Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии

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.

Изобретение относится к энергетическим машинам, выполненным в несмазываемом исполнении, содержащим полости низкого и высокого давления (компрессорные машины, авиационные двигатели, насосы и т.п.). Подшипниковый узел содержит вал (2), установленный в подшипнике (2), камеру (3), находящуюся в корпусе подшипника, отверстия, выполненные во вкладышах (4) подшипника, и постоянный магнит (5), установленный между вкладышами (4). Подшипник выполнен несмазываемым из полимерного материала. В подшипниковый узел введены полости высокого и низкого давления и организовано по крайней мере более одного узла разгрузки. Узел разгрузки образован за счет камеры (3), магнита (5), отверстия (14) во вкладыше (4) подшипника, расположенного диаметрально камере (3), и дополнительно введенных упругого элемента (6), регулирующего дроссельного элемента (7) и каналов (8, 9). Полости высокого и низкого давления и узлы разгрузки объединены каналами (8, 9). Технический результат: увеличение ресурса энергетической машины путем разгрузки радиальных подшипников при переменных во времени нагружающих усилиях как по модулю, так и по направлению в случае изменения режима работы энергетической машины или ее ориентации в пространстве. 3 ил.

Изобретение относится к магнитным подшипникам для вращающихся машин, в соответствии с чем подшипник представляет собой интегрированную радиально-осевую конструкцию, при этом осевой магнитный поток управления проходит через центральное отверстие магнитомягкого сердечника. Магнитный подшипник содержит узел радиального привода и узел осевого привода. Узел радиального привода содержит пакет (2) пластин статора, который обеспечивает магнитопровод (3) статора. Магнитопровод (3) статора связан с замкнутой ферромагнитной структурой (9), которая окружает магнитопровод (3) статора. Технический результат: обеспечение альтернативного способа для уменьшения потерь из-за вихревых токов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к устройству магнитного подшипника. Устройство магнитного подшипника содержит первое магнитное устройство, которое выполнено кольцеобразным и имеет центральную ось (1), для удержания вала (2) с возможностью поворота посредством магнитных сил на центральной оси, второе магнитное устройство, которое является независимым от первого магнитного устройства, для компенсации предопределенной силы, которая воздействует на вал (2), причем второе магнитное устройство выполнено кольцеобразным и расположено концентрично к первому магнитному устройству. Первое магнитное устройство имеет первую систему (10) катушек, а второе магнитное устройство имеет вторую систему (12) катушек, каждая система катушек имеет соответственно множество пар полюсов, и количество пар полюсов второй системы (12) катушек точно на единицу меньше, чем количество пар полюсов первой системы (10) катушек. Первое магнитное устройство служит для центрирования вала (2), а второе магнитное устройство противодействует силе тяжести. Таким способом может компенсироваться сила тяжести или силы, вызванные дисбалансом. Технический результат: создание усовершенствованного способа для установки в магнитных подшипниках вращающегося вала, с помощью которого могут компенсироваться предопределенные силы, действующие на вал. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в конструкциях, включающих гибкий ротор на электромагнитных подшипниках (ЭМП). Технический результат - повышение надежности и ресурса работы гибкого ротора на ЭМП в результате увеличения степени компенсации остаточного дисбаланса за счет формирования в каждом радиальном ЭМП гибкого ротора двух дополнительных ортогональных управляющих сил, повышающих эффективность корректировки положения оси гибкого ротора в переходных режимах и определяемых с помощью предлагаемых системы и порядка управления работой гибкого ротора. Для достижения указанного технического результата в способе управления работой гибкого ротора, включающем измерение в дискретные моменты времени отклонений оси гибкого ротора дополнительно измеряют в дискретные моменты времени угловую скорость вращения гибкого ротора Ω и угол его поворота Ф и для компенсации резонансных биений гибкого ротора в k-х интервалах указанной угловой скорости Ω определяют в каждом n-м радиальном ЭМП две дополнительные ортогональные управляющие силы F1(n) и F2(n), а затем формируют указанные дополнительные силы в каждом n-м радиальном ЭМП. Для достижения технического результата в системе для управления работой гибкого ротора, состоящей из N каналов для создания двух ортогональных управляющих сил в радиальных ЭМП в каждом канале, содержащем блок измерения отклонений оси гибкого ротора в месте расположения радиального ЭМП, введен блок измерения угловой скорости вращения гибкого ротора и угла его поворота, а каждый канал системы снабжен блоком программного определения двух дополнительных ортогональных управляющих сил, подключенным своим выходом ко второму входу блока регулирования указанных управляющих сил в радиальном ЭМП, при этом блок измерения угловой скорости вращения гибкого ротора и угла его поворота своим многоканальным выходом соединен со входами указанных канальных блоков программного определения двух дополнительных ортогональных управляющих сил. 2 н.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам бесконтактного электромагнитного подвеса вертикального вала ротора, более конкретно - к электромагнитным подшипникам, предназначенным для использования в различных электрических машинах с вертикальным расположением вала ротора, таких как электромеханические накопители энергии, ветрогенераторы и т.п. Электромагнитный подвес вертикального вала ротора содержит источник питания, датчик положения вала, систему управления, неподвижный ферромагнитный сердечник с обмотками, вал, на котором закреплен элемент, создающий магнитное поле. На роторе закрепляется шихтованный ферромагнитный сердечник цилиндрической формы, в пазы сердечника вокруг вала ротора укладывается обмотка, выводы которой соединены с двумя контактными кольцами, размещенными на валу. Для создания постоянного магнитного поля, пересекающего проводники обмотки ротора, на неподвижной части подвеса устанавливаются два П-образных шихтованных ферромагнитных сердечника с обмоткой возбуждения. Вал имеет возможность перемещаться в осевом направлении, нижняя часть вала упирается в подпятник, для фиксации вала в радиальном направлении используются два направляющих подшипника. Технический результат: увеличение несущей способности подвеса вертикального вала ротора, снижение механических потерь в устройстве. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к компрессорным машинам, насосам, двигателям и т.д., имеющим опорные подшипники для вращающегося вала с нагрузочной массой. Способ разгрузки опорных подшипников вращающегося вала (1) с нагрузочной массой (2) заключается в том, что весовому усилию вала создают встречное усилие, при этом усилие, направленное встречно весовому усилию, создают до начала вращения вала (1). Устройство для реализации предлагаемого способа содержит вал (1) с нагрузочной массой (2), например, 60 тонн, например телескоп, антенна радиолокатора, гидроагрегат и т.д., подшипниковый узел (3), включающий радиальный и опорный подшипник, радиальный подшипник (4), ярмо (5), выполненное из магнитомягкого материала, жестко установленное на нижней цапфе вала (1), и электромагнит (6). Электромагнит (6) может быть снабжен регулируемым источником тока. До включения электродвигателя включают электромагнит (6). Между электромагнитом (6) и ярмом (5) возникает сила, частично или почти полностью компенсирующая вес вала (1) с нагрузочной массой (2). После этого включается электродвигатель. Технический результат: разгрузка опорного подшипника до начала вращения вала или в момент начала его вращения с обеспечением возможности регулирования величины компенсации веса вала с нагрузочной массой. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

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.

Наверх