Способ разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с нагрузочной массой и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2646408:

Общество с ограниченной ответственностью "Кировский завод электромагнитов "ДимАл" (RU)

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.

Известны электрические машины, использующие опоры с газовой смазкой для бесконтактного удержания вращающегося ротора (см. Опоры скольжения с газовой смазкой. Под редакцией С.А. Шейнберга. - М.: Машиностроение, 1979). В таких машинах, имеющих цилиндрический статор с уложенной в его пазах трехфазной электрической обмоткой, ротор, насаженный на вал, верхняя нижняя цапфы которого в радиальном направлении удерживаются посредством радиальных подшипников, а нижняя цапфа которого опирается на упорный механический подшипник, сила левитации создается газом, который подается в рабочий зазор под давлением, либо движущимся потоком газа, возбуждаемым самим левитирующим телом.

Применение газа как смазочной среды снимает многие ограничения, связанные с температурой, высокими и малыми скоростями, загрязнением окружающей среды и т.д.

Основным недостатком таких машин является необходимость в наличии компрессора, обеспечивающего нагнетание газа в рабочий зазор.

Отмеченного недостатка лишен центробежный нагнетатель с газодинамическими упорными подшипниками со спиральными канавками (см. Газовая смазка подшипников. Сб. докладов на совещании по газовой смазке подшипников. М.: Институт машиностроения. – 1968. - 312 с.). Устройство имеет на подпяточных поверхностях области, профилированные спиральными канавками. Эти канавки представляют собой как бы встроенные микрокомпрессоры, которые обеспечивают повышение давления в несущем смазочном слое и позволяют создавать направленный поток газа от одной границы подшипника к другой.

Основным недостатком указанного устройства является то, что левитационная способность упорного газодинамического подшипника со спиральными канавками в связи с малой вязкостью газов резко уменьшается с увеличением зазора между подпяточной и упорной поверхностями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с большой нагрузочной массой, заключающийся в том, что весовому усилию вала создают нарастающее встречное усилие с началом вращения вала.

Указанный способ реализует вертикальный электродвигатель с газодинамической левитацией ротора, содержащий цилиндрический ротор, насаженный на вал, верхняя и нижняя цапфы которого установлены в радиальных подшипниках, жестко закрепленных в торцевых фланцах внешнего статора, на внутренней поверхности которого уложена трехфазная электрическая обмотка, нижняя цапфа которого опирается на упорный механический подшипник, при этом на верхнюю цапфу вала ротора насажен воздушный винт (см. Патент RU на полезную модель №14703, М.Кл.: Н02К 29/00, 2000 год).

Недостатком указанных способа и устройства является то, что весовому усилию вала создают нарастающее встречное усилие с началом вращения вала. В момент начала вращения вала опорный подшипник не разгружен.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разгрузка опорного подшипника до начала вращения вала или в момент начала его вращения с обеспечением возможности регулирования величины компенсации веса вала с нагрузочной массой.

Поставленный технический результат достигается тем, что для разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с нагрузочной массой, заключающейся в том, что весовому усилию вала создают встречное усилие, усилие, направленное встречно весовому усилию, создают до начала вращения вала.

Устройство для реализации предложенного способа, содержащее вал с нагрузочной массой, опорный и радиальные подшипники, дополнительно содержит жестко установленный электромагнит с возможностью взаимодействия с дополнительно введенным ярмом, жестко установленным на нижней цапфе вала.

На чертеже схематично приведено устройство для реализации предлагаемого способа разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с нагрузочной массой, где позицией 1 показан вал с нагрузочной массой 2, например, 60 тонн, например телескоп, антенна радиолокатора, гидроагрегат и т.д., подшипниковый узел 3, включающий радиальный и опорный подшипники, радиальный подшипник 4, ярмо 5, выполненное из магнитомягкого материала, жестко установленное на нижней цапфе вала, и электромагнит 6. Связь вала 1 с приводным электродвигателем, например, через редуктор или непосредственно (вал является элементом электродвигателя) не показана. Электромагнит 6 может быть снабжен регулируемым источником тока (на чертеже не показан).

Устройство работает следующим образом.

До включения электродвигателя включают электромагнит. Между электромагнитом 6 и ярмом 5 возникает сила, частично или почти полностью компенсирующая вес вала 1 с нагрузочной массой 2. После этого включается электродвигатель. Этим самым обеспечивается разгрузка опорных подшипников.

Повышение надежности разгрузки опорного подшипника за счет включения усилий, компенсирующих вес вала и нагрузочной массы, до включения электродвигателя, а также обеспечение возможности регулирования величины компенсации веса вала с нагрузочной массой является достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.

1. Способ разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с нагрузочной массой, заключающийся в том, что весовому усилию вала создают встречное усилие, отличающийся тем, что усилие, направленное встречно весовому усилию, создают до начала вращения вала.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее вал с нагрузочной массой, опорный и радиальные подшипники, отличающееся тем, что дополнительно содержит жестко установленный электромагнит с возможностью взаимодействия с дополнительно введенным ярмом, жестко установленным на нижней цапфе вала.

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.

Способ управления работой гибкого ротора на электромагнитных подшипниках и система для его осуществления // 2618001

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.

Магнитный подшипник с компенсацией силы // 2617911

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.

Магнитный подшипник и способ установки ферромагнитной структуры вокруг сердечника магнитного подшипника // 2607921

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.

Подшипниковый узел // 2605227

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

Радиальный магнитный подшипниковый узел // 2579369

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

Устройство осевого подшипника с повышенным коэффициентом заполнения активной сталью // 2557350

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).

Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии // 2557333

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.

Сверхпроводящий магнитный подвес для кинетического накопителя энергии // 2551864

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.

Способ работы управляемого газомагнитного подшипникового узла и подшипниковый узел // 2545146

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.