Магнитный подшипниковый узел для ротационной машины и турбомашина, содержащая такой узел

Изобретение относится к подшипникам, в особенности к магнитным подшипникам, используемым в ротационных машинах, имеющих ротор. Магнитный подшипниковый узел (10) для ротационной машины имеет роторный вал (12), причем указанный узел содержит магнитопровод (18) статора, прикрепленный к неподвижному опорному элементу (26) и содержащий по меньшей мере один элемент (22) из ферромагнитного материала и по меньшей мере одну катушку (20), причем указанный ферромагнитный элемент и указанная по меньшей мере одна катушка помещены в защитный кольцевой корпус (24), оставляя открытыми поверхность (22а) вращения указанного ферромагнитного элемента (22) и поверхность (20а) вращения указанной по меньшей мере одной катушки (20). Магнитный подшипниковый узел (10) содержит упорное кольцо (16), прикрепленное к роторному валу (12) и радиально проходящее к магнитопроводу (18) статора своей радиальной частью (16b). Радиальная часть (16b) обращена к открытым поверхностям (20а, 22а) указанного ферромагнитного элемента (22) и указанной по меньшей мере одной катушки (20). Упорное кольцо (16) имеет по меньшей мере один проточный канал (30, 32). Технический результат - создание магнитного подшипникового узла, в котором увеличен охлаждающий поток, при этом проточные каналы облегчают нагнетание потока текучей среды, увеличивая охлаждение активного магнитного подшипника, и магнитный подшипник, таким образом, снабжен внутренней вентиляцией. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к подшипникам, в особенности к магнитным подшипникам, используемым в ротационных машинах, имеющих ротор.

В частности, настоящее изобретение относится к осевым упорным активным магнитным подшипникам, имеющим электромагнитные элементы, расположенные в радиальном направлении и приспособленные работать совместно с упорным кольцом, прикрепленным к ротору.

В осевых магнитных подшипниках используются электромагнитные силы, действующие в противоположных направлениях на упорное кольцо, чтобы поддерживать относительное положение вращающегося узла (ротора) по отношению к неподвижному компоненту (статору). Упорное кольцо обычно является плоским сплошным ферромагнитным диском, прикрепленным к ротору. Дискообразные электромагнитные элементы расположены с обеих сторон упорного кольца и крепятся болтами к корпусу ротационной машины с образованием активного осевого магнитного подшипника.

Использование магнитных подшипников в ротационных машинах становится все более и более широко распространенным, в особенности, в случае коррозионных или горячих текучих сред. Внутренняя вентиляция магнитного подшипника, таким образом, является важной для увеличения срока службы подшипника.

Трение, создаваемое относительным движением упорного кольца относительно электромагнитных элементов, создает радиальный поток текучей среды, что ведет к охлаждению магнитного подшипника.

Однако такой поток зависит от трения между двумя компонентами и от скорости вращения ротора и, таким образом, не является надежным. Кроме того, из-за неопределенности в распределении давления может появиться обратное течение, которое приведет к недостатку радиального потока текучей среды.

Современные осевые магнитные подшипники не обеспечивают достаточной внутренней вентиляции, так что потока текучей среды оказывается недостаточным для охлаждения магнитного подшипника.

Цель изобретения состоит в устранении отмеченных выше недостатков.

Практическая цель изобретения состоит в создании осевого магнитного подшипникового узла, имеющего увеличенный охлаждающий поток, в то же время, легкого в изготовлении.

Другой целью изобретения является обеспечение рециркуляции потока охлаждающей текучей среды, даже в случае слабого перепада давления внутри подшипника.

В одном варианте выполнения магнитный подшипниковый узел для ротационной машины, имеющей роторный вал, содержит магнитопровод статора, прикрепленный к неподвижному опорному элементу и содержащий, по меньшей мере, один элемент из ферромагнитного материала и, по меньшей мере, одну катушку, при этом указанный ферромагнитный элемент и указанная катушка помещены в защитный кольцевой корпус, оставляя незакрытыми поверхность вращения указанного ферромагнитного элемента и поверхность вращения указанной одной катушки, причем магнитный подшипниковый узел содержит упорное кольцо, прикрепленное к роторному валу и проходящее в радиальном направлении к магнитопроводу статора своей радиальной частью, которая обращена к незакрытым поверхностям указанного ферромагнитного элемента и указанной по меньшей мере одной катушки.

Упорное кольцо имеет, по меньшей мере, один проточный канал.

Такие проточные каналы облегчают нагнетание потока охлаждающей текучей среды, увеличивая охлаждение магнитного подшипника.

Преимущественно, указанный по меньшей мере один проточный канал проходит от внешней цилиндрической поверхности указанной радиальной части к роторному валу.

В одном варианте выполнения указанный по меньшей мере один проточный канал является канавкой, выполненной, по меньшей мере, на одной из боковых поверхностей радиальной части упорного кольца.

В другом варианте выполнения указанный по меньшей мере один проточный канал является канавкой, расположенной внутри радиальной части упорного кольца.

Например, указанная канавка является наклонной и/или радиальной и может выходить на внешнюю цилиндрическую поверхность роторного вала.

Преимущественно, указанная канавка может проходить радиально и тангенциально.

В одном варианте выполнения подшипниковый узел содержит несколько проточных каналов.

Преимущественно, магнитопровод статора содержит два элемента из ферромагнитного материала, каждый из которых обращен к одной боковой поверхности указанной радиальной части упорного кольца.

Подшипник является, например, осевым магнитным подшипником.

Согласно другому аспекту изобретения, турбомашина содержит статор, ротор, который установлен с возможностью вращения в указанном статоре, и, по меньшей мере, один магнитный подшипниковый узел, как описано выше, расположенный в радиальном направлении между ротором и статором.

Настоящее изобретение можно лучше понять, изучая подробное описание вариантов выполнения, рассматриваемых в качестве не ограничивающих примеров и иллюстрируемых приложенными чертежами, на которых

фиг. 1 является половинным осевым разрезом осевого магнитного подшипникового узла, установленного между двумя компонентами двигателя, согласно первому варианту выполнения изобретения;

фиг. 2 является половинным разрезом упорного кольца по линии II-II на фиг. 1, согласно первому варианту выполнения изобретения;

фиг. 3 является половинным видом упорного кольца, показанного на фиг. 1, установленного на роторе, согласно первому варианту выполнения изобретения;

фиг. 4 является половинным разрезом упорного кольца согласно второму варианту выполнения изобретения;

фиг. 5 является половинным видом упорного кольца, установленного на роторе, согласно второму варианту выполнения изобретения.

Следующее подробное описание примерных вариантов сделано со ссылкой на сопровождающие чертежи. Одинаковые номера позиций на различных чертежах обозначают одинаковые или подобные элементы. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе.

Как показано на фиг. 1, магнитный подшипник, обозначенный номером 10 позиции, предназначен для установки в ротационной машине (не показана), содержащей корпус или кожух, вращающийся вал 12, проходящий вдоль оси X-X и предназначенный для поддержки части ротора (не показан). Например, если ротационная машина является центробежным компрессором, часть ротора содержит рабочие колеса. Вращающийся вал 12 и присоединенная часть ротора образуют роторный узел.

Как показано на фиг. 1, подшипник 10 является подшипником осевого типа и предназначен поддерживать роторный вал 12 внутри корпуса статора. К осевому подшипнику 10 также может быть присоединен магнитный подшипник радиального типа (не показан), чтобы поддерживать вал 12.

Активный подшипник 10 содержит статорную арматуру 14, прикрепленную к корпусу статора, и роторную арматуру 16 или упорное кольцо, имеющее форму диска, прикрепленного к валу 12. Упорное кольцо 16 проходит радиально от осевой пластины 16а, прикрепленной к валу 12 ротора, в направлении магнитопровода 18 статора своей радиальной частью 16b, имеющей внешнюю цилиндрическую поверхность 16с и две боковых поверхности 16d, 16e.

Статорная арматура 14 содержит магнитопровод 18 статора, включающий, как правило, одну или более кольцевых катушек 20 и два ферромагнитных элемента 22, которые могут быть сплошными или ламинированными локально. В примере на фиг. 1 в каждом ферромагнитном элементе 22 заключены две кольцевых катушки 20. Статорная арматура 14 также содержит защитную кольцевую опору или кольцевой корпус 24, в который помещается магнитопровод 18, оставляя открытыми поверхность 22а вращения указанных ферромагнитных элементов 22 и поверхность 20а вращения всех катушек 20. Опора 24 прикреплена к неподвижному опорному элементу 26, который сам прикреплен к корпусу.

Как показано на чертеже, радиальная часть 16b упорного кольца 16 обращена к незакрытым поверхностям 20а, 22а, соответственно, каждого из ферромагнитных элементов 22 и каждой из катушек 20. Другими словами, магнитопровод 18 расположен так, что он обращен в осевом направлении к упорному кольцу 16, без механического контакта, оставляя осевой зазор 28 между упорным кольцом 16 и магнитопроводом 18.

Вал 12 может иметь ступенчатый профиль 12а для осевого позиционирования упорного кольца 16. Упорное кольцо 16 может, например, быть выполнено заодно целое с валом 12.

Как показано на фиг. 2 и 3, кольцо 16 имеет несколько канавок 30 на обеих радиальных боковых поверхностях 16d, 16е радиальной части 16b. Канавки 30 действуют как проточные каналы для текучей среды. Проточные каналы 30 проходят от внешней цилиндрической поверхности 16c радиальной части 16b к валу 12 и являются наклонными канавками, направленными радиально к валу 12, и выполнены на боковой поверхности 16d радиальной части 16b кольца 16. Как показано, канавки 30 направлены радиально и тангенциально к внешней поверхности 16с радиальной части 16b.

Как показано на фиг. 3, каналы 30 расположены на обеих боковых поверхностях 16d, 16е радиальной части 16b кольца 16. В альтернативном случае проточные каналы могут быть расположены на одной боковой поверхности кольца 16.

Как показано, каналы 30 выходят на осевую пластину 16а кольца 16. В альтернативном случае проточные каналы могут выходить на внешнюю цилиндрическую поверхность 12b вала 12. Текучая среда внутри турбомашины течет через воздушный зазор 28 и внутри каналов 30. Направление потока показано стрелкой F.

Такие каналы 30 увеличивают вентиляцию внутри магнитного подшипника и обеспечивают его охлаждение.

Вариант выполнения, показанный на фиг. 4 и 5, где одинаковые части имеют одинаковые номера позиции, по существу отличается от варианта выполнения, показанного на фиг. 2 и 3, расположением проточных каналов.

Как показано на фиг. 4 и 5, кольцо 16 имеет несколько канавок 32, расположенных внутри радиальной части 16b. Канавки 32 действуют как проточные каналы для текучей среды и выходят только на внешнюю цилиндрическую поверхность 16c радиальной части 16b. В альтернативном случае проточные каналы могут выходить на внешнюю цилиндрическую поверхность 12b вала 12.

Канавки 32 наклонены и радиально направлены к валу 12. Как показано, канавки 32 радиально и тангенциально направлены к внешней цилиндрической поверхности 16c радиальной части 16b.

Благодаря изобретению, в осевом магнитном подшипниковом узле увеличен охлаждающий поток.

Действительно, проточные каналы облегчают нагнетание потока текучей среды, увеличивая охлаждение активного магнитного подшипника. Магнитный подшипник, таким образом, снабжен внутренней вентиляцией.

1. Магнитный подшипниковый узел (10) для ротационной машины, имеющей роторный вал (12), причем указанный узел содержит магнитопровод (18) статора, прикрепленный к неподвижному опорному элементу (26) и содержащий по меньшей мере один элемент (22) из ферромагнитного материала и по меньшей мере одну катушку (20), причем указанный ферромагнитный элемент и указанная по меньшей мере одна катушка помещены в защитный кольцевой корпус (24), оставляя открытыми поверхность (22а) вращения указанного ферромагнитного элемента (22) и поверхность (20а) вращения указанной по меньшей мере одной катушки (20), причем указанный магнитный подшипниковый узел (10) содержит упорное кольцо (16), прикрепленное к роторному валу (12) и радиально проходящее к магнитопроводу (18) статора своей радиальной частью (16b), причем указанная радиальная часть (16b) обращена к открытым поверхностям (20а, 22а) указанного ферромагнитного элемента (22) и указанной по меньшей мере одной катушки (20), при этом упорное кольцо (16) имеет по меньшей мере один проточный канал (30, 32).

2. Магнитный подшипниковый узел по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один проточный канал (30, 32) проходит от внешней цилиндрической поверхности (16 с) указанной радиальной части (16b) к роторному валу (12).

3. Магнитный подшипниковый узел по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один проточный канал (30) является канавкой, выполненной по меньшей мере на одной из боковых поверхностей (16d, 16е) радиальной части (16b) упорного кольца (16).

4. Магнитный подшипниковый узел по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один проточный канал (32) является канавкой, выполненной внутри радиальной части (16b) упорного кольца (16).

5. Магнитный подшипниковый узел по п. 3, в котором указанная канавка (30, 32) является наклонной.

6. Магнитный подшипниковый узел по п. 3, в котором указанная канавка (30, 32) является радиальной.

7. Магнитный подшипниковый узел по п. 3, в котором указанная канавка (30, 32) имеет радиальное и тангенциальное направление.

8. Магнитный подшипниковый узел по п. 6, в котором указанная радиальная канавка выходит на внешней цилиндрической поверхности (12b) роторного вала (12).

9. Магнитный подшипниковый узел по п. 1, в котором он имеет несколько проточных каналов (30, 32).

10. Магнитный подшипниковый узел по п. 1, в котором магнитопровод (18) статора содержит два элемента (22) из ферромагнитного материала, каждый из которых обращен к одной боковой поверхности (16d, 16е) радиальной части (16b) указанного упорного кольца (16).

11. Магнитный подшипниковый узел по любому из предыдущих пунктов, в котором он является осевым магнитным подшипником.

12. Турбомашина, содержащая статор, ротор, установленный с возможностью вращения в указанном статоре, и по меньшей мере один магнитный подшипниковый узел (10) по любому из пп. 1-11, радиально расположенный между ротором и статором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к подшипникам, в частности к магнитным подшипникам, используемым в ротационных машинах, имеющих ротор. Магнитный подшипниковый узел для ротационной машины имеет обмотку (17) ротора и магнитную обмотку (18, 44) статора, закрепленную на неподвижном опорном элементе (26, 2), имеющем по меньшей мере один элемент, выполненный из ферромагнитного материала (22, 48), и по меньшей мере одну катушку (20, 46), при этом оба эти элемента установлены в защитном кольцевом корпусе (24, 50), оставляя открытой поверхность вращения (22а, 48а) указанного ферромагнитного элемента (22, 48).

Изобретение относится к магнитным опорам цилиндрического типа на основе сверхпроводников. Магнитная опора цилиндрического типа на высокотемпературных сверхпроводниках содержит цилиндрический корпус, внутри которого расположен магнитный ротор и статор с высокотемпературными сверхпроводниками.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к компрессорным машинам, насосам, двигателям и т.д., имеющим опорные подшипники для вращающегося вала с нагрузочной массой.

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.

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

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 подшипникам, в частности к магнитным подшипникам, используемым в ротационных машинах, имеющих ротор. Магнитный подшипниковый узел для ротационной машины имеет обмотку (17) ротора и магнитную обмотку (18, 44) статора, закрепленную на неподвижном опорном элементе (26, 2), имеющем по меньшей мере один элемент, выполненный из ферромагнитного материала (22, 48), и по меньшей мере одну катушку (20, 46), при этом оба эти элемента установлены в защитном кольцевом корпусе (24, 50), оставляя открытой поверхность вращения (22а, 48а) указанного ферромагнитного элемента (22, 48).

Изобретение касается устройства подшипника качения. Устройство подшипника качения содержит, по меньшей мере, одно наружное кольцо (4) подшипника, один кольцеобразный промежуточный элемент (9) и один корпус.

Изобретение относится к корпусу (1) подшипника для подшипника качения, выполненному с внутренним проходом (7) с впускным отверстием (8) и выпускным отверстием (10) для охлаждающей среды.

Группа изобретений относится к области сверхмощных подшипников качения, в частности к подшипниковой системе и промежуточному элементу для нее. Подшипниковая система содержит подшипник качения, снабженный внешним кольцом, промежуточным элементом и элементом корпуса.

Изобретение относится к мостам ведущим уборочных гусеничных машин, например самоходных рисозерноуборочных и кормоуборочных комбайнов. Мост включает балку моста, с закрепленными на ней бортовыми редукторами с ведущими звездочками и тормозными устройствами, коробку диапазонов, бортовые фрикционы, механизм управления поворотом бортового фрикциона с гидроцилиндром двустороннего действия, тягой, ведущий барабан, оградительный щиток ведущего барабана, соединительные муфты с компенсационным валом, механизм привода.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к кольцеобразному узлу подшипниковой опоры для газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к машиностроению для охлаждения и смазки подшипников, преимущественно для центробежных сепараторов и может быть использовано в машинах разнообразного назначения.

Изобретение относится к машиностроению . .

Изобретение относится к подшипникам, в частности к магнитным подшипникам, используемым в ротационных машинах, имеющих ротор. Магнитный подшипниковый узел для ротационной машины имеет обмотку (17) ротора и магнитную обмотку (18, 44) статора, закрепленную на неподвижном опорном элементе (26, 2), имеющем по меньшей мере один элемент, выполненный из ферромагнитного материала (22, 48), и по меньшей мере одну катушку (20, 46), при этом оба эти элемента установлены в защитном кольцевом корпусе (24, 50), оставляя открытой поверхность вращения (22а, 48а) указанного ферромагнитного элемента (22, 48).

Изобретение относится к подшипникам, в особенности к магнитным подшипникам, используемым в ротационных машинах, имеющих ротор. Магнитный подшипниковый узел для ротационной машины имеет роторный вал, причем указанный узел содержит магнитопровод статора, прикрепленный к неподвижному опорному элементу и содержащий по меньшей мере один элемент из ферромагнитного материала и по меньшей мере одну катушку, причем указанный ферромагнитный элемент и указанная по меньшей мере одна катушка помещены в защитный кольцевой корпус, оставляя открытыми поверхность вращения указанного ферромагнитного элемента и поверхность вращения указанной по меньшей мере одной катушки. Магнитный подшипниковый узел содержит упорное кольцо, прикрепленное к роторному валу и радиально проходящее к магнитопроводу статора своей радиальной частью. Радиальная часть обращена к открытым поверхностям указанного ферромагнитного элемента и указанной по меньшей мере одной катушки. Упорное кольцо имеет по меньшей мере один проточный канал. Технический результат - создание магнитного подшипникового узла, в котором увеличен охлаждающий поток, при этом проточные каналы облегчают нагнетание потока текучей среды, увеличивая охлаждение активного магнитного подшипника, и магнитный подшипник, таким образом, снабжен внутренней вентиляцией. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх