Подшипниковый узел



Подшипниковый узел
Подшипниковый узел
Подшипниковый узел

 


Владельцы патента RU 2605227:

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

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 энергетическим машинам, выполненным в несмазываемом исполнении, содержащим полости низкого и высокого давления (компрессорные машины, авиационные двигатели, насосы и т.п.).

Известен магнитный подвес ротора устройства, содержащий размещенные в цилиндрическом корпусе радиальную и аксиальную электромагнитные опоры, блоки аксиальных и радиальных датчиков положения ротора, закрепленный на корпусе съемный фланец для фиксации осевого положения страховочного подшипника, смонтированного внутри фланца (патент РФ, 2037685, кл. F16С 32/04, 1995).

Недостатками данного изобретения являются энергозависимость, сложность конструкции подшипника и системы управления электромагнитных сил, наличие дублирующих немагнитных подшипников, что в целом снижает надежность машины, резко увеличивает массогабаритные характеристики машины и обслуживающих ее систем.

Также известен шпиндельный узел, который содержит корпус, выполненный в виде трубы с торцевыми стенками, одна из которых, крышка, располагается в непосредственной близости к режущему инструменту, а вторая, фланец, располагается в непосредственной близости у турбинного колеса привода. Шпиндель установлен с возможностью вращения в подшипниках, радиальных и упорных, расположенных на противоположных концах шпинделя. В радиальном газостатическом подшипнике, который расположен со стороны инструмента, установлен магнитопровод, который совместно с подшипником образует газомагнитный подшипник (патент РФ, 2449185, кл. F16С 32/04, 2012).

Недостатком данного изобретения является невозможность компенсации сил со стороны ротора при изменении их направления воздействия на подшипник, что снижает ресурс данного узла и надежность энергетической машины. Также к недостаткам можно отнести сложность конструкции подшипника, в связи с наличием газовой смазки подшипника.

Известно также устройство разгрузки опор вращающегося вала, содержащее опоры вращения, предназначенные для установки в них вала, средство контроля положения вала, выполненное, по крайней мере, в виде трех равномерно расположенных по окружности датчиков, средство перемещения, включающее по крайней мере, три равномерно расположенные по окружности механизма нагружения, причем датчики и механизмы нагружения установлены со смещением от опоры вдоль ее оси, а исполнительные звенья механизмов нагружения размещены в плоскости, перпендикулярной оси опор (авторское свидетельство СССР, 1650972, кл. F16С 39/06, 1963).

Недостатком данного изобретения является механический контакт элементов устройства разгрузки с ротором, что увеличивает потери мощности на механическое трение в энергетической машине, а также увеличивает изнашивание средства компенсации сил со стороны ротора, что снижает долговечность данного устройства и энергетической машины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является подшипниковый узел (патент РФ, 2347960, кл. F16С 32/04, 2009), содержащий вал, установленный в газостатическом подшипнике, камеру, находящуюся в корпусе подшипника, отверстия, выполненные во вкладышах подшипника. Узел также дополнительно содержит соленоид, установленный на валу, и магнит, по крайней мере более одного, установленный между отверстиями вкладыша подшипника.

Указанное устройство позволяет обеспечить меньшее изменение толщины газового слоя. Недостатками прототипа являются: необходимость наличия системы газовой смазки подшипника; отсутствие компенсации нагрузок со стороны роторов, которые изменяют свое значение и направление при различной ориентации машины в пространстве, в том числе переменной во времени. Таким образом, указанные факторы приводят к усложнению конструкции узла, снижению его ресурса, и, как следствие, надежности энергетической машины.

Техническим результатом данного изобретения является увеличение надежности и 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.

Указанный технический результат достигается тем, что подшипниковый узел дополнительно содержит упругий элемент, регулирующий дроссельный элемент, каналы, полости низкого и высокого давления, а подшипник выполнен несмазываемым из полимерного материала, при этом постоянный магнит расположен в камере таким образом, что делит ее на два изолированных, симметрично расположенных относительно постоянного магнита объема, один из которых с одной стороны объединен с полостью высокого давления каналом, содержащим регулирующий дроссельный элемент, а с другой стороны объединен каналом с отверстием, выполненным во вкладыше подшипника, расположенного симметрично камере относительно несущей поверхности вала и объединенного каналами с полостью низкого давления, другой изолированный объем со стороны несущей поверхности вала объединен каналами с полостью низкого давления и содержит упругий элемент, причем камера, упругий элемент, магнит, отверстие, выполненное в подшипнике, расположенном диаметрально камере, регулирующий дроссельный элемент и каналы образуют узел разгрузки, при этом количество узлов разгрузки по крайней мере более одного.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез подшипникового узла; на фиг. 2, 3 изображены схемы действия сил.

Подшипниковый узел включает в себя вал 1, установленный в подшипнике 2, камеру 3, находящуюся в корпусе подшипника, отверстия, выполненные во вкладышах подшипника 4, и магнит 5, установленный между вкладышами подшипника, упругий элемент 6, регулирующий дроссельный элемент 7, каналы 8, 9, полости низкого и высокого давления рабочего тела (газа) (на схеме показаны условно). При этом подшипник 4 выполнен несмазываемым из полимерного материала, а магнит 5 не требует внешнего источника питания. Узел разгрузки состоит из магнита 5, расположенного в камере 3 таким образом, что делит ее на два изолированных, симметрично расположенных относительно магнита объема 10 и 11, один из которых 10 с одной стороны объединен с полостью высокого давления каналом 9, содержащим регулирующий дроссельный элемент 7, который поддерживает необходимое давление в камере, а с другой стороны объединен каналом 8 с отверстием, выполненным во вкладыше подшипника 4, расположенного симметрично камере 3, относительно несущей поверхности вала и объединенного каналами 12 с полостью низкого давления, другой изолированный объем 11 со стороны несущей поверхности вала объединен каналами 13 с полостью низкого давления и содержит упругий элемент 6.

Подшипниковый узел в энергетической машине работает следующим образом. При работе энергетической машины радиальные подшипники воспринимают радиальные силы, обусловленные газовой силой и силой тяжести. При этом в случае изменения либо режима работы, либо пространственной ориентации машины, радиальные силы меняют свое значение как по величине, так и по направлению. Изменение величины и направления нагрузки вызовет изменение величины рабочего зазора между поверхностью ротора и поверхностью вкладыша. При перекрытии валом 1 (Фиг. 2) отверстия 14 во вкладыше 4 в камере 3, расположенной симметрично несущей поверхности вала и соединенной каналом 9 с полостью высокого давления, возрастает давление, что приводит к деформации упругого элемента 6 и уменьшению расстояния между магнитом 5 и несущей поверхностью вала 1. Это приводит к увеличению силы Fмаг, с которой магнит 5 притягивает вал 1 в направлении, противоположном действующим нагрузкам со стороны вала на вкладыш Fнапр, при этом величина результирующей силы Fрез существенно меньше величины нагружающего усилия Fнагр. При изменении ориентации энергетической машины в пространстве суммарная нагружающая сила со стороны вала изменит свое направление. Например, вал 1 находится между двумя вкладышами 4-I и 4-II (Фиг. 3). Вал частично перекрывает отверстия 12-I и 12-II во вкладышах 4-I и 4-II, при этом отверстие 12-III полностью открыто, тогда в камерах 10-I и 10-II возрастает давление и упругие элементы 6-I и 6-II деформируются, тем самым магниты 5-I и 5-II приближаются к валу и возрастают силы FмагI и FмагII, а магнит 5-III находится в крайнем положении при полностью разжатом упругом элементе 6-III, в результате чего FмагIII практически не оказывает влияние на ротор 1. Результирующая от действия сил FмагI и FмагII направлена в противоположную сторону от нагружающего усилия Fнагр, действующего со стороны ротора на подшипник, при этом FмагΣ частично либо полностью компенсирует Fнагр.

При разгрузке радиальных подшипников за счет сил, создаваемых постоянными магнитами, расположенными в подшипниковом узле, увеличиваются надежность и ресурс радиальных подшипников при переменных во времени нагружающих усилиях как по модулю, так и по направлению, в том числе при изменении режима работы энергетической машины или изменении ее ориентации в пространстве.

Подшипниковый узел, содержащий вал, установленный в подшипнике, камеру, находящуюся в корпусе подшипника, отверстия, выполненные во вкладышах подшипника, и постоянный магнит, установленный между вкладышами подшипника, отличающийся тем, что подшипниковый узел дополнительно содержит упругий элемент, регулирующий дроссельный элемент, каналы, полости низкого и высокого давления, а подшипник выполнен несмазываемым из полимерного материала, при этом постоянный магнит расположен в камере таким образом, что делит ее на два изолированных, симметрично расположенных относительно постоянного магнита объема, один из которых с одной стороны объединен с полостью высокого давления каналом, содержащим регулирующий дроссельный элемент, а с другой стороны объединен каналом с отверстием, выполненным во вкладыше подшипника, расположенного симметрично камере относительно несущей поверхности вала и объединенного каналами с полостью низкого давления, другой изолированный объем со стороны несущей поверхности вала объединен каналами с полостью низкого давления и содержит упругий элемент, причем камера, упругий элемент, магнит, отверстие, выполненное в подшипнике, расположенном диаметрально камере, регулирующий дроссельный элемент и каналы образуют узел разгрузки, при этом количество узлов разгрузки по крайней мере более одного.



 

Похожие патенты:

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

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 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.

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 бесконтактным опорным узлам с электромагнитными подшипниками, и может быть использовано при создании высокооборотных роторных агрегатов.

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

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.

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.

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).

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

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

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 электротехнике, а именно к высокоскоростным электромеханическим преобразователям энергии на гибридных магнитных подшипниках. Определяют скорость вращения ротора электромеханического преобразователя энергии, измеряют напряжения на обмотках статора, сравнивают со значениями, заложенными в программу блока управления электромагнитными подшипниками, и при приближении к значению напряжения, соответствующему диапазону критической частоты вращения ротора, импульсно повышают ток на обмотках электромагнитных подшипников, смещая диапазон критических частот для данного ротора. При прохождении зоны критических частот, заложенных в программе блока управления электромагнитными подшипниками, ток на обмотках электромагнитных подшипников возвращают к номинальному значению, возвращая жесткость гибридных магнитных подшипников к номинальным значениям. Технический результат состоит в повышении точности автоматического регулирования жесткости гибридного магнитного подшипника в зоне критической скорости вращения ротора при максимальной надежности конструкции высокоскоростного электромеханического преобразователя энергии на гибридных магнитных подшипниках. 2 ил., 1 табл.
Наверх