Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии



Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии
Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии
Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии
Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии

 


Владельцы патента RU 2557333:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для разгрузки подшипниковых опор электромеханических преобразователей энергии. Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии заключается в том, что создают две разнонаправленные силы, направленные к аксиальной оси, одна из которых - аксиальная сила обмотки с током, расположенной в пазах статора, которую создают путем выполнения скоса пазов статора под определенным углом, причем величину данной силы определяют произведением синуса данного угла на силу тока в обмотках и индукцию в воздушном зазоре, а другая - аксиальная магнитная сила, которую создают в результате взаимодействия поля статора и поля ротора. Технический результат: разгрузка подшипниковых опор электромеханического преобразователя энергии, без усложнения его конструкции, благодаря чему достигается повышение его надежности за счет создания двух разнонаправленных сил. 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для разгрузки подшипниковых опор электромеханических преобразователей энергии.

Известен способ, реализующий механизм с магнитным подвесом ротора [а.с. СССР №1569932, Н02К 7/09, 1990 г.], по которому создают силу электромагнитами, каждый канал системы управления которых содержит датчик положения ротора, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь и два электромагнита.

Недостатком данного способа является сложность его технической реализации, обусловленная наличием системы управления, а также невысокая надежность, вызванная тем, что в данной системе применяются дополнительные элементы, электромагниты, для разгрузки подшипниковых опор.

Известен способ разгрузки подшипниковых опор, который реализуется вертикальным электродвигателем с газодинамической левитацией ротора [патент РФ №14703, кл. Н02К 29/00, 2000 г.], содержащим цилиндрический ротор, насаженный на вал, верхнюю и нижнюю цапфы, установленные в радиальных подшипниках, жестко закрепленных в торцевых фланцах внешнего статора, по которому силу, разгружающую подшипниковые опоры, создают газодинамическими подшипниками.

Недостатком данного способа является сложность его технической реализации, а также невысокая надежность, вызванная тем, что в данной системе применяются дополнительные элементы, воздушные подшипники, для разгрузки подшипниковых опор.

Известен способ, который реализуется синхронной электрической машиной с магнитным подвесом ротора [патент РФ №44773, F16C 39/06, 2005 г.], содержащей статор и ротор, выполненный из немагнитного материала, с обмоткой возбуждения из сверхпроводящего материала, магнитные подшипники установлены на торцах статора, по которому силу, разгружающую подшипниковые опоры, создают магнитными подшипниками.

Недостатком данного способа является сложность его технической реализации, а также невысокая надежность, вызванная тем, что в данной системе применяются дополнительные элементы, магнитные подшипники, для разгрузки подшипниковых опор.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ разгрузки подшипника качения от действия центробежных сил [патент РФ №2398976 C1, F16C 19/00, 10.09.2010], заключающийся в создании силы, действующей на поверхность в направлении оси вращения, причем поверхностью являются тела качения, силу создают путем поджатия двух частей кольца к телам качения и контактирования их наружных дорожек качения с телами качения при установке подшипника.

Недостатками данного способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные возможностью разгрузки подшипников только при введении дополнительных элементов в электромеханический преобразователь энергии (в данном случае постоянных магнитов), сложность его технической реализации, снижение надежности электромеханического преобразователя энергии и увеличение его массогабаритных показателей.

Задача изобретения - расширение функциональные возможностей, благодаря возможности разгрузки подшипниковых опор без введения в конструкцию электромеханического преобразователя дополнительных элементов.

Техническим результатом является разгрузка подшипниковых опор электромеханического преобразователя энергии без усложнения его конструкции, благодаря чему достигается повышение его надежности за счет создания двух разнонаправленных сил.

Указанный результат достигается тем, что в способе разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии, заключающемся в создании силы, действующей на поверхность в направлении к оси, согласно изобретению создают две разнонаправленные силы, направленные к аксиальной оси, одна из которых - аксиальная сила обмотки с током, расположенной в пазах статора, которую создают путем выполнения скоса пазов статора под определенным углом, причем величину данной силы определяют произведением синуса данного угла на силу тока в обмотках и индукцию в воздушном зазоре, а другая - аксиальная магнитная сила, которую создают в результате взаимодействия поля статора и поля ротора.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображено разложение токов, действующих на ротор при выполнении скоса пазов. На фиг.2 изображен баланс сил. На фиг.3 изображена зависимость аксиальной силы обмотки от угла скоса пазов.

Пример конкретной реализации способа

Вес ротора высокоскоростного магнитоэлектрического генератора мощностью 100 кВт и частотой вращения 60000 об/мин составляет 6 кг. При этом индукция в его воздушном зазоре при применении магнитов марки NdFeB SH 38 составляет 0,8 Тл. Ток, протекающий в его обмотках, составляет 400А, а электродвижущая сила 130 В, при этом аксиальная магнитная сила равна 65 Н.

При скосе пазов ток, протекающий в обмотках, будет иметь две составляющие (фиг.1). Составляющая тока I1 согласно правилу левой руки будет создавать аксиальную силу, которая направлена в противоположную сторону аксиальной магнитной силе и зависит от синуса угла скоса пазов (фиг.2):

где В - индукция в воздушном зазоре высокоскоростного магнитоэлектрического генератора;

i - сила тока в обмотках высокоскоростного магнитоэлектрического генератора;

γ - угол скоса пазов.

При этом известно, что от угла скоса пазов зависит электродвижущая сила обмоток:

где Е - электродвижущая сила обмотки при выполнении скоса пазов;

Еn - электродвижущая сила обмотки без скоса пазов.

Тогда, используя выражения (1), (2), можно определить, что для подвеса ротора вышеуказанного генератора, необходимо выполнить скос пазов на угол равный 15 градусам, при этом ЭДС генератора будет составлять 123,5 В, а аксиальная сила обмотки будет составлять 65 Н.

Таким образом достигается аксиальная разгрузка подшипниковых опор без введения в конструкцию электромеханического преобразователя дополнительных элементов.

Итак, заявляемый способ позволяет осуществлять разгрузку подшипниковых опор электромеханического преобразователя энергии без усложнения его конструкции, благодаря чему достигается повышение его надежности за счет создания двух разнонаправленных сил.

Способ разгрузки подшипников от действия сил, заключающийся в создании силы, действующей на поверхность в направлении к оси, отличающийся тем, что создают две разнонаправленные силы, направленные к аксиальной оси, одна из которых - аксиальная сила обмотки с током, расположенной в пазах статора, которую создают путем выполнения скоса пазов статора под определенным углом, причем величину данной силы определяют произведением синуса данного угла на силу тока в обмотках и индукцию в воздушном зазоре, а другая - аксиальная магнитная сила, которую создают в результате взаимодействия поля статора и поля ротора.



 

Похожие патенты:

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.

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

Изобретение относится к способу управления компрессорным элементом для винтового компрессора. Способ управления компрессорным элементом винтового компрессора, в котором компрессорный элемент (1) имеет корпус (2) с двумя взаимозацепленными спиральными роторами (3) внутри него, каждый из роторов удерживается в корпусе (2) в осевом направлении (Х-Х′) посредством по меньшей мере одного осевого подшипника (13).

Изобретение относится к машине и способу контролирования состояния предохранительного подшипника машины. Способ контролирования состояния предохранительного подшипника (14) машины (12) заключается в том, что предохранительный подшипник (14) улавливает роторный вал (1) машины (12) при выходе из строя магнитного подшипника (6) машины (12).

Изобретение относится к двум подшипниковым устройствам из магнитного радиального и поддерживающего подшипников для бесконтактного опирания и поддержания вала ротора турбомашины мощностью 1000 кВт и более.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам на магнитной подвеске, и может быть широко использовано в узлах и механизмах во всех отраслях промышленности.

Изобретение относится к области подшипников для вращающихся валов, в частности к магнитным подшипникам на высокотемпературных сверхпроводниках, и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и других областях техники.

Изобретение относится к способам герметизации и может применяться в машиностроении для герметизации зазора между двумя поверхностями, одна из которых выполнена из немагнитного, а вторая из магнитопроводящего материалов.

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 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