Бессальниковое устройство для передачи вращательного движения в герметичную полость

 

Область применения: для передачи вращательного движения в герметичную полость с повышенным или высоким давлением жидкой или газообразной среды. Сущность изобретения: в двигателе, содержащем статор с магнитопроводом и полюсами, ротор, установленный внутри статора, цилиндрическую герметичную перегородку из немагнитного материала, в которой герметично установлены участки полюсов статора и размещенную между статором и ротором, каждый из участков полюсов, герметично установленных на цилиндрической перегородке, выполнен не менее чем из двух стержней расположенных радиально, а ротор установлен в расточке цилиндрической перегородки, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи вращательного движения в герметичную полость с повышенным или высоким давлением жидкой или газообразной среды, находящейся в полости, например, для передачи движения в полость трубопроводной арматуры.

Известно бессальниковое устройство для передачи возвратно-поступательного движения в герметичную полость, содержащее герметизированный сильфоном толкатель, ведомую гильзу с проточками, фиксатор, механизм перемещения, содержащий две пары подпружиненных рычагов.

Недостатком устройства является его сложность и недостаточная надежность ввиду наличия ряда сильфонов.

Известно бессальниковое устройство для передачи вращательного движения в вакуумную полость, содержащее статор электродвигателя, ротор, установленный внутри статора, цилиндрическую герметичную перегородку из немагнитного материала, установленную между статором и ротором и соединенную с герметичной полостью с одной стороны и герметичной крышкой - с другой стороны.

Недостатком прототипа является ограниченное применение (только в области вакуумной техники) ввиду малой толщины перегородки из немагнитного материала и малой передаваемой мощности. Утолщение перегородки вызывает дальнейшее снижение передаваемой мощности и КПД.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет повышения рабочего давления в герметичной полости до десятков МПа (сотен кгс/см²) путем утолщения перегородки, повышение мощности и КПД за счет снижения зазора для магнитного потока между статором и ротором.

Для этого в известном бессальниковом устройстве для передачи вращательного движения в герметичную полость, содержащем статор с магнитопроводом и электрической обмоткой электродвигателя, ротор, установленный внутри статора, цилиндрическую герметичную перегородку из немагнитного материала, установленную между статором и ротором и соединенную с герметичной полостью с одной стороны и герметичной крышкой, с другой стороны, каждый полюс магнитопровода статора содержит участок из ферромагнитного материала, герметично установленный не менее чем в одном отверстии перегородки. Участок полюса магнитопровода может быть выполнен в виде конца стержня, причем полюс выполнен в виде того же стержня, свободно установленного относительно ярма. Участок полюса может быть выполнен в виде пробки, наружная цилиндрическая поверхность которой установлена на уровне наружной цилиндрической поверхности перегородки. Участок полюса может быть выполнен в виде не менее чем двух стержней.

Утолщение перегородки, обеспечивающее повышение рабочего давления среды, сочетается с сохранением величины немагнитного зазора между полюсом статора и ротора, что исключает снижение мощности электродвигателя и КПД.

На фиг. 1 представлено устройство, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 - варианты выполнения устройства.

Устройство содержит статор с магнитопроводом, состоящим из ярма и полюсов. В варианте, показанном на фиг. 1 и 2, ярмо 1 выполнено в виде кольца, свободно установленного на полюса, выполненные в виде ферромагнитных стержней (пластин 2). Каждый стержень содержит концевой участок 3, герметично, например, посредством сварки, пайки, полимерного герметика, установленный в отверстии цилиндрической перегородки 4 из немагнитного материала, например немагнитной стали, металлокерамического композитного материала и др. В данном варианте обеспечивается удобство замены отдельных катушек 5 электрической обмотки.

В варианте согласно фиг. 3 магнитопровод статора выполнен в виде штампованных пластин, содержащих ярмо 6 и выступы 7 на нем. Каждый выступ является участком полюса. Другой участок полюса выполнен в виде пробки 8, например, из низкоуглеродистой стали ил железа.

Пробка 8 герметично, например, посредством сварки, пайки и др. способом установлена в отверстии перегородки 4. Наружная цилиндрическая поверхность 9 пробки 8 установлена на уровне наружной цилиндрической поверхности 10 перегородки 4, что обеспечивает свободную установку выступов 7 относительно пробок 8 с минимальным зазором. В данном варианте обеспечивается уменьшенный объем участков магнитопровода из сплошного материала.

В варианте согласно фиг. 4 участок полюса магнитопровода выполнен в виде не менее чем двух стержней 11, например, железных, герметично установленных в перегородке 4 одним из известных способов. В данном варианте обеспечивается уменьшение потерь от вихревых токов или повышение частоты тока в электрических обмотках.

Перегородка 4 на одном конце герметично соединена с крышкой 12, на другом конце - с фланцем 13 для стыковки с фланцем 14 аппарата, содержащего герметичную полость 15. Уплотнение фланцев обеспечивается кольцевой прокладкой 16. Ротор 17 установлен на цилиндрическом сердечнике 18, который на подшипниках 19 и 20 установлен в перегородке 4 и крышке 12. Конец 21 сердечника 18 может быть соединен с механизмом, расположенным в полости 15. Ротор 17 выполнен из ферромагнитного материала с выступами 22 или может быть выполнен в виде постоянных магнитов с выступающими по окружности полюсами (не показано). Статор и ротор являются статором и ротором шагового двигателя.

Питание статора осуществляется от специального источника электрических импульсов тока.

Устройство действует следующим образом. Текучая среда под давлением заполняет полость 15 и полость, в которой находится ротор. Импульсы тока поочередно подаются в пары катушек, расположенных одна противоположно другой. При этом ближайшие выступы 22 ротора притягиваются к возбужденным полюсам статора и ротор совершает шаг поворота. При непрерывной подаче импульсов ротор совершает прерывистое вращательное движение с некоторой частотой вращения, определяемой частотой импульсов. Для реверсирования вращения ротора меняется направление подачи импульсов, например с подачи по часовой стрелке на подачу против часовой стрелки. В варианте согласно фиг. 1 и 2 для замены катушек 5 снимается ярмо.

В вариантах согласно фиг. 3 и 4 для замены катушек снимается весь статор, т.е. магнитопровод с катушками. При малой частоте импульсов вихревые потери в сплошных участках магнитопровода незначительны.

Эффективность устройства обусловлена следующим. Наличие участков полюсов магнитопровода, герметично и прочно установленных в окнах перегородки, позволяет неограниченно утолщить перегородку, не увеличивая немагнитный зазор между статором и ротором, что позволяет использование устройства при давлениях среды в герметичной полости в десятки МПа (сотни кгс/см²). При частоте вращения ротора до 20-30 об/мин, что приемлемо для большинства видов трубопроводной арматуры высокого давления, частота импульсов тока и магнитного потока в каждом полюсе магнитопровода устройства не превышает 2-3 импульса в секунду, что не вызывает значительных вихревых потерь в участках магнитопровода, выполненных из сплошного материала. Области использования устройства - энергетика, нефтегазовая промышленность, водоснабжение, химия и др.

Формула изобретения

БЕССАЛЬНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНУЮ ПОЛОСТЬ, содержащее статор с магнитопроводом и полюсами, ротор, установленный внутри статора, цилиндрическую герметичную перегородку из немагнитного материала, в которой герметично установлены участки полюсов статора и которая размещена между статором и ротором, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет повышенного давления среды внутри цилиндрической перегородки и расширения пределов регулирования частоты вращения якоря, упрощения конструкции, каждый из участков полюсов, герметично установленных в цилиндрической перегородке, выполнен не менее чем из двух стержней, установленных радиально, а ротор установлен в расточке цилиндрической перегородки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4