一种弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承及其工作方法

本发明涉及液体火箭涡轮泵轴系支撑，具体而言，尤其涉及一种弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承及其工作方法。

背景技术：

1、液体火箭是目前人类进行太空宇航活动最重要的运载工具，而超导磁轴承是液体火箭的火箭涡轮泵轴系支撑的重要承载工具，在高速运行的系统中为转轴提供支撑，并且能够极大地减少运行摩擦损耗；随着高温超导材料的出现，超导技术得到了快速发展，高温超导磁悬浮轴承逐渐的受到更多关注，高温超导磁悬浮轴承通常由永磁转子和超导定子组成，超导体在低温环境下进入超导态，永磁转子在冷却过程中对超导体进行磁化，受迈斯纳效应和磁通钉扎的影响，高温超导轴承形成悬浮状态，起到一定的承载能力。

2、现有的超导磁浮轴承启停阶段超导钉扎悬浮场单独承载、高速工作阶段与动压流场协同承载，实现了磁液双悬浮的服役效果，理论上解决了国际上液膜轴承方案普遍存在的启停阶段摩擦磨损严重的问题；然而，火箭涡轮泵在高速运转过程中，其本身的振动非常强烈，导致整个系统稳定性和承载能力不足，同时轴承的使用寿命也大大降低。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承及其工作方法。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，包括转子和轴承座，还包括若干可倾瓦块、超导组件以及套装在转子外部的永磁环，所述永磁环的外部沿周向设置若干可倾瓦块，所述若干可倾瓦块均连接在轴承座的内侧；

4、所述超导组件包括扇形超导体和耐磨层，所述扇形超导体安装在可倾瓦块的内部，所述耐磨层涂在可倾瓦块上靠近永磁环的内侧。

5、进一步地，所述轴承座与可倾瓦块之间连接有波形弹簧，所述波形弹簧连接在可倾瓦块上远离永磁环的外表面。

6、进一步地，所述耐磨层的材质为高强度金属材料，所述高强度金属材料至少包括铝合金。

7、进一步地，所述可倾瓦块的内部为中空结构，由非磁性材料制作而成，所述非磁性材料至少包括黄铜。

8、进一步地，所述轴承座的上下两侧分别设置有排气口和充氮口，所述排气口和充氮口均与转子和轴承座间的空间相连通。

9、进一步地，所述扇形超导体通过螺栓和定位销固定在可倾瓦块内部。

10、进一步地，所述扇形超导体为第二类高温超导体。

11、本发明还提供了一种弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承的工作方法，包括如下步骤：

12、s1、在工作时低温工作介质通过充氮口进入轴承内部，同时内部空气通过排气口排出，工作时整个轴承完全浸泡于低温工作介质中，低温工作介质同时起到润滑和对超导组件冷却的作用；

13、s2、启动后转子转动，套装在转子上的永磁环，为扇形超导体和耐磨层提供稳定的外磁场，耐磨层用于有效减少轴承在启停过程中的磨损，从而使轴承寿命增加；并且，可倾瓦块和轴承座中间的波形弹簧同时起到轴向减载和径向减载，使整个轴承更加稳定可靠。

14、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

15、1、本发明永磁环的外部沿周向设置有若干可倾瓦块，可倾瓦块本身自适应摆动且增加稳定性。

16、2、本发明通过在可倾瓦块内侧涂耐磨层，可以有效的减少轴承在启停过程中的接触摩擦磨损，从而使轴承寿命增加。

17、3、本发明通过在轴承座和可倾瓦块之间安装有波形弹簧，从而起到弹性支承减振增稳的作用，可以起到轴向减载和径向减载，使整个轴承更加稳定可靠。

18、4、本发明通过在转子的外部套装永磁环，从而为扇形超导体和超导涂层提供稳定的外磁场。

19、基于上述理由本发明可在航空航天等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，包括转子(01)和轴承座(07)，其特征在于，还包括若干可倾瓦块(03)、超导组件以及套装在转子(01)外部的永磁环(05)，所述永磁环(05)的外部沿周向设置若干可倾瓦块(03)，所述若干可倾瓦块(03)均连接在轴承座(07)的内侧；

2.根据权利要求1所述的弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，其特征在于，所述轴承座(07)与可倾瓦块(03)之间连接有波形弹簧(02)，所述波形弹簧(02)连接在可倾瓦块(03)上远离永磁环(05)的外表面。

3.根据权利要求1所述的弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，其特征在于，所述耐磨层(11)的材质为高强度金属材料，所述高强度金属材料至少包括铝合金。

4.根据权利要求1所述的弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，其特征在于，所述可倾瓦块(03)的内部为中空结构，由非磁性材料制作而成，所述非磁性材料至少包括黄铜。

5.根据权利要求1所述的弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，其特征在于，所述轴承座(07)的上下两侧分别设置有排气口(11)和充氮口(10)，所述排气口(11)和充氮口(10)均与转子(01)和轴承座(07)间的空间相连通。

6.根据权利要求1所述的弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，其特征在于，所述扇形超导体(09)通过螺栓和定位销(04)固定在可倾瓦块(03)内部。

7.根据权利要求1或6所述的弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承，其特征在于，所述扇形超导体(09)为第二类高温超导体。

8.一种如权利要求1-7任意一项权利要求所述的弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供一种弹支超导可倾瓦磁液悬浮轴承及其工作方法，包括转子和轴承座，还包括若干可倾瓦块、超导组件以及套装在转子外部的永磁环，所述永磁环的外部沿周向设置若干可倾瓦块，所述若干可倾瓦块均连接在轴承座的内侧；所述超导组件包括扇形超导体和耐磨层，所述扇形超导体安装在可倾瓦块的内部，所述耐磨层涂在可倾瓦块上靠近永磁环的内侧。本发明实现轴承动力稳定性大幅提高，延长轴承的使用寿命，可倾瓦块可增加稳定性，波形弹簧起到减振作用。技术研发人员：金英泽,乔景生,张嘉琪,牛秋莉,曲元鹏受保护的技术使用者：大连海事大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23