Магнитная опора вертикального ротора

 

Изобретение относится к верхней магнитной опоре ротора с вертикальной осью вращения. Магнитная опора содержит установленный в корпусе цилиндрический аксиально намагниченный магнит, размещенную на роторе соосно ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, и кольцевую камеру с демпфирующей жидкостью. Камера снабжена внутри радиально подвижным кольцевым элементом, подвешенным на гибких нитях и состоящим из внутреннего ферромагнитного кольца и связанного с ним наружного немагнитного кольца. Это кольцо имеет в радиальном сечении L-образный профиль. В его цилиндрической части выполнены открытые вниз вертикальные прорези, в которых расположены гибкие нити. Нижние концы нитей прикреплены к донной части кольцевой камеры, а их верхние концы - к радиально подвижному элементу. При соединении внутреннего ферромагнитного кольца с вертикальной частью наружного кольца гибкой мембраной демпфер гасит не только радиальные, но и осевые колебания ротора. Изобретение упрощает сборку и регулировку демпфирующих параметров магнитной опоры, повышает надежность ее работы и позволяет гасить как радиальные, так и осевые колебания ротора. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно к верхней магнитной опоре вертикального ротора надкритической газовой центрифуги.

Известна верхняя магнитная опора вертикального ротора газовой ультрацентрифуги, содержащая первый кольцевой аксиально намагниченный магнит, закрепленный соосно с ротором на его верхней крышке, второй кольцевой магнит, установленный в корпусе с рабочим зазором над первым магнитом, и жидкостной демпфер в виде размещенного в рабочем зазоре ферромагнитного радиально подвижного стакана с демпфирующей жидкостью, в которую погружена нижняя часть второго магнита [Германия, пат. N 1132863, В 04 В 5/08, опубл. 21.05.64] .

Известна также магнитная опора вала с вертикальной осью вращения, содержащая закрепленный коаксиально на валу первый кольцевой аксиально намагниченный магнит, второй кольцевой магнит, неподвижно установленный в корпусе с зазором над первым магнитом, и размещенный в зазоре радиально подвижный кольцевой элемент из ферромагнитного материала с открытой кольцевой полостью, заполненной демпфирующей жидкостью, в которую помещена нижняя часть второго магнита, а между радиально подвижным элементом и нижним торцом второго магнита установлены шарики для снижения трения [Япония, пат. N 52-27779, F 16 C 32/04, опубл. 22.07.77] .

В этих магнитных опорах демпфирующая жидкость расположена в открытых полостях радиально подвижных элементов, поэтому частицы жидкости могут мигрировать внутрь полых роторов, что недопустимо для газовых центрифуг, а установка герметичных крышек на полости с жидкостью в подвижных элементах усложняет конструкцию магнитных опор, т. к. в этих полостях расположены нижние части неподвижных магнитов.

Известна магнитная опора вертикального ротора, в которой кольцевой радиально подвижный элемент, расположенный в зазоре между торцами статорного и роторного магнитов, шарнирно связан с корпусом посредством вертикальных жестких стержней, а демпфирующее и упругое звенья, соединяющие радиально подвижный элемент с корпусом, расположены вне зазора на периферии подвижного элемента [Япония, пат. N 53-25898, F 16 C 32/04, опубл. 29.07.78] . Однако данная магнитная опора имеет большие радиальные габариты.

Наиболее близким к предлагаемой опоре является магнитная опора вертикального ротора, включающая установленный в корпусе цилиндрический аксиально намагниченный магнит, размещенную на роторе соосно ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, и кольцевую камеру с демпфирующей жидкостью, снабженную внутри радиально подвижным кольцевым элементом, установленным на гибких связях и состоящим из внутреннего ферромагнитного кольца и связанного с ним наружного кольца [Франция, заявка N 2253950, F 16 F 15/10, опубл. 04.07.75 - прототип] .

При радиальных колебаниях ротора за счет магнитной связи радиально подвижный элемент будет следовать за поперечными перемещениями ротора. При этом радиальным отклонениям ротора противодействуют силы торможения вязкой среды и упругие силы, обусловленные наличием поперечной жесткости в магнитной системе и упругой подвеске радиально подвижного элемента.

Технический результат изобретения заключается в упрощении сборки магнитной опоры вертикального ротора и повышении надежности работы магнитной опоры.

Для этого в магнитной опоре вертикального ротора, включающей установленный в корпусе цилиндрический аксиально намагниченный магнит, размещенную на роторе соосно ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, и кольцевую камеру с демпфирующей жидкостью, снабженную внутри радиально подвижным кольцевым элементом, подвешенным на гибких нитях и состоящим из внутреннего ферромагнитного кольца и связанного с ним наружного немагнитного кольца, это кольцо имеет в радиальном сечении L-образный профиль, при этом в его цилиндрической части выполнены открытые вниз вертикальные прорези, в которых расположены гибкие нити, при этом нижние концы нитей прикреплены к донной части кольцевой камеры, а их верхние концы - к радиально подвижному элементу.

Дополнительно, кольцевая камера может быть выполнена съемной и герметичной, при этом ее форма аналогична форме радиально подвижного элемента.

Кроме того, часть наружного немагнитного кольца, связанная с внутренним ферромагнитным кольцом, может быть выполнена в виде гибкой мембраны, имеющей фигурные пазы.

Кроме того, концы гибких нитей могут быть прикреплены с помощью шарниров.

Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 - продольный разрез варианта магнитной опоры вертикального ротора; фиг. 2 - вид на подвижный элемент по сечению А-А фиг. 1; фиг. 3 - продольный разрез варианта верхней части магнитной опоры с мембраной; фиг. 4 - вид на подвижный элемент по сечению Б-Б фиг. 3; фиг. 5 - вид на подвижный элемент по сечению В-В фиг. 3; В немагнитном корпусе 1 (см. фиг. 1, фиг. 2) установлен аксиально намагниченный цилиндрический магнит 2. Ферромагнитная втулка 3 закреплена на роторе 4 соосно с ним и расположена напротив нижнего торца магнита 2. На корпусе между торцами магнита 2 и втулки 3 установлена кольцевая камера 5, закрытая крышкой 6, при этом кольцевая камера заполнена демпфирующей жидкостью 7. В кольцевой камере 5 размещен радиально подвижный кольцевой элемент, содержащий внутреннее ферромагнитное кольцо 8 и коаксиально соединенное с ним наружное немагнитное кольцо 9, имеющее L-образный профиль в радиальном сечении. Немагнитное кольцо 9 содержит кольцеобразную часть 10, на которой расположено ферромагнитное кольцо 8, и цилиндрическую часть 11, расположенную на периферии немагнитного кольца 9. На цилиндрической части 11 выполнены открытые вниз вертикальные прорези 12 (три или более) для размещения гибких нитей 13 подвески радиально подвижного элемента, нижние концы которых закреплены на донной части кольцевой камеры 5, а верхние концы - в прорезях 12 на цилиндрической части 11 радиально подвижного элемента 9. В установленном на корпус 1 положении кольцо 9 радиально подвижного элемента под действием силы притяжения магнита 2 на ферромагнитное кольцо 8, которая больше веса радиально подвижного элемента, поднимается в полости 7 вверх, натягивая нити 13 и занимая, таким образом, рабочее положение, при котором радиально подвижный элемент связан с кольцевой камерой 5 только гибкими нитями 13.

В варианте выполнения опоры, показанном на фиг. 3, кольцевая камера 5 герметично закрыта крышкой 6 и образует отдельный демпфирующий узел или демпфер, который по форме аналогичен форме радиально подвижного элемента и свободно устанавливается на корпус 1 или снимается с него до установки магнита 2. Такое выполнение опоры позволяет улучшить ее параметры за счет уменьшения осевого зазора между магнитом 2 и кольцом 8 и упростить сборку опоры.

В варианте выполнения магнитной опоры, показанном на фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, внутреннее ферромагнитное кольцо 8 соединено с цилиндрической периферийной частью 11 гибкой мембраной 14. Мембрана 14 выполнена в виде кольца с фигурными пазами 15, образующими лепестки 16.

В варианте выполнения магнитной опоры, показанном на фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, концы нитей 13 закреплены с помощью шарниров 17, например, в виде двух соединенных друг с другом колец малого диаметра (как звенья цепи), одно из которых заделывается неподвижно в дно камеры 5 или цилиндрическую часть 11, а к другому звену закрепляется конец нити.

Магнитная опора работает следующим образом.

Радиальные отклонения вместе с ротором втулки 3 вызывают перемещения в радиальном направлении магнитного кольца 8 и связанного с ним радиально подвижного элемента 9. Перемещение элемента 9 создает возрастающую по мере наклона нитей 13 восстанавливающую силу и демпфирующую силу вязкого трения, благодаря чему уменьшается амплитуда радиальных колебаний ротора и стабилизируется его движение.

При отсутствии возбуждающей колебания силы ротор за счет радиальной жесткости верхней магнитной опоры устанавливается в вертикальном положении, а радиально подвижный элемент опоры также занимает исходное положение, при котором гибкие нити 13 подвески вертикальны.

При выполнении части радиально подвижного элемента в виде мембраны 14 последняя прогибается под действием силы притяжения кольца 8 к магниту 2, как показано на фиг. 3 пунктиром. При вертикальных колебаниях ротора 4 сила притяжения меняется и меняет величину прогиба мембраны 14, в результате чего мембрана колеблется в полости с демпфирующей жидкостью 7 и, перемещая лепестки 16, эффективно гасит вертикальные колебания ротора 4.

При совместных вертикальных и радиальных колебаниях ротора 4 происходит подавление таких колебаний как за счет одновременного изменения величины прогиба мембраны 14, так и за счет перемещения цилиндрической части 11 в полости с демпфирующей жидкостью 7.

В демпфере предлагаемой магнитной опоры форма радиально подвижного элемента и особенности его подвески в съемной кольцевой камере дают возможность при одних и тех же габаритах опоры относительно просто подбирать в широком диапазоне значений параметры демпфирования и регулировать степень изменения восстанавливающей силы от величины радиального перемещения подвижного элемента, при этом указанные работы и полная сборка опоры осуществляется вне опоры, а использование для подвески неупругих нитей повышает надежность его работы.

Выполнение внешнего кольца радиально подвижного элемента L-образной формы с вертикальными прорезями на цилиндрической периферийной части обеспечивает относительно простую регулировку гидравлических и частотных параметров опоры путем изменения длины нитей подвески (длины вертикальных прорезей) и зазоров между подвижными и неподвижными деталями. Поскольку радиально подвижный элемент удерживается в рабочем положении силой притяжения магнита, то его "прилипание" к магниту (точнее - к верхней стенке корпуса кольцевой камеры) возможно только при обрыве нитей. Размещение радиально подвижного элемента в съемном герметичном корпусе упрощает сборку опоры, а при работе опоры исключается попадание частиц демпфирующей жидкости в окружающее пространство. Выполнение корпуса кольцевой камеры по форме радиально подвижного элемента позволяет уменьшить осевые габариты магнитной опоры. При соединении внутреннего ферромагнитного кольца с цилиндрической частью наружного немагнитного кольца подвижного элемента гибкой мембраной демпфируются и осевые колебания ротора.

Закрепление концов нитей с помощью шарнира, например, в виде двух соединений друг с другом колец малого диаметра, одно из которых заделывается неподвижно, а с другим связан конец нити, устраняет изгибные колебания нитей, что повышает надежность работы опоры.

Формула изобретения

1. Магнитная опора вертикального ротора, включающая установленный в корпусе цилиндрический аксиально намагниченный магнит, размещенную на роторе соосно ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, и кольцевую камеру с демпфирующей жидкостью, снабженную внутри радиально подвижным кольцевым элементом, подвешенным на гибких нитях и состоящим из внутреннего ферромагнитного кольца и связанного с ним наружного немагнитного кольца, отличающаяся тем, что это кольцо имеет в радиальном сечении L-образный профиль, при этом в его цилиндрической части выполнены открытые вниз вертикальные прорези, в которых расположены гибкие нити, причем нижние концы нитей прикреплены к донной части кольцевой камеры, а их верхние концы - к радиально подвижному элементу.

2. Магнитная опора по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевая камера выполнена съемной и герметичной, при этом ее форма аналогична форме радиально подвижного элемента.

3. Магнитная опора по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что часть наружного немагнитного кольца, связанная с внутренним ферромагнитным кольцом, выполнена в виде гибкой мембраны, имеющей фигурные пазы.

4. Магнитная опора по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что концы гибких нитей прикреплены с помощью шарниров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5