Магнитная опора

 

Изобретение относится к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками и может быть использовано при создании, например, газоперекачивающих агрегатов и других высокооборотных машин с активным магнитным подвесом роторов. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности изменения расположения датчиков положения вала и электромагнитов путем их перестановки в магнитной опоре без ее доработки. Новым является то, что корпус магнитной опоры выполнен из трех частей с разъемным соединением между ними. При этом в одной из частей корпуса размещены статоры датчиков положения вала, а в двух других частях - соответственно статоры радиального и осевого электромагнитов. Расстояния между торцевыми привалочными плоскостями частей корпуса равны между собой, а места крепления совпадают друг с другом при соединении частей корпуса в любой последовательности. Все роторы выполнены с возможностью взаимной перестановки на валу, причем у датчиков положения ротор выполнен общим. Изобретение позволяет создать унифицированную магнитную опору для устройств, характеризующихся широким диапазоном изменения динамических параметров и/или режимов работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками, и может быть использовано при создании, например, газоперекачивающих агрегатов, турбодетандеров, электрошпинделей, турбомолекулярных насосов и других высокооборотных машин и агрегатов с активным магнитным подвесом роторов.

Известно, что на работу магнитного подвеса отрицательно влияют первые формы продольных упругих колебаний вала, так как они, как правило, близки к рабочему диапазону частот вращения устройства или находятся в нем. Вследствие работы в резонансной области происходит увеличение амплитуды колебаний вала в зазоре магнитной опоры, что может привести к нарушению работоспособности магнитного подвеса и устройства [1].

Для снижения влияния указанного вида колебаний вала радиальный электромагнит и датчик положения вала устанавливают в места, выбранные с учетом распределения узлов первых форм колебаний вала.

Однако изменение динамических характеристик и режимов работы устройства может вызвать такое изменение распределения узлов первых форм колебаний вала, что появляется необходимость изменения мест расположения радиального датчика и электомагнита в опоре.

Известна магнитная опора, содержащая корпус, радиальный и осевой электромагниты, радиальный и осевой датчики положения вала, при этом статоры электромагнитов и датчиков разъемно соединены с корпусом, а их роторы установлены на валу [2].

Известная магнитная опора, принятая в качестве прототипа, выполнена с возможностью замены статоров на аналогичные. Однако, в известной конструкции не предусмотрена возможность перестановки на другие места в корпусе и на валу активных элементов опоры, поэтому для работы в новых условиях необходима замена ее на опору с другим расположением датчиков и электромагнитов.

Таким образом, известную магнитную опору нельзя использовать в устройствах, предназначенных для работы в условиях изменения динамических параметров и/или режимов работы, что сужает область применения и удорожает эксплуатационные расходы.

Заявленное изобретение решает задачу создания унифицированной магнитной опоры для активного магнитного подвода роторов устройств, характеризующихся различными динамическими параметрами и/или режимами работы, а также устройств, работающих в условиях, при которых указанные параметры могут изменяться.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в обеспечении возможности изменения расположения датчиков положения вала и электромагнитов путем их перестановки в магнитной опоре без ее доработки.

Поставленная задача решается тем, что в известной магнитной опоре, содержащей корпус, радиальный и осевой электромагниты, радиальный и осевой датчики положения вала, при этом статоры электромагнитов и датчиков положения вала разъемно соединены с корпусом, а их роторы установлены на валу, новым является то, что в ней корпус выполнен из трех частей с разъемным соединением между ними, в одной из частей корпуса размещены статоры датчиков положения вала, а в двух других частях корпуса размещены соответственно статор радиального и статор осевого электромагнита, в указанных частях корпуса расстояния между торцевыми привалочными плоскостями равны между собой, а места крепления на сопрягаемых частях корпуса совпадают друг с другом при соединении частей корпуса в любой последовательности, все роторы выполнены с возможностью взаимной перестановки на валу для размещения под соответствующими статорами, причем радиальный и осевой датчики положения вала выполнены с общим ротором.

Кроме того, ротор датчиков положения вала выполнен в виде диска, при этом статор осевого датчика образует рабочие зазоры с торцевыми поверхностями диска, а статор радиального датчика образует рабочий зазор с цилиндрической поверхностью диска.

Кроме того, вал снабжен втулкой, на которую установлены роторы электромагнитов и датчиков положения вала.

Действительно, выполнение корпуса магнитной опоры составным из трех частей с возможностью их разъема и сопряжения между собой в любой последовательности, выполнение роторов с возможностью их перестановки на валу для установки под соответствующими статорами, размещенными в частях корпуса, а также наличие общего ротора у датчиков положения вала позволяет переставлять активные элементы опоры при изменении распределения узлов первых форм упругих колебаний вала без доработки опоры, а также устанавливать ее в устройства с различными техническими характеристиками.

Таким образом, унификация конструктивных узлов заявляемой магнитной опоры позволяет осуществить ее серийное производство, а также создает возможность использования унифицированной опоры в различных машинах и агрегатах.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о достаточности существенных признаков, представленных в независимом пункте формулы изобретения, для получения указанного заявителем технического результата.

На чертеже представлен общий вид заявляемой магнитной опоры в разрезе, ниже осевой линии разреза опора изображена без кожуха.

Магнитная опора, представленная на чертеже, является одним из вариантов выполнения и содержит кожух 1, который присоединяется к изделию с ротором на магнитном подвесе, на валу 2 которого установлена втулка 3 с закрепленными на ней тремя роторами 4, 5, 6, расположенными под статорами 7 и 8, 9 и 10 соответственно осевого и радиального электромагнитов, осевого и радиального датчиков положения вала, которые закреплены в трех разъемно соединенных между собой частях 11, 12, 13 корпуса, образующих составной корпус магнитной опоры. В каждой из указанных частей корпуса торцевые привалочные плоскости соответственно 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19 расположены на одном и том же расстоянии друг от друга, причем места крепления совпадают друг с другом при соединении частей 11, 12 и 13 в любой последовательности, а посадочные места роторов 4, 5 и 6 на втулке 3 и элементы фиксации выполнены таким образом, что обеспечивается возможность взаимной перестановки роторов на втулке 3 (или на валу 2, если роторы устанавливают на вал без втулки). Ротор 6 выполнен в виде диска, с цилиндрической поверхностью которого образует рабочий зазор статор 10 радиального датчика показания вала, а с торцевыми поверхностями того же диска образует рабочие зазоры статор 9 осевого датчика. Статоры 9 и 10 объединены между собой и установлены в части 13 корпуса с возможностью перемещения и фиксации в радиальном направлении.

Статор 7 осевого электромагнита, размещенный в части 11 корпуса, состоит из двух отдельных магнитопроводов 20 и 21 с обмотками управления. Каждый из магнитопроводов образует рабочий зазор с соответствующей торцевой поверхностью ротора 4, а с цилиндрической поверхностью ротора 5 образует рабочий зазор статор 8 радиального электромагнита. Втулка 3 фиксируется в осевом направлении гайкой 22 со стороны конца вала 2, с этой же стороны расположен подшипниковый узел, включающий страховочный подшипник 23, установленный на конце втулки 3, фланец 24 и подшипниковый щит 25, закрепленный болтовым соединением на корпусе и кожухе 1, который защищает от повреждения части корпуса и выводы обмоток статоров (не показаны). Статоры электромагнитов и датчиков крепятся к соответствующим частям корпуса посредством переходных втулок и фиксирующих элементов, а также резьбовыми соединениями. Части 11, 12, 13 корпуса скреплены между собой, например, болтовым соединением и разъемно соединены с корпусом изделия. Магнитная опора может быть выполнена и без защитного кожуха, как это показано на чертеже ниже осевой линии разреза общего вида устройства.

Рассмотрим последовательность операций, выполняемых при разборке магнитной опоры, представленной на чертеже.

В начале разбирают подшипниковый узел страховочного подшипника 23, освобождают его и снимают с втулки 3, затем снимают кожух 1 (в том случае, когда он есть), поднимают статоры 9 и 10 и, разъединив крепление частей 11, 12 и 13 корпуса, последовательно снимают: часть 13 корпуса вместе со статорами 9 и 10, ротор 6, часть 12 корпуса вместе со статором 8, ротор 5. Затем освобождают магнитопровод 21 и вынимают его, после этого снимают ротор 4 и последними снимают часть 11 корпуса с магнитопроводом 20.

Сборку магнитной опоры ведут в соответствии с выбранной последовательностью расположения электромагнитов и датчиков положения вала, начиная с элементов конструкции магнитной опоры, примыкающих к изделию, и заканчивают установкой кожуха (если он есть) и сборкой узла страховочного подшипника.

Таким образом, изобретение позволяет создать унифицированную магнитную опору для устройств с активным магнитным подвесом роторов, обеспечивает возможность серийного изготовления ее и применения в устройствах, характеризующихся широким диапазоном изменения динамических параметров и/или режимов работы.

Источники информации.

1. Труды ВНИИЭМ. Магнитный подвес роторов электрических машин и механизмов, том 39, М., 1989, с. 76-87.

2. Заявка Франции N 2377551, F 16 C 32/04, 1978 (прототип).

Формула изобретения

1. Магнитная опора, содержащая корпус, радиальный и осевой электромагниты, радиальный и осевой датчики положения вала, при этом статоры электромагнитов и датчиков положения вала разъемно соединены с корпусом, а их роторы установлены на валу, отличающаяся тем, что в ней корпус выполнен их трех частей с разъемным соединением между ними, в одной из частей корпуса размещены статоры датчиков положения вала, а в двух других частях корпуса размещены соответственно статор радиального и статор осевого электромагнита, в указанных частях корпуса расстояния между торцевыми привалочными плоскостями равны между собой, а места крепления на сопрягаемых частях корпуса совпадают друг с другом при соединении частей корпуса в любой последовательности, все роторы выполнены с возможностью взаимной перестановки на валу для размещения под соответствующими статорами, причем радиальный и осевой датчики положения вала выполнены с общим ротором.

2. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что ротор датчиков положения вала выполнен в виде диска, при этом статор осевого датчика образует рабочие зазоры с торцевыми поверхностями диска, а статор радиального датчика образует рабочий зазор с цилиндрической поверхностью диска.

3. Опора по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вал снабжен втулкой, на которой установлены роторы электромагнитов и датчиков положения вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1