本實(shí)用新型涉及高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械（包括離心壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)、MVR蒸汽壓縮機(jī)、余熱回收膨脹機(jī)、化工介質(zhì)壓縮機(jī)等）的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種超高轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速超過50000RPM）的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械例如離心壓縮機(jī)的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械將電機(jī)功能與齒輪增速傳動(dòng)在結(jié)構(gòu)上融為一體，由高速電機(jī)主軸直接帶動(dòng)透平葉輪，并用電磁懸浮軸承或者空氣懸浮軸承支撐轉(zhuǎn)子。透平離心壓縮機(jī)為了獲得更高壓力的壓縮氣體，須提升葉輪的線速度，也就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的齒輪增速離心壓縮機(jī)只能通過增大齒輪傳動(dòng)比提升轉(zhuǎn)速，但由于結(jié)構(gòu)限制，以及油膜滑動(dòng)軸承的線速度過大將導(dǎo)致潤滑油失效，因而機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提升有限。

高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)由高速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)子，同時(shí)用無接觸的電磁懸浮軸承或空氣懸浮軸承支撐轉(zhuǎn)子，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提升空間很大，葉輪的線速度提高對(duì)應(yīng)可獲得更高壓力的壓縮氣體，因此，有效提升高速轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的性能和排氣壓力，而轉(zhuǎn)子的剛性決定了轉(zhuǎn)速提升空間的大小。

目前常用的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可參見圖1，圖中標(biāo)記11為電機(jī)轉(zhuǎn)子部分，12為轉(zhuǎn)子光軸，轉(zhuǎn)子中間電機(jī)部分比較粗，兩端軸承位置的軸徑比較細(xì)，整體轉(zhuǎn)子的剛性比較差。一方面，該類型轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子一階、二階彎曲臨界轉(zhuǎn)速比較小，對(duì)于較高壓力要求的壓縮機(jī)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也比較高，這樣轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速容易運(yùn)行在一、二階彎曲臨界之間或者二階彎曲臨界之上，因而轉(zhuǎn)子升速過程需要跨越一階彎曲臨界或者一、二階彎曲臨界。由于電磁懸浮軸承或者空氣懸浮軸承的剛度和阻尼都不大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子跨越彎曲臨界的難度加大很多，這樣轉(zhuǎn)子啟動(dòng)升速過程存在很多困難，且轉(zhuǎn)子的振動(dòng)也比較大。另一方面，如果加粗轉(zhuǎn)子增大轉(zhuǎn)子剛性，轉(zhuǎn)子中間電機(jī)部分由于比較粗，對(duì)應(yīng)的線速度就會(huì)非常高，對(duì)材料、工藝的要求就會(huì)更苛刻，甚至無法保證轉(zhuǎn)子的安全性。

有鑒于此，該領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研發(fā)一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以解決高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在高轉(zhuǎn)速要求下的轉(zhuǎn)子剛性問題，以及解決高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子電機(jī)部分線速度過高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的任務(wù)是提供一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，通過增大轉(zhuǎn)子直徑以提高轉(zhuǎn)子的剛性，并通過減小轉(zhuǎn)子的電機(jī)部分直徑以降低或者減緩對(duì)應(yīng)線速度的增大，解決高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子剛性問題以及高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子電機(jī)部分線速度過高的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：

一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，它包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子光軸、定子和支撐軸承，整個(gè)高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為等直徑的軸，從位于中間的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分直徑到位于兩側(cè)的轉(zhuǎn)子光軸直徑的尺寸相同，改變現(xiàn)有轉(zhuǎn)子中間電機(jī)部分直徑粗大、兩端軸承位置軸徑細(xì)小的結(jié)構(gòu)；

所述高速轉(zhuǎn)子中間的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的外圍設(shè)置高速電機(jī)定子，位于高速轉(zhuǎn)子兩側(cè)的轉(zhuǎn)子光軸由支撐軸承支撐，高速轉(zhuǎn)子兩端分別連接一級(jí)透平葉輪和二級(jí)透平葉輪；

所述高速轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)通過增大轉(zhuǎn)子直徑以提高轉(zhuǎn)子剛性，同時(shí)通過減小轉(zhuǎn)子的電機(jī)部分直徑以降低或者減緩對(duì)應(yīng)線速度的增大。

所述高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分由永磁電機(jī)的永磁體及表面護(hù)套組成。

所述高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分由感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分組成。

采用本實(shí)用新型的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，能夠解決高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子電機(jī)部分線速度過高的問題，降低材料要求及工藝要求，降低設(shè)計(jì)制造成本，并提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行的安全性。

本實(shí)用新型的基本思想是通過增大轉(zhuǎn)子直徑以提高轉(zhuǎn)子的剛性，并通過減小轉(zhuǎn)子的電機(jī)部分直徑以降低或者減緩對(duì)應(yīng)線速度的增大。轉(zhuǎn)子剛性增大，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速也增大，這樣轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在高轉(zhuǎn)速區(qū)域的空間也增大。

本實(shí)用新型的整體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為等直徑的軸，或者近似等直徑的軸（轉(zhuǎn)子整體外徑變化比較?。?，對(duì)高轉(zhuǎn)速要求的轉(zhuǎn)子可增大轉(zhuǎn)子直徑，同時(shí)轉(zhuǎn)子電機(jī)部分的線速度不會(huì)增大過多。

本實(shí)用新型的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可滿足高轉(zhuǎn)速離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)要求，使轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速運(yùn)行在亞臨界區(qū)域（轉(zhuǎn)速?zèng)]有超過一階彎曲臨界），或者盡可能少的超過彎曲臨界，降低高速電機(jī)直驅(qū)的離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)升速過程的難度，并減小轉(zhuǎn)子振動(dòng)，提升機(jī)組運(yùn)行的安全性。

本實(shí)用新型的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可用于更高壓縮壓力的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子剛性的提升，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以更高，這樣轉(zhuǎn)子兩端葉輪的轉(zhuǎn)速提高，壓縮機(jī)的排氣壓力也增大，可實(shí)現(xiàn)更高排氣壓力的高速直驅(qū)離心壓縮機(jī)。

附圖說明

圖1為目前常用的高速電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例示意圖。

附圖標(biāo)記：

圖1中：11為電機(jī)轉(zhuǎn)子部分，12為轉(zhuǎn)子光軸。

1為高速轉(zhuǎn)子，2為轉(zhuǎn)子光軸，3為高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分（永磁電機(jī)的永磁體及表面護(hù)套，或者感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分），4為高速電機(jī)定子，5為支撐軸承，6為一級(jí)透平葉輪，7為二級(jí)透平葉輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。

參看圖2和圖3，本實(shí)用新型的一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是由轉(zhuǎn)子光軸2、高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分3、高速電機(jī)定子4、支撐軸承5、一級(jí)透平葉輪6和二級(jí)透平葉輪7組成。

整個(gè)高速轉(zhuǎn)子1結(jié)構(gòu)為等直徑的軸，從位于中間的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分3直徑到位于兩側(cè)的轉(zhuǎn)子光軸2直徑的尺寸相同，改變現(xiàn)有轉(zhuǎn)子中間電機(jī)部分直徑粗大、兩端軸承位置軸徑細(xì)小的結(jié)構(gòu)。

如圖2和圖3所示，高速轉(zhuǎn)子1中間的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分3的外圍設(shè)置高速電機(jī)定子4，位于高速轉(zhuǎn)子1兩側(cè)的轉(zhuǎn)子光軸2由支撐軸承5支撐，高速轉(zhuǎn)子1兩端分別連接一級(jí)透平葉輪6和二級(jí)透平葉輪7。

高速轉(zhuǎn)子1的結(jié)構(gòu)通過增大轉(zhuǎn)子直徑以提高轉(zhuǎn)子剛性，同時(shí)通過減小轉(zhuǎn)子的電機(jī)部分直徑以降低或者減緩對(duì)應(yīng)線速度的增大。

圖2中，高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分3是由感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分組成。

圖3中，高速電機(jī)轉(zhuǎn)子部分3是由永磁電機(jī)的永磁體及表面護(hù)套組成。

本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)要點(diǎn)為軸承處的轉(zhuǎn)子直徑尺寸與電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的外徑尺寸相近，使轉(zhuǎn)子整體保持相同外徑尺寸或者近似相同外徑尺寸，使轉(zhuǎn)子整體剛性較好。

本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成相同外徑尺寸或者近似相同外徑尺寸，這樣高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)即使需要更高的轉(zhuǎn)速要求，通過增大轉(zhuǎn)子外徑仍能保持較好剛性，轉(zhuǎn)子的剛性臨界轉(zhuǎn)速與彎曲臨界轉(zhuǎn)速之間有較大的轉(zhuǎn)速空間，轉(zhuǎn)子運(yùn)行轉(zhuǎn)速在亞臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，或一彎與二彎臨界轉(zhuǎn)速之間，解決轉(zhuǎn)子升速、轉(zhuǎn)子振動(dòng)問題及運(yùn)行安全性，降低轉(zhuǎn)子材料及工藝要求，提供一種更加穩(wěn)定可靠的解決方案。

綜上所述，采用本實(shí)用新型的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，能夠解決高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子電機(jī)部分線速度過高的問題，降低材料要求及工藝要求，降低設(shè)計(jì)制造成本，并提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行的安全性。

本實(shí)用新型的超高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可用于更高壓縮壓力的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子剛性的提升，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以更高，這樣轉(zhuǎn)子兩端葉輪的轉(zhuǎn)速提高，壓縮機(jī)的排氣壓力也增大，可實(shí)現(xiàn)更高排氣壓力的高速直驅(qū)離心壓縮機(jī)。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。