Опорный узел магнитного подвеса ротора


 


Владельцы патента RU 2577437:

Общество с ограниченной ответственностью "Вега-ГАЗ" (RU)

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.

 

Область техники, к которой относится изобретение

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.

Уровень техники

На данный момент известны и широко применяются в машиностроении радиальные активные магнитные подшипники и осевые активные магнитные подшипники. В частности, известен радиальный активный магнитный подшипник [1 - патент RU 2446324 (C1), опубл. 27.03.2012], который содержит корпус, шихтованный статор с явно выраженными полюсами и шихтованную цилиндрическую ответную часть (цапфу), закрепленную на роторе, а также осевой активный магнитный подшипник [2 - публикация WO 2014099845, опубл. 26.06.2014], который содержит корпус, кольцевые электромагниты и дисковые ответные части, закрепленные на роторе.

Также известна магнитная опора компрессора [3 - патент RU 2251033 (C2), опубл. 20.12.2004], содержащая разъемный корпус с установленными в нем и радиальными и осевым активными магнитными подшипниками (электромагнитами), двумя радиальными и радиально-осевыми датчиками перемещений, при этом роторы радиальных датчиков перемещений и ротор радиально-осевых датчиков перемещений размещены на валу в осевом направлении, радиально-осевые датчики перемещений и осевые магнитные подшипники установлены со стороны конца вала, а два радиальных датчика перемещений установлены по обе стороны радиального магнитного подшипника, расположенного в части корпуса со стороны компрессора. Роторы радиальных датчиков перемещений установлены на первой втулке, общей для этих роторов и шихтованного ротора радиального активного магнитного подшипника, ротор осевых активных магнитных подшипников установлен на второй втулке, причем внутренние поверхности обеих втулок и наружные поверхности участков вала, на которых они установлены, выполнены коническими.

Указанная магнитная опора компрессора [3] является наиболее близким аналогом заявленного изобретения и была выбрана в качестве его прототипа. Конструкция известной магнитной опоры [3] совмещает в себе и радиальные, и осевой активные магнитные подшипники и упрощает регулировку осевых зазоров при установке опоры в компрессор, однако она обладает следующими недостатками. В магнитной опоре [3] радиальные и осевой активные магнитные подшипники размещены в общем корпусе в качестве отдельных опорных узлов, что значительно увеличивает длину ротора и снижает его критическую частоту вращения. Данный недостаток характерен для всех известных магнитных опор, объединяющих в себе и радиальные, и осевые активные магнитные подшипники. Кроме того, недостатком известной магнитной опоры [3] является применение шихтованных магнитопроводов в радиальных активных магнитных подшипниках, которое обусловлено необходимостью снижения потерь на перемагничивание и вихревые токи в условиях радиальной организации магнитных потоков, и является мало технологичным решением при серийном производстве.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения стало усовершенствование конструкции опорного узла магнитного подвеса ротора для устранения недостатков предшествующего уровня техники.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в усовершенствовании конструкции и повышении 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.

Поставленная в изобретении задача решается за счет того, что предлагаемая активная магнитная опора ротора объединяет радиальный и осевой активные магнитные подшипники за счет геометрии цапфы по принципу вложения магнитопроводов друг в друга, без потери силовых характеристик электромагнитов, при равных с традиционным исполнением активных магнитных подшипников габаритах.

Более конкретно, поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая опора 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 указанными статорными частями радиального и осевого активных магнитных подшипников П-образную кольцевую цапфу (6), закрепленную на валу (7) с зазорами относительно указанных статорных частей посредством разрезной втулки (8).

Согласно дополнительным вариантам осуществления магнитная опора также содержит радиальный (9) и осевой (10) датчик положения ротора индуктивного типа, и датчик (11) синхроимпульса для определения скорости вращения ротора.

Предложенное конструктивное выполнение опорного узла магнитного подвеса ротора позволяет разместить магнитопровод осевого активного магнитного подшипника внутри цапфы ротора, что значительно уменьшает общую длину магнитопроводов, и, как следствие, позволяет уменьшить общую длину ротора.

Кроме того, в предложенном опорном узле магнитного подвеса ротора магнитные потоки через цапфу ротора замыкаются встречно, что снижает напряженность магнитного поля на вращающемся участке магнитопровода и обеспечивает возможность выполнения кольцевой цапфы из сплошного магнитного материала. Таким образом, технологичность изготовления магнитопроводов и самого опорного узла существенно повышается.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о достаточности существенных признаков изобретения, раскрытых выше и представленных в независимом пункте формулы изобретения, для достижения заявленного технического результата.

Вышеуказанные преимущества предлагаемого изобретения станут более очевидными из нижеследующего описания предпочтительного варианта осуществления изобретения, данного со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором на Фиг. 1 изображен в продольном сечении опорный узел магнитного подвеса на валу ротора согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Далее со ссылкой на прилагаемый чертеж описан опорный узел магнитного подвеса ротора, выполненный в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

Как показано на Фиг. 1, опорный узел магнитного подвеса ротора содержит 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) и П-образную кольцевую цапфу (6), закрепленную на валу (7) с зазорами относительно указанных статорных частей посредством разрезной втулки (8). За счет геометрического исполнения кольцевой цапфы (6) и кольцевого статора (4) описанного опорного узла цапфа (6) вкладывается между статорными частями радиального и осевого активных магнитных подшипников. Кольцевой статор (4) осевого активного магнитного подшипника крепится к двум статорным сегментированным дискам (1) радиального активного магнитного подшипника через немагнитную шайбу (12). Таким образом, магнитопровод кольцевого статора (4) осевого активного магнитного подшипника размещается и занимает место внутри кольцевой цапфы (6).

Согласно одному из вариантов осуществления опорный узел также содержит радиальный датчик (9) и осевой датчик (10) индуктивного типа для контроля положения ротора. Скорость вращения ротора определяется с помощью датчика (11) синхроимпульса, который также может быть установлен в опорном узле, как показано на Фиг. 1.

Во время работы опорного узла магнитного подвеса ротора, силы магнитных полей, создаваемых активными магнитными подшипниками, уравновешивают силы, действующие на вал (7), который, таким образом, удерживается в центральном положении. При этом магнитные силы, создаваемые магнитным потоком F1, протекающим через статорные диски (1) радиального активного магнитного подшипника, удерживают кольцевую цапфу (6) в необходимом центральном положении на оси вращения вала (7), обеспечивая заданный зазор (S1) между цапфой (6) и дисками (1). В свою очередь, магнитные силы, создаваемые магнитным потоком F2, протекающим через кольцевой статор (4) осевого активного магнитного подшипника, удерживает цапфу (6) в необходимом положении относительно продольной оси ротора с заданным зазором (S2) между цапфой (6) и статором (4). Зазоры (S1 и S2) между цапфой (6) и статорными частями (1 и 4) опорного узла могут быть разными и задаваться в зависимости от требований и параметров конкретного осуществления опорного узла магнитного подвеса ротора.

Как видно на Фиг. 1, магнитные потоки F1 и F2 замыкаются через цапфу (6) ротора встречно, чем снижают напряженность магнитного поля на вращающемся участке магнитопровода, что значительно снижает потери на перемагничивание. Организация магнитных потоков таким способом позволяет выполнить цапфу ротора из сплошного магнитного материала, что значительно повышает технологичность изготовления опорного узла по сравнению с узлами с применением шихтованных магнитопроводов.

Таким образом, создан опорный узел магнитного подвеса ротора усовершенствованной конструкции, позволяющей без потери силовых характеристик электромагнитов и при равных с традиционным исполнением активных магнитных подшипников габаритах снизить длину ротора, а также повысить технологичность изготовления опорных узлов, объединяющих функции радиальной и осевой магнитной опоры.

Необходимо понимать, что приведенные выше для примера варианты осуществления изобретения не являются ограничивающими объем изобретения, и после ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области техники могут предложить множество изменений и дополнений к описанным вариантам осуществления, все из которых попадают в объем патентной защиты изобретения, определяемый совокупностью признаков формулы изобретения.

1. Опорный узел магнитного подвеса ротора, содержащий 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 указанными статорными частями радиального и осевого активных магнитных подшипников П-образную кольцевую цапфу (6), закрепленную на валу (7) с зазорами относительно указанных статорных частей посредством разрезной втулки (8).

2. Опорный узел по п. 1, дополнительно содержащий радиальный датчик (9) положения ротора и осевой датчик (10) положения ротора индуктивного типа.

3. Опорный узел по п. 1, дополнительно содержащий датчик (11) синхроимпульса для определения скорости вращения ротора.



 

Похожие патенты:

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.

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).

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.

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.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в различных установках с высокоскоростным электрическим приводом рабочего органа, в частности, в условиях вакуума.

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.

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).

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.

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).

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

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 машиностроению и преимущественно, к опорам высокооборотных роторов с вертикальной осью вращения, например, роторов газовых центрифуг, накопителей энергии, гироскопов и подобных устройств. Магнитная опора вертикального ротора содержит установленные соосно вертикальному ротору аксиально намагниченный кольцевой магнит с полюсным наконечником, расположенные на крышке герметичного корпуса, и расположенную напротив нижнего торца магнита ферромагнитную втулку, установленную на верхней крышке тонкостенного вертикального ротора. У нижнего торца ферромагнитной втулки выполнен радиальный кольцевой выступ, выше которого расположена коническая образующая поверхность в форме обратного усеченного конуса. Техническим результатом является создание эффективной конструкции верхней магнитной опоры, обеспечивающей ее радиальную жесткость и прочность, а также повышение надежности работы центрифуги. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов: гироскопов, накопителей энергии, генераторов, турбомолекулярных насосов, центрифуг и подобных устройств. Магнитная опора вертикального ротора, расположенная в устройстве в виде полого тонкостенного вертикального ротора, установленного в корпусе и опирающегося на подпятник, содержит систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором. Система магнитов содержит магниты, закрепленные на неподвижных элементах устройства, между которыми установлен один или несколько магнитов, закрепленных на вращающихся элементах устройства. Техническим результатом является создание магнитной опоры с усиленной радиальной жесткой связью при сохранении допустимого значения нагрузки на нижнюю опору, обеспечивающей работоспособность быстровращающихся роторов в процессе разгона и эксплуатации, а также повышение надежности и долговечности работы роторов. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиальному магнитному подшипнику для вращательного опирания ротора. Радиальный магнитный подшипник для вращательного опирания ротора (3) содержит статор (2) с несколькими катушечными устройствами (6). Катушечные устройства (6) расположены в направлении периферии вокруг оси (1) подшипника. Каждое из катушечных устройств (6) содержит пакет (7) железа из отдельных листов. Кроме того, каждое из катушечных устройств (6) содержит осевую катушку возбуждения (11), намотанную на соответствующий пакет (7) железа. Отдельные листы в каждом пакете (7) железа шихтованы в тангенциальном направлении, при этом каждая катушка (11) выполнена в виде осевой катушки возбуждения. Технический результат: создание легкомонтируемого и высокодинамичного радиального магнитного подшипника. 31 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу работы трехфазного инвертора (6) питаемого вентильным преобразователем магнитного подшипника (2), в котором находящаяся на верхнем магнитном якоре (8) катушка (12) соединена с помощью первого контактного вывода (20) с первым выходом (W) трехфазного инвертора (6), а находящаяся на нижнем магнитном якоре (10) катушка (14) соединена с помощью своего первого контактного вывода (22) со вторым выходом (V) инвертора (6), и обе катушки (12, 14) с помощью их соответствующего второго контактного вывода (24, 26) соединены с третьим выходом (U) инвертора. Изменяемый управляющий ток магнитного подшипника (2) создается в третьем выходе (U) трехфазного инвертора (6) и разделяется на катушки (12, 14) и соединенные с ними другие выходы (W, V) трехфазного инвертора (6), а также создается неизменный ток предварительного намагничивания в первом выходе (W) и втором выходе (V) трехфазного инвертора (6) и в соединенных с ними включенных последовательно катушках (12, 14), в результате чего из разницы изменяемого управляющего тока и неизменного тока предварительного намагничивания, в зависимости от их знака, в катушках (12, 14) и в соединенных с ними обеих выходах (V, W) создаются соответствующие фазовые токи (iw, iv). Технический результат: усовершенствование способа работы питаемого вентильным преобразователем магнитного подшипника так, что значительно уменьшается эффективный ток и достигается возможно высокая скорость нарастания тока. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в нагнетателях, компрессорах, турбодетандерах газоперекачивающих агрегатов с тяжелыми роторами горизонтального исполнения массой, например, не менее 900 кг. Техническим результатом является обеспечение низкого уровня вибрации, высокого быстродействия. В системе автоматического управления электромагнитным подвесом ротора каждый канал содержит датчик положения ротора (1), блок задания положения вала (2), элемент сравнения (3), блок обработки сигнала вибрации (4), пропорциональный (5), интегральный (6), дифференциальный (7), пропорционально-дифференциальный (8) регуляторы, элемент сравнения (9), пропорциональный регулятор тока (10), датчик тока (11), силовой преобразователь (12) и два электромагнита (13 и 14). Выходное значение датчика положения ротора (1) вычитается из значения блока задания (2) положения ротора в элементе сравнения (3). Разница подается на вход блока (4) обработки сигнала вибрации, выходной сигнал которого подается одновременно на входы пропорционального (5), интегрального (6) и дифференциального (7) регуляторов. Сумма выходных значений регуляторов (5, 6, 7) подается на вход пропорционально-дифференциального регулятора (8), из выходного значения которого в элементе сравнения (9) вычитается значение силы тока, измеренного датчиком тока (11) в обмотках электромагнитов (13, 14). Разница подается на вход пропорционального регулятора тока (10), выход которого соединен с входом силового преобразователя (12), к выходу которого подключены обмотки электромагнитов (13 и 14). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх