸浮水導(dǎo)軸承瓦的+X，-X；+Y，-Y方向裝傳感器47，取得的信號(hào)送給計(jì)算機(jī)43處理后分別控制供給上導(dǎo)軸承控制線圈48、推力軸承控制線圈49、下導(dǎo)軸承控制線圈50、水導(dǎo)軸承控制線圈51的直流電源的電壓；直流助磁線圈的電流隨發(fā)電機(jī)電壓的變化而變化；由專門的直流電源通過可控硅二極管供電；由安裝在發(fā)電機(jī)上部、下部定位軸承上部的傳感器、紅外線等檢測(cè)裝置檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)組的中心的變化信號(hào)通過計(jì)算機(jī)控制可控硅改變線圈中電流的大小和方向以改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，保持水輪發(fā)電機(jī)組在最佳設(shè)計(jì)狀態(tài)下運(yùn)行，。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。