Магнитная опора вертикального ротора



Магнитная опора вертикального ротора
Магнитная опора вертикального ротора
Магнитная опора вертикального ротора
Магнитная опора вертикального ротора

 


Владельцы патента RU 2585002:

Закрытое акционерное общество "Центротех-СПб" (RU)

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 и преимущественно к опорам высокооборотных роторов с вертикальной осью вращения, например, роторов газовых центрифуг, накопителей энергии, гироскопов и подобных устройств.

Известна опора ротора газовой центрифуги, опирающегося на подпятник, содержащая ферромагнитную втулку, закрепленную соосно ротору на его верхней крышке, кольцевой аксиально намагниченный магнит, установленный в корпусе над втулкой соосно с ней, и полюсный наконечник, выполненный в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающеего к нижнему торцу магнита.

Патент ФРГ №1071593, В04В 9/12, опубл. 09.06.1960 г.

Данная магнитная опора обеспечивает вращение ротора без механических контактов с элементами верхней части корпуса, разгружает подпятник действием осевой силы притяжения магнита и стабилизирует положение оси вращения ротора за счет радиальной жесткости, обусловленной действием симметричного магнитного поля. Однако конструкция элементов данной магнитной опоры не позволяет эффективно использовать всю энергию магнита для повышения несущей способности и жесткости опоры. В этой опоре увеличение осевой силы притяжения ротора и повышение радиальной жесткости может быть достигнуто за счет увеличения массы и габаритов магнита, что существенно увеличивает стоимость.

Известна магнитная опора вертикального ротора, содержащая ферромагнитную втулку, закрепленную соосно с ротором на его верхней крышке, кольцевой аксиально намагниченный магнит, установленный в корпусе над втулкой соосно с ней, и полюсный наконечник, выполненный в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающего к нижнему торцу магнита, при этом ферромагнитная втулка в верхней части снабжена кольцевым радиальным выступом, толщина которого оптимизирована с шириной нижнего торца полюсного наконечника, а наружный диаметр наконечника оптимизирован со средним диаметром магнита (Патент России №2054334, МПК В04В 9/12, опубл. 20.02.96 г. ).

Данная магнитная опора позволяет одновременно повысить бесконтактную радиальную жесткую связь магнитной опоры на 10% и уменьшить давление на подпятник на 5%, однако этого недостаточно для более тяжелых роторов

Известна магнитная опора вертикального ротора, содержащая кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником в виде кольца, примыкающего к нижнему торцу магнита, и размещенную соосно на роторе напротив нижнего торца магнита ферромагнитную втулку с кольцевым радиальным выступом, при этом кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником, выполненным с поперечным сечением в форме прямоугольника, установлен на корпусе, внутренний диаметр наконечника составляет 0,8…0,9 от внутреннего диаметра ферромагнитной втулки, а толщина наконечника составляет 0,5…1,2 от толщины верхнего торца ферромагнитной втулки (Патент России №2272676 МПК B04B 9/12, F16C 32/04 опубл. 27.03.2006).

Известна магнитная опора вертикального ротора, содержащая кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником на нижнем торце, установленный на корпусе над ферромагнитной втулкой, закрепленной соосно с ротором на его верхней крышке, на верхнем торце магнита установлено ферромагнитное кольцо, толщина которого равна 0,1…0,4 толщины магнита, причем внутренний диаметр ферромагнитного кольца совпадает с внутренним диаметром магнита, а его наружный диаметр составляет 1,2…1,5 среднего диаметра магнита.

Патент России №2265757, МПК В04В 9/12, F16C 32/04, опубл. 10.12.2005.

Данные магнитные опоры позволяют уменьшить давление на нижнюю опору и уменьшить массу и габариты магнитной опоры, но не обеспечивают ее достаточную радиальную жесткость и прочность.

Задача, которая решается настоящим изобретением, состоит в создании простой и одновременно более эффективной конструкции верхней магнитной опоры, обеспечивающей ее радиальную жесткость и прочность, и надежность работы газовой центрифуги.

Поставленная задача достигается тем, что в магнитной опоре вертикального ротора, включающей 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.

Кроме того, на конической части образующей выполнена одна или несколько винтовых канавок, направление которых выбрано в зависимости от направления вращения ротора.

Кроме того, винтовые канавки выполнены переменной глубины, уменьшающейся от верхней части ферромагнитной втулки к ее низу.

Кроме того, ферромагнитная втулка выполнена состоящей из основной гладкой втулки и напрессованной конической втулки, при этом коническая втулка может иметь различное количество винтовых канавок и различный угол их наклона.

Кроме того, установлен дополнительный многополюсный магнит, охватывающий с зазором ферромагнитную втулку.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - продольный разрез ротора с магнитной опорой.

Фиг. 2 - продольный разрез ротора с дополнительной магнитной опорой.

Фиг. 3 - ферромагнитная втулка.

Фиг. 4 - разрез А-А.

Полый тонкостенный вертикальный ротор 1, установленный в герметичном корпусе 2, опирается на нижний механический подшипник, включающий иглу 3, опирающуюся на подпятник 4.

Магнитная опора включает установленные соосно вертикальному ротору 1 аксиально намагниченный кольцевой магнит 5 с полюсным наконечником 6, расположенные на крышке герметичного корпуса 2, и расположенную напротив нижнего торца магнита 5 коническую ферромагнитную втулку 7 высотой Н, установленную на верхней крышке тонкостенного вертикального ротора 1.

Внутри герметичного корпуса 2 соосно ротору 1 расположено осевое уплотнение 8 молекулярного насоса, охватывающее с зазором ферромагнитную втулку 7.

У нижнего торца ферромагнитной втулки 7 выполнен радиальный кольцевой выступ, выше которого расположена коническая образующая поверхность в форме обратного усеченного конуса.

На конической части образующей ферромагнитной втулки 7 выполнена одна или несколько винтовых канавок, с различным углом наклона, имеющих левое или правое направление, в зависимости от направления вращения ротора газовой центрифуги. Винтовые канавки имеют переменную глубину, уменьшающуюся от верхней части ферромагнитной втулки к ее низу.

Ферромагнитная втулка может быть выполнена составной из основной гладкой втулки и напрессованной конической втулки, при этом коническая втулка может иметь различное количество винтовых канавок и различный угол их наклона.

В магнитной опоре может быть установлен дополнительный многополюсный магнит 9, охватывающий с зазором ферромагнитную втулку 7.

Магнитная опора работает следующим образом.

Коническая форма ферромагнитной втулки 7 наилучшим образом соответствует распределению магнитной индукции в магнитной опоре, при этом не нарушаются существующие габариты изделия, сложившиеся в результате эксплуатации.

В случае установки магнитной опоры в газовой центрифуге и при выполнении одной или нескольких винтовых канавок на конической части ферромагнитной втулки, например, левого направления при существующем направлении вращения газовой центрифуги, происходит ускоренная откачка из-за роторного пространства, и этот длительный процесс сокращается в несколько раз. При откачке имеется несколько режимов течения газа. При высоких давлениях имеет место вязкостный режим течения, когда поток существует только в направлении отрицательного градиента давления и определяющим является внутреннее трение в газе. При дальнейшем уменьшении давления явление внутреннего трения исчезает, поскольку молекулы чаще сталкиваются со стенками втулки и корпуса, чем между собой. Длина свободного пробега молекул возрастает. При достаточно низком давлении молекулы передвигаются независимо друг от друга. Благодаря тому, что отражение молекул от стенок системы имеет существенно диффузный характер, часть столкнувшихся со стенками молекул отразится обратно и таким образом возникает обратный поток. Молекулы газа при соударении с вращающейся втулкой за счет трения получают дополнительный импульс количества движения и перемещаются внутрь ротора. Глубина паза на роторной втулке уменьшается сверху вниз, что препятствует проникновению газа в обратном направлении и уменьшает противоток.

Благодаря наличию конусной части роторной ферромагнитной втулки, повышается ее жесткость и прочность и повышается надежность центрифуги.

Применение дополнительного многополюсного магнита обеспечивает дополнительную разгрузку нижней опоры.

Использование составной втулки экономически выгодно при необходимости изменения режима работы или при проведении различных испытаний.

1. Магнитная опора вертикального ротора, включающая 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, отличающаяся тем, что у нижнего торца ферромагнитной втулки выполнен радиальный кольцевой выступ, выше которого расположена коническая образующая поверхность в форме обратного усеченного конуса.

2. Магнитная опора вертикального ротора по п. 1, отличающаяся тем, что на конической части образующей выполнена одна или несколько винтовых канавок, направление которых выбрано в зависимости от направления вращения ротора.

3. Магнитная опора вертикального ротора по п.2, отличающаяся тем, что винтовые канавки выполнены переменной глубины, уменьшающейся от верхней части ферромагнитной втулки к ее низу.

4. Магнитная опора вертикального ротора по п. 1, отличающаяся тем, что ферромагнитная втулка выполнена состоящей из основной гладкой втулки и напрессованной конической втулки, при этом коническая втулка может иметь одну или несколько винтовых канавок и различный угол их наклона.

5. Магнитная опора вертикального ротора по п. 1, отличающаяся тем, что установлен дополнительный многополюсный магнит, охватывающий с зазором ферромагнитную втулку.



 

Похожие патенты:

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

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.

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.

Группа изобретений относится к машиностроению и, преимущественно, к демпфированию колебаний быстровращающихся роторов, турбин, центробежных компрессоров, генераторов, турбомолекулярных насосов, накопителей энергии и подобных устройств.

Изобретение относится к центробежному сепаратору и предназначено для сепарации, по меньшей мере, первого компонента и второго компонента из подаваемой среды, которая может быть в жидкой или газовой фазе и может содержать различные типы материалов в виде твердых частиц.

Изобретение относится к машиностроению, касается конструкции верхней магнитной опоры вертикальных быстровращающихся роторов и может быть использовано в газовых центрифугах с центральным газовым коллектором.

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно к магнитным опорам высокооборотных роторов с вертикальной осью вращения, например роторов - накопителей энергии, центрифуг, гироскопов и подобных устройств.

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно к демпфированию колебаний быстровращающихся роторов, турбин, центробежных компрессоров и подобных устройств.

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов, накопителей энергии, центрифуг. .

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей и, в частности, к промышленным группам газовых центрифуг в виде многоагрегатных стендов, отсекаемых групп, секций, блоков заводов по разделению изотопов урана или стабильных изотопов.

Изобретение относится к роторным установкам с вертикальной осью вращения ротора с газостатическими, газодинамическими, гидростатическими или гидродинамическими опорными узлами рабочего органа и может найти применение в различных областях машиностроения: центробежная техника (дробилки, мельницы, сепараторы, центрифуги, центробежные литейные машины и др.), электроэнергетика (электрогенераторы), турбостроение, станкостроение, двигателестроение и в других установках с роторным рабочим органом на опорной подушке из текучей среды.

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов, гироскопов, накопителей энергии, центрифуг, генераторов, турбомолекулярных насосов и подобных устройств.

Изобретение относится к верхним магнитным опорам высокооборотных роторов с вертикальной осью вращения, посредством которых роторы удерживаются в вертикальном положении, например, роторов накопителей энергии, центрифуг, гироскопов и подобных устройств.

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.
Наверх