Магнитная опора ротора турбомашины



Магнитная опора ротора турбомашины
Магнитная опора ротора турбомашины

 


Владельцы патента RU 2549736:

Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками для энергетических установок. Магнитная опора ротора турбомашины включает в себя корпус (1) с установленными в нем радиальным активным магнитным подшипником (2) и осевым электромагнитом (3), страховочный шариковый подшипник (4), установленный на валу (5) и закрепленный внешним кольцом (6) в корпусе (7). Между торцами электромагнита (3) и внутреннего кольца (8) подшипника (4) образован зазор, а посадочные поверхности (9, 10) кольца (8) и вала (5) выполнены коническими. Подшипник (4) выполнен с возможностью осевого смещения посредством электромагнита (3), с образованием зазора между посадочными поверхностями (9, 10) кольца (8) и вала (5). Со стороны электромагнита (3) между торцами корпуса (1) и внешнего кольца (6) установлена осевая пружина (11), а с противоположенной стороны на корпусе (1) установлен торцевой упор (12). Технический результат: повышение надежности работы опоры в целом за счет снижения/исключения ударных нагрузок на страховочный подшипник при отсутствии подачи электрического питания на радиальный активный магнитный подшипник. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками для энергетических установок.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана магнитная опора компрессора, содержащая корпус с установленными в нем радиальным активными магнитными подшипниками и осевыми электромагнитами, страховочными подшипниками, установленными с зазорами (см. RU 2251033 С2, опубл. 20.12.04, МПК F16C 32/04).

В известном техническом решении страховочный подшипник установлен с гарантированным внешним радиальным зазором по внутреннему кольцу. В период выбега в зависимости от вида движения ротора внутри внешнего зазора нагрузка на страховочные подшипники может превысить допустимые пределы. Инерционные силы, воздействующие на комплект тел качения и сепаратор при падении ротора на страховочные подшипники, могут привести к резкому возрастанию тепловых потерь в страховочных подшипниках и его заклиниванию. Ротор, войдя в соприкосновение с подшипником, под действием сил сухого трения начинает прецессировать с возрастающей скоростью в сторону, противоположенную вращению, скользя по поверхности подшипника. При этом возможен выход ротора на обкат и в худшем случае на обратное прецессионное движение, что приводит к высоким резонансным нагрузкам (вибрациям). Движение ротора при этом может сопровождаться ударами. После этого требуется замена страховочных подшипников, приводящая к финансовым затратам.

Задачей заявленного изобретения является создание магнитной опоры ротора турбомашины, лишенной вышеприведенных недостатков.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является повышение надежности работы опоры в целом за счет снижения/исключения ударных нагрузок на страховочный подшипник при отсутствии подачи электрического питания на радиальный активный магнитный подшипник (РАМП).

Указанные технические эффекты достигаются тем, что магнитная опора ротора турбомашины включает в себя корпус с установленными в нем радиальным активным магнитным подшипником и осевым электромагнитом, страховочный шариковый подшипник, установленный на валу и закрепленный внешним кольцом в корпусе, причем между торцами осевого электромагнита и внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника образован зазор, а посадочные поверхности внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника и вала выполнены коническими, при этом страховочный шариковый подшипник выполнен с возможностью осевого смещения посредством осевого электромагнита с образованием зазора между посадочными поверхностями внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника и вала, кроме того, со стороны осевого электромагнита между торцами корпуса и внешнего кольца страховочного шарикового подшипника установлена осевая пружина, а с противоположенной стороны на корпусе установлен торцевой упор.

При таком конструктивном исполнении в момент отключения электроэнергии страховочный подшипник сдвигается и исчезает зазор между внутренним кольцом страховочного подшипника и ротором. Это снижает либо исключает ударные нагрузки на страховочный подшипник, а самое главное, минимизирует возможность образования обратной прецессии ротора. Все это повышает надежность работы заявленной магнитной опоры в целом.

На фиг.1 чертежа представлен продольный разрез заявленной магнитной опоры ротора турбомашины при отсутствии электропитания.

На фиг.2 чертежа представлен продольный разрез заявленной магнитной опоры ротора турбомашины при штатной работе.

Магнитная опора ротора турбомашины, включающая корпус 1 с установленными в нем радиальным активным магнитным подшипником 2 и осевым электромагнитом 3, страховочный шариковый подшипник 4, установленный на валу 5 и закрепленный внешним кольцом 6 в корпусе 7, причем между торцами осевого электромагнита 3 и внутреннего кольца 8 страховочного шарикового подшипника 4 образован зазор, а посадочные поверхности 9, 10 внутреннего кольца 8 страховочного шарикового подшипника 4 и вала 5 выполнены коническими относительно оси вращения вала 5, при этом страховочный шариковый подшипник 4 выполнен с возможностью осевого смещения посредством осевого электромагнита 3 с образованием зазора между посадочными поверхностями 9, 10 внутреннего кольца 8 страховочного шарикового подшипника 4 и вала 5, кроме того, со стороны осевого электромагнита 3 между торцами корпуса 1 и внешнего кольца 6 страховочного шарикового подшипника 4 установлена осевая пружина 11, а с противоположенной стороны внешнего кольца 6 страховочного шарикового подшипника 4 на корпусе 1 установлен торцевой упор 12.

Заявленная магнитная опора работает следующим образом:

При подаче электроэнергии на радиальный активный магнитный подшипник 2 и осевой электромагнит 3 происходит смещение страховочного подшипника 4 до полного контакта внутреннего кольца 8 с осевым электромагнитом 3. При этом пружина 11 сжимается, а между внутренним кольцом 8 и валом 5 образуется требуемый зазор.

При отключении электроэнергии, в том числе при аварийной ситуации, под действием осевой пружины 11 страховочный подшипник 4 смещается до торцевого упора 12. Исчезает зазор между внутренним кольцом 8 и валом 5. Это снижает либо исключает ударные нагрузки на страховочный подшипник, повышает надежность и экономичность опоры и установки в целом.

Магнитная опора ротора турбомашины, включающая корпус с установленными в нем радиальным активным магнитным подшипником и осевым электромагнитом, страховочный шариковый подшипник, установленный на валу и закрепленный внешним кольцом в корпусе, причем между торцами осевого электромагнита и внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника образован зазор, а посадочные поверхности внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника и вала выполнены коническими, при этом страховочный шариковый подшипник выполнен с возможностью осевого смещения посредством осевого электромагнита с образованием зазора между посадочными поверхностями внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника и вала, кроме того, со стороны осевого электромагнита между торцами корпуса и внешнего кольца страховочного шарикового подшипника установлена осевая пружина, а с противоположенной стороны на корпусе установлен торцевой упор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве подвеса ротора электрических машин. Технический результат: повышение срока службы, энергоэффективности системы.

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к управляемому газомагнитному подшипниковому узлу и способу его работы. Подшипниковый узел содержит соленоид, магниты, полюса и ярма электромагнитов, вкладыш газового подшипника, отверстия для пористых вставок, рубашку, обмотку электромагнитов, камеру для подачи газовой смазки в пористые вставки, крепления для датчиков измерения зазора, отверстие для подачи газовой смазки в камеру.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Технический результат: повышение надежности, энергоэффективности, силовых характеристик и жесткости гибридного магнитного подшипника, минимизация нагрузок на гибридные магнитные подшипники.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Гибридный магнитный подшипник с осевым управлением содержит вал (1), корпус (2), радиальную магнитную опору, статор и ротор осевой электромагнитной опоры, страховочные механические подшипники (15) и четыре датчика перемещения (6, 8, 10, 12).

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок замкнутого цикла большой мощности.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к электромеханическим преобразователям энергии на бесконтактных подшипниках. Технический результат заключается в повышении точности управления и повышении надежности электрической машины с ротором на бесконтактных подшипниках.

Изобретение относится к радиальному магнитному подшипнику для магнитной опоры ротора (5). Радиальный магнитный подшипник (1”) выполнен в виде разноименнополюсного подшипника и имеет статор (2), при этом статор (2) имеет магнитно-проводящий расположенный с прохождением вокруг ротора (5) статорный элемент (4), при этом элемент (4) на своей обращенной к ротору (5) стороне (12) имеет проходящие в осевом направлении (Х) статорного элемента (4) выемки (10), в которых расположены электрические провода (8а, 9а) катушек (8, 9).

Газотурбинный двигатель, на цилиндрической втулке которого со стороны, прилегающей к колесу турбины, надета первая чашеобразная цапфа-пята первого радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу турбины, при этом на свободном конце вала последовательно установлены с упором друг в друга, вторая чашеобразная цапфа-пята второго радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу компрессора, первый и второй упорные лепестковые газовые подшипники, колесо центробежного компрессора и балансировочная шайба, зафиксированные гайкой.

Газотурбинный двигатель, на вал которого надета цилиндрическая втулка, выполненная из немагнитного материала, одним концом упертая в торцевую поверхность колеса турбины, а другим упертая в кольцевой выступ пяты, выполненной из немагнитного материала, надетой на вал, на участке, примыкающем к колесу компрессора.

Газотурбинный двигатель, на цилиндрической втулке которого, со стороны, прилегающей к колесу турбины, надета соосно с цилиндрической втулкой первая чашеобразная цапфа-пята первого магнитного подшипникового узла, ориентированная своим днищем к колесу турбины, при этом на участке ротора, прилегающем к колесу компрессора, непосредственно на вал надета соосно с ним, с упором в колесо компрессора и торец втулки ротора, вторая чашеобразная цапфа-пята второго магнитного подшипникового узла, ориентированная своим днищем к колесу компрессора.

Изобретение относится к области магнитных опор на основе объемных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) для кинетических накопителей энергии. Сверхпроводящий магнитный подвес для кинетического накопителя энергии (КНЭ) установлен в корпусе КНЭ, соединенном с системой вакуумной откачки, и включает в себя статор в виде корпуса, содержащего блок высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) элементов с системой охлаждения, постоянные магниты, установленные на валу ротора с зазором относительно корпуса статора. Корпус статора снабжен автономной системой вакуумной откачки, причем выхлоп автономной системы откачки соединен с полостью корпуса КНЭ. Корпус статора также снабжен пассивными вакуумными затворами, выполненными в виде втулок, закрепленных на торцевых поверхностях корпуса подвеса, сопрягаемых с валом, при этом внутренний диаметр втулок превышает диаметр вала ротора на 0,5…1,5 мм, а их осевой размер составляет 50…100 мм. Технический результат: упрощение конструкции, повышение эффективности работы вакуумной системы, обеспечение удобства проведения автономных технологических испытаний подвеса. 2 ил.

Изобретение относится к устройству магнитного осевого подшипника с повышенным усилием на единицу поверхности и простой конструкцией. Устройство магнитного осевого подшипника включает в себя кольцевую систему листов электротехнической стали, у которой отдельные листы (80, 90, 170) стали выдаются радиально наружу, а соседние листы (80, 90, 170) стали в окружном направлении образуют зазор (20). В устройстве также предусмотрена электрическая катушка, которая вставлена в систему электротехнической листовой стали, для создания магнитного поля в системе. Эта система имеет по меньшей мере два концентрических кольца (8, 9, 17) листов электротехнической стали. По существу все соседние листы (80, 90, 170) электротехнической стали каждого кольца (8, 9, 17) листов электротехнической стали по внутреннему периметру (14, 18, 19) соответствующего кольца листов электротехнической стали касаются друг друга. С помощью этой шихтовки (12) получается повышенный по сравнению с традиционной шихтовкой (11) коэффициент заполнения активной сталью. Технический результат: улучшение коэффициента полезного действия устройства магнитного осевого подшипника. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается магнитного радиального подшипника и способа управления такого рода магнитным радиальным подшипником. Подшипник включает в себя статор (4), который имеет первую катушку (S1), вторую катушку (S2), третью катушку (S3) и четвертую катушку (S4), из которых первая катушка (S1) и третья катушка (S3) находятся на первой оси (Y), а также вторая (S2) и четвертая (S4) катушки - на второй оси (X) напротив друг друга. Управление катушками (S1, S2, S3, S4) осуществляется с трехфазным током (U, V и W). Амплитуды токов фаз (U, V и W) оцениваются каждая смещенной относительно друг друга на 120° синусоидальной функцией. Управление осуществляется с помощью устройства управления в варьируемой рабочей точке, которая задает для отдельных фаз значение оценки амплитуд каждой синусоидальной функции. Технический результат: создание компактного и надежно управляемого или, соответственно, регулируемого радиального магнитного подшипника с низкими потерями от вихревых токов. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в различных установках с высокоскоростным электрическим приводом рабочего органа, в частности, в условиях вакуума. Технический результат заключается в упрощении конструкции бесподшипниковой электрической машины и её системы управления. Бесподшипниковая электрическая машина содержит ферромагнитный ротор и два статора магнитного подвеса и вращения ротора. Ротор выполнен в виде части полого конуса. Конические рабочие поверхности двух статоров расположены соответственно напротив внешней и внутренней поверхностей части полого конуса ротора. 4 ил.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к электромеханическим преобразователям энергии на бесконтактных подшипниках, и может быть использовано для управления положением ротора в магнитных подшипниках. Технический результат: снижение массогабаритных показателей, повышение надежности. Управляемый магнитный подшипник на постоянных магнитах содержит вал, корпус, подвижный и неподвижный постоянные магниты, страховочные подшипники. Неподвижный постоянный магнит выполнен в виде секторов, формирующих окружность. Между соседними секторами постоянных магнитов установлены теплоизоляционные прокладки. К каждому сектору приложен управляемый источник тепла. Управление параметрами магнитного подшипника на постоянных магнитах осуществляется путем изменения их остаточной индукции и коэрцитивной силы за счеёт воздействия на постоянные магниты регулируемым тепловым потоком. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в роторных механизмах на электромагнитных опорах. Техническим результатом является повышение быстродействия и динамической точности электромагнитного подвеса ротора. В системе управления электромагнитным подвесом ротора каждый канал содержит датчик (1) положения ротора, интегральный регулятор (2), пропорциональный регулятор (3), дифференцирующее звено (4), пропорционально-дифференциальный регулятор (5), силовой преобразователь (6), два электромагнита (7 и 8), блок (9) задания, пропорциональное звено (10), блоки (11 и 12) вычитания, блок (13) выделения знака, регистр (14), сумматор (15) и мультиплексор (16). 4 ил. .

Изобретение относится к системам подшипников асинхронной электрической машины, и в частности к системам подшипников электродвигателя. Система подшипников для асинхронной электрической машины содержит раму (20), вал (40), вращающийся внутри рамы (20), и опорную обойму подшипника, соединенную с рамой (20) и окружающую по меньшей мере часть вала (40). Опорная обойма подшипника включает магнитный подшипник (70) для опоры вращающегося вала (40) и вспомогательный подшипник (110). Вспомогательный подшипник (110) поддерживает вал (40) в случае неисправности магнитного подшипника (70) и находится на одной линии с концевым щитом (22) электродвигателя и рамой (20), так что воспринимаемые им опорные нагрузки вала (40) передаются на раму (20) так, что уменьшается вероятность контакта магнитного подшипника с валом или его деформация. На опорной обойме подшипника сформированы ребра рассеивания тепла. Технический результат: создание системы подшипников асинхронной электрической машины, которая обеспечивает возможность рассеяния тепла подшипников, уменьшает возможность ударной нагрузки структуры магнитных подшипников при неисправности магнитных подшипников за счет переноса таких ударных сил со структуры магнитных подшипников на другие структурные компоненты машины и обеспечивает простое техническое обслуживание вспомогательного подшипника. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к радиальному магнитному подшипнику. Радиальный магнитный подшипник имеет статор и ротор, который оперт в статоре с возможностью вращения, при этом ротор имеет вал (7), а этот вал (7) окружен кольцеобразной системой (5) пакета сердечника. Система пакета сердечника имеет отдельные листы. Отдельные листы системы (5) пакета сердечника расположены радиально относительно оси вала (7). Система (5) пакета сердечника имеет втулку, которая закреплена на валу (7). При этом смежные отдельные листы системы (5) пакета сердечника соединены друг с другом с замыканием материала, а втулка образована отдельными листами (6) системы (5) пакета сердечника. Технический результат: создание радиального магнитного подшипника, в котором снижаются вихревые токи в окружном направлении, при этом обеспечивается снижение магнитного сопротивления в осевом направлении. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к бесконтактным опорным устройствам с активными магнитными подшипниками для роторов вращения, а именно к опорному узлу магнитного подвеса ротора, и может быть использовано при создании высокооборотных машин, например газоперекачивающих агрегатов, с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. Опорный узел магнитного подвеса ротора содержит размещенные в общем корпусе и выполненные из сплошного материала два статорных сегментированных диска (1) радиального активного магнитного подшипника с аксиальной обмоткой (3), скрепленные цилиндрическими стержнями (2), Т-образный кольцевой статор (4) осевого активного магнитного подшипника с кольцевой обмоткой (5), скрепленный с дисками (1) через немагнитную шайбу (12), и вложенную между статорными частями радиального и осевого активных магнитных подшипников П-образную кольцевую цапфу (6), закрепленную на валу (7) с зазорами относительно статорных частей посредством разрезной втулки (8). Технический результат: усовершенствование конструкции и повышение технологичности изготовления опорного узла магнитного подвеса ротора, объединяющего в себе функции радиальной и осевой магнитных опор, а также в обеспечении возможности снижения общей длины ротора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок замкнутого цикла большой мощности. Подшипниковый узел включает полый цилиндрический корпус, в полости которого размещена втулка, выполненная из сегментов, и цапфу. Сегменты втулки выполнены из высокотемпературного сверхпроводящего материала, как объемные желобообразные удлиненные элементы одинаковой угловой длины и закреплены на внешней поверхности медной цилиндрической обечайки и отделены друг от друга ее выступами, размещенными в зазорах между сегментами. Медная цилиндрическая обечайка оперта и скреплена с несущим корпусом втулки, содержащим торцевые кольца, скрепленные друг с другом продольными стержнями прямоугольного поперечного сечения, внешняя поверхность которых совпадает с очертаниями торцевых колец и скреплена с внутренней поверхностью медной цилиндрической обечайки. Торцы втулки заглушены круглыми фланцами, поверхность которых, обращенная к втулке, снабжена периферийным кольцевым выступом и центральным цилиндрическим выступом или буртиком, с диаметром, соответствующим диаметру отверстий торцевых колец. При этом диаметр цилиндрической поверхности, образованной сегментами, совпадает с внешним диаметром фланцев и их периферийных кольцевых выступов, которые совпадают с кольцевыми проточками на обращенной к ним кромке поверхности, образованной сегментами втулки. Свободные поверхности фланцев снабжены теплозащитным покрытием. В одном из фланцев и его теплозащитном покрытии выполнены, как минимум, два сквозных отверстия, выполненные с возможностью подвода - отвода охлаждающего агента. На внутренней поверхности полости цилиндрического корпуса сформирована магнитная система, выполненная по схеме Хальбаха. Внутренняя полость, образованная в магнитной системе, образует рабочий зазор с внешней поверхностью втулки с возможностью вращения относительно нее полого цилиндрического корпуса. Технический результат: обеспечение высокой несущей способности радиального подшипникового узла при уменьшении в нем потерь на трение, повышение его надежности работы, повышение механического КПД механизма, повышение окружной скорости цапфы. 2 ил.
Наверх