Магнитная опора с дополнительной магнитной системой

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к магнитным опорам быстровращающихся роторов, например роторов газовых центрифуг, накопителей энергии, генераторов, гироскопов и подобных устройств. Магнитная опора устройства с ротором, имеющим механическую контактную пару между вращающимися и невращающимися элементами устройства, содержит дополнительную систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором на расстоянии от механической контактной пары, при котором взаимным осевым перемещением данных постоянных магнитов при работе устройства можно пренебречь. При этом на вращающейся части-роторе установлен один или несколько магнитов, на неподвижной части установлен один или несколько ответных магнитов. Техническим результатом является снижение нагрузки на нижнюю опору, повышение надежности и долговечности работы. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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

Существует большое многообразие предложений по построению магнитных опор на постоянных магнитах. Магнитные опоры многофункциональны и позволяют решить многие проблемы, например, разгрузку нижней опоры от осевой нагрузки, обеспечение бесконтактной радиальной жесткой связи ротора с неподвижной частью, центровку ротора относительно корпуса.

При увеличении веса ротора, а также при его продольных деформациях в процессе эксплуатации, нагрузка на нижнюю опору может превышать допустимые величины, так как силы взаимодействия в магнитной опоре ограничены тяговыми характеристиками магнитной опоры и реализуемыми эксплуатационными магнитными зазорами.

Известна магнитная опора ротора, 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, примыкающего к нижнему торцу магнита (патент ФРГ №1071593, B04B 9/12, опубл. 09.06.1960 г.).

Данная магнитная опора обеспечивает вращение ротора без механических контактов с элементами верхней части корпуса, разгружает нижнюю опору и стабилизирует положение оси вращения ротора за счет радиальной жесткости, обусловленной действием симметричного магнитного поля. Однако изменение магнитного зазора между полюсным наконечником и роторной втулкой приводит к существенному изменению величины нагрузки на нижнюю опору. Кроме того, при увеличении массы ротора для снижения нагрузки на нижнюю опору применяются магниты увеличенных типоразмеров, что приводит к удорожанию магнитной опоры.

Известна также магнитная опора вертикального ротора газовой центрифуги, в которой для усиления бесконтактной радиальной жесткой связи с неподвижной частью помимо основного магнита применен дополнительный магнит, установленный на наружной трубке газового коллектора, сила которого направлена против направления притяжения основного магнита (патент RU №2115481, МПК В04В 5/08, В04В 9/12, B01D 59/20, опубл. 20.07.1998).

Такая магнитная опора усиливает поперечную жесткую связь, но обладает еще большей чувствительностью к осевым перемещениям элементов опоры, а также сложна при сборке.

Задача данного изобретения состоит в создании магнитной опоры, которая может обеспечить требуемую нагрузку на нижнюю опору, для широкого диапазона величин массы ротора, обеспечивающей работоспособность быстровращающихся роторов в процессе разгона и эксплуатации, повышение надежности и долговечности работы, а также снижению ее себестоимости.

Поставленная задача достигается тем, что магнитная опора устройства с ротором, имеющим механическую контактную пару между вращающимися и невращающимися элементами устройства, содержит дополнительную систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором, на расстоянии от механической контактной пары, при котором взаимным осевым перемещением данных постоянных магнитов при работе устройства можно пренебречь, при этом на вращающейся части-роторе установлен один или несколько магнитов, на неподвижной части установлен один или несколько ответных магнитов.

Кроме того, конфигурация магнитного поля дополнительной магнитной системы может обеспечивать как положительное, так и отрицательное осевое взаимодействие.

Кроме того, сечение магнитов может иметь произвольную форму, представляющую различные геометрические фигуры и их комбинации, например прямоугольную.

Кроме того, магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью, например из сплава системы неодим-железо-бор.

Кроме того, вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот, при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.

Изобретение поясняется чертежом.

Фиг. 1 - продольный разрез ротора.

Магнитная опора ротора расположена в устройстве, в котором ротор 1 установлен в неподвижном корпусе 2, в качестве механической контактной пары игла 3, опирающаяся на подпятник 4. В крышке 5 корпуса 2 установлен магнит 6 с полюсным наконечником 7, на крышке 8 ротора 1 расположена ферромагнитная втулка 9. На роторе 1 установлен вращающийся магнит 10, на неподвижной части установлен ответный магнит 11. Вращение обеспечивается электроприводом 12. Взаимное расположение магнитов 10 и 11 выбирается (или рассчитывается) таким образом, чтобы параметры магнитной опоры - нагрузка на нижнюю опору, а следовательно, момент трения и величина бесконтактной радиальной жесткой связи были оптимальны для определенной величины массы ротора.

Конфигурация магнитного поля дополнительной системы магнитов может обеспечивать как положительное, так и отрицательное осевое взаимодействие.

Магниты, как вращающиеся, так и неподвижные, могут состоять из нескольких колец, сцепленных на притяжение.

Сечение магнитов может иметь произвольную форму, представляющую различные геометрические фигуры и их комбинации, например прямоугольную.

Магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью, например из сплава системы неодим-железо-бор.

Вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот, при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.

Магнитная опора работает следующим образом.

Опирающийся иглой 3 на подпятник 4 ротор 1 удерживается в центральном положении благодаря бесконтактной радиальной жесткой связи элементов верхней магнитной опоры. При этом осевая сила взаимодействия элементов верхней опоры частично разгружает подпятник 4 от веса ротора, уменьшая трение в механической контактной паре и износ ее элементов. Осевая сила взаимодействия дополнительной магнитной системы может быть направлена вверх и может регулироваться в широких пределах изменением взаиморасположения магнитов, величины зазора между магнитами, количеством магнитов, материалом магнитов. Радиальная сила взаимодействия также может корректироваться. Нагрузка на подпятник изменяется на величину силы осевого взаимодействия дополнительной магнитной системы, поэтому магнит 6 верхней опоры может быть выполнен в значительно меньших габаритах, что снижает стоимость устройства.

Габариты дополнительной магнитной системы малы при значительных величинах силы осевых взаимодействий. Таким образом, основную функцию верхней опоры - разгрузку нижней опоры - выполняет дополнительная магнитная система. При этом существенно снижается влияние осевых перемещений ферромагнитной втулки 9 на величину осевого взаимодействия верхней магнитной опоры. Осевое взаимодействие дополнительной магнитной системы неизменно при разгоне и эксплуатации, поскольку отсутствуют осевые перемещения вращающегося магнита.

Во время разгона и на рабочем режиме ротор может совершать колебания. В случае выполнения магнитов из материала с высокой электропроводностью возможна реализация демпфирования колебаний за счет вихревых токов, возникающих в магнитах.

По сравнению с известными магнитными опорами, повышается эффективность использования магнитов за счет более полного использования энергии магнитного потока.

1. Магнитная опора устройства с ротором, имеющим механическую контактную пару между вращающимися и невращающимися элементами устройства, отличающаяся тем, что опора содержит дополнительную систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором на расстоянии от механической контактной пары, при котором взаимным осевым перемещением данных постоянных магнитов при работе устройства можно пренебречь, при этом на вращающейся части-роторе установлен один или несколько магнитов, на неподвижной части установлен один или несколько ответных магнитов.

2. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что конфигурация магнитного поля дополнительной системы магнитов может обеспечивать как положительное, так и отрицательное осевое взаимодействие.

3. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что сечение магнитов может иметь произвольную форму.

4. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью.

5. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот, при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.



 

Похожие патенты:

Изобретение касается способа компенсации по меньшей мере одного низкочастотного механического возмущающего колебания, которое создается в роторе (11) активного магнитного подшипника (1) вследствие действия на ротор (1) возмущающей силы (103).

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Отличие по первому варианту гибридного магнитного подшипника с использованием сил Лоренца состоит в том, что введены две управляющие m-фазные обмотки, расположенные одна над другой, при этом нижняя m-фазная обмотка выполнена со скосом, а верхняя m-фазная обмотка - без скоса, на левом конце вала установлен радиально аксиальный магнитный подшипник на постоянных магнитах, состоящий из внутреннего и внешнего наборов радиальных магнитных колец, установленных концентрично относительно друг друга с воздушным зазором, и аксиального магнитного кольца, установленного с радиальным воздушным зазором относительно вала и аксиальным воздушным зазором относительно внутреннего и внешнего наборов радиальных магнитных колец, а на правом конце вала - радиальный магнитный подшипник на постоянных магнитах, состоящий из внутреннего и внешнего наборов радиальных магнитных колец, установленных концентрично относительно друг друга с воздушным зазором, при этом наборы внутренних постоянных магнитов запрессованы в бандажную втулку, которая выполнена из электропроводящего материала и выполняет функцию пассивного демпфера.

Варианты выполнения изобретения, в целом, относятся к изолированным магнитным узлам, способам продувки зазора между изолирующей обоймой магнитного узла и частью машины, к роторным машинам и установкам по переработке нефти и газа.

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.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве подвеса ротора электрических машин. Технический результат заключается в повышении надежности.

Изобретение относится к машине с улавливающим подшипником гибридной конструкции. Машина содержит статор (1) и ротор (2).

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.

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.

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.

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.

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 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.

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 машиностроению, преимущественно к магнитным опорам быстровращающихся роторов, например роторов газовых центрифуг, накопителей энергии, генераторов, гироскопов и подобных устройств. Магнитная опора устройства с ротором, имеющим механическую контактную пару между вращающимися и невращающимися элементами устройства, содержит дополнительную систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором на расстоянии от механической контактной пары, при котором взаимным осевым перемещением данных постоянных магнитов при работе устройства можно пренебречь. При этом на вращающейся части-роторе установлен один или несколько магнитов, на неподвижной части установлен один или несколько ответных магнитов. Техническим результатом является снижение нагрузки на нижнюю опору, повышение надежности и долговечности работы. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх