МАГНИТНАЯ ОПОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА Российский патент 2004 года по МПК B04B9/12 F16C32/04 

Описание патента на изобретение RU2242287C2

Изобретение относится к машиностроению и, преимущественно, к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов, накопителей энергии, центрифуг, в которых верхняя магнитная опора ротора обеспечивает радиальную жесткость и центровку ротора относительно корпуса и, одновременно, разгружает нижнюю опору от осевой нагрузки.

Известна магнитная опора ротора центрифуги, в которой на роторе расположена ферромагнитная насадка, а расположенный над ней аксиально намагниченный статорный магнит с полюсным наконечником установлен на крышке корпуса с кольцевым зазором для возможности его перемещения в горизонтальной плоскости и центровки ротора (патент РФ №2115482).

Такая магнитная опора позволяет обеспечить хорошую центровку ротора относительно крышки корпуса, но требует дополнительной технологической операции для каждого изделия, что осложняет серийный выпуск продукции.

Ближайшим техническим решением к предложенному является магнитная опора, содержащая ферромагнитную втулку, закрепленную соосно на роторе, кольцевой аксиально намагниченный магнит, установленный в корпусе над втулкой, и полюсный наконечник в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающего к нижнему торцу магнита. Ферромагнитная втулка выполнена с кольцевым радиальным выступом, толщина которого равна 0,5-1,5 толщины стенки втулки, а его высота равна 0,1-0,3 высоты втулки, а наружный диаметр радиальной полки полюсного наконечника равен 0,92-0,95 среднего диаметра кольцевого магнита (патент РФ №2054334).

Это изобретение повышает жесткость магнитной опоры и снижает давление на нижнюю опору, но не дает рекомендаций по выбору размеров магнита, являющегося основным элементом магнитной опоры - носителем магнитной энергии, оптимизация которого вносит существенную вклад в параметры магнитной системы. Особенно, и в первую очередь, это относится к магнитам из редкоземельных материалов, например, на основе системы неодим-железо-бор.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении нагрузки на нижнюю опору ротора при одновременном увеличении радиальной жесткости верхней магнитной опоры ротора, а также улучшении его центровки без ухудшения массогабаритных показателей и усложнения конструкции опоры путем выбора рациональной формы и соотношения размеров магнита и взаимного расположения ее элементов.

Для этого в магнитной опоре вертикального ротора, включающей установленный в корпусе кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником и размещенную на роторе ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, отношение наружного диаметра магнита к среднему диаметру верхнего конца ферромагнитной втулки составляет 1,2-1,5, отношение внутреннего диаметра магнита к среднему диаметру верхнего конца ферромагнитной втулки составляет 0,8-0,9, а отношение высоты магнита к его среднему диаметру составляет 0,1-0,4.

Кроме того, в магнитной опоре вертикального ротора магнит установлен по оси корпуса с минимальным зазором по посадочной поверхности корпуса.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - продольный разрез магнитной опоры вертикального ротора, фиг.2 - график зависимостей нагрузки на нижнюю опору ротора и радиальной жесткости верхней магнитной опоры ротора от размеров магнита и ферромагнитной втулки.

В немагнитном корпусе 1 (см. фиг.1) установлен аксиально намагниченный кольцевой магнит 2 с ферромагнитным полюсным наконечником 3. Ферромагнитная втулка 4 закреплена на роторе 5 соосно с ним в его верхней части и расположена напротив нижнего торца магнита 2. Ротор 5 опирается на нижнюю опору 6, а в верхней магнитной опоре не имеет механического контакта с неподвижными деталями.

Верхний конец ферромагнитной втулки 4 имеет внутренний диаметр dВ и наружный диаметр dH, так что средний диаметр верхнего конца ферромагнитной втулки 4 составляет dCP=(dВ+dH)/2. Отношение наружного диаметра dН магнита 2 к среднему диаметру dCP ферромагнитной втулки 4 составляет 1,2-1,5, т.е. выполняется соотношение DН/dCP=1,2-1,5, отношение внутреннего диаметра DВ магнита 2 к среднему диаметру dCP ферромагнитной втулки 4 составляет 0,8-0,9, т.е. выполняется соотношение DВ/dCP=0,8-0,9, а отношение высоты Н магнита 2 к его среднему диаметру DCP=(DВ+DН)/2 составляет 0,1-0,4, т.е. выполняется соотношение H/DCP=0,1-0,4. При этом магнит 2 установлен по оси центрифуги с минимальным зазором по посадочной поверхности корпуса, т.е. внутренний диаметр DВ магнита 2 выполнен с наибольшей точностью, которая определяет необходимый уровень центровки верхнего конца ферромагнитной втулки 4 ротора 5 относительно корпуса 1.

Кольцевой магнит 2 создает осесимметричное магнитное поле, сила притяжения которого через ферромагнитную втулку 4 разгружает нижнюю опору 6 от части силы веса ротора и обеспечивает верхней опоре радиальную жесткость, то есть способность противодействовать угловым относительно нижней опоры отклонениям ротора. Магнитный поток между полюсами магнита 2 замыкается через полюсный наконечник 3 и ферромагнитную втулку 4.

Магнитная опора работает следующим образом.

В покое и при вращении ротора 5 осесимметричное магнитное поле магнита 2 удерживает ферромагнитную втулку 4 и связанный с ней ротор 5 в вертикальном стационарном положении, не препятствуя вращению ротора 5 на опоре 6. В случае отклонения ротора от оси корпуса 1 симметричность магнитного поля нарушается, что создает радиальную силу, препятствующую отклонению ротора 5 и возвращающую ротор 5 в исходное положение при прекращении действия возмущающей силы.

Благодаря выбору геометрических параметров магнита 2 в предлагаемых диапазонах предпочтительных значений в отношении ферромагнитной втулки 4 обеспечивается повышенная концентрация магнитного потока в зазоре между втулкой 4 и наконечником 3 и обеспечивается оптимальное соотношение нагрузки на опору 6 и поперечной жесткости магнитной опоры.

Расчетные и экспериментальные исследования показали, что выбор геометрических размеров магнита 2 вне указанных диапазонов размеров магнита ухудшает рабочие параметры магнитной опоры. Из зависимостей на фиг.2 видно, что при Dh/dCP<1,2 нагрузка на опору резко увеличивается, а поперечная жесткость практически не меняется, при DH/dCP>1,5 нагрузка на опору практически не меняется, а поперечная жесткость резко падает, несмотря на то, что происходит увеличение массы и энергии дорогостоящего магнита.

Это связано с тем, что относительное увеличение или уменьшение размеров магнита приводит к необходимости увеличения или уменьшения размера зазора между концом ферромагнитной втулки 4 и наконечником 3, величина которого нелинейно и разнонаправленно влияет на нагрузку в нижней опоре и поперечную жесткость магнитной опоры.

Для магнитной опоры с DВ/dCP=0,8-0,9 магнитная ось опоры, оказывается, практически совпадает, при существующем разбросе свойств и параметров изготовления, с геометрической осью внутреннего диаметра магнита 2, т.о. центровка ротора обеспечивается расположением внутреннего диаметра магнита 2 и, следовательно, качеством выполнения и посадки этого диаметра в корпусе 1.

Кроме того, за счет минимального посадочного зазора между магнитом 2 и посадочным местом корпуса, обеспечивается геометрическая центровка ротора 5, устанавливающегося по магнитной оси магнита 2, которая в этом случае точно (до величины допуска на изготовление внутреннего диаметра DВ магнита 2 и посадочного места корпуса) совпадает с осью корпуса 1, что повышает надежность и долговечность работы ротора. Этот эффект геометрической центровки особенно проявляется в редкоземельных энергоемких магнитах с оптимизированными по настоящему изобретению соотношениями геометрических размерами втулки и магнита, в которых магнитный поток значительно более сконцентрирован.

Похожие патенты RU2242287C2

название год авторы номер документа
МАГНИТНАЯ ОПОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА 2003
  • Лисейкин В.П.
  • Лихачев А.В.
  • Калитеевский А.К.
  • Кантин Б.И.
  • Тарасенко И.Ю.
  • Разиньков А.А.
  • Глухов Н.П.
  • Добулевич В.М.
  • Ивакин В.А.
RU2242288C1
МАГНИТНАЯ ОПОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА 2004
  • Лисейкин В.П.
  • Тарасенко И.Ю.
  • Кантин Б.И.
  • Ивакин В.А.
RU2265757C1
МАГНИТНАЯ ОПОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА 2004
  • Лисейкин Вячеслав Павлович
  • Тарасенко Иван Юрьевич
  • Кантин Борис Иосифович
  • Лихачев Александр Васильевич
RU2272676C1
ВЕРХНЯЯ МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИ 2007
  • Васильев Валентин Васильевич
  • Мочалов Павел Вениаминович
  • Зозин Владимир Вениаминович
  • Горюнов Владимир Иванович
  • Дерябкин Станислав Валентинович
  • Беспалов Андрей Владимирович
  • Спасюк Наталья Константиновна
RU2355478C2
ВЕРХНЯЯ МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИ 2010
  • Васильев Валентин Васильевич
  • Мочалов Павел Вениаминович
  • Зозин Владимир Вениаминович
  • Горюнов Владимир Иванович
  • Дерябкин Станислав Валентинович
  • Беспалов Андрей Владимирович
  • Спасюк Наталья Константиновна
  • Пронин Виктор Никанорович
RU2434685C1
МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИ 1992
  • Гурылева Л.В.
  • Кантин Б.И.
  • Калитеевский А.К.
  • Кураев В.В.
  • Худницкий Г.Н.
RU2054334C1
МАГНИТНАЯ ОПОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА 2015
  • Кантин Борис Иосифович
  • Тарасенко Иван Юрьевич
RU2585002C1
ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА 1999
  • Кантин Б.И.
  • Калитеевский А.К.
  • Лихачев А.В.
RU2161538C1
МАГНИТНАЯ ОПОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА 2006
  • Богомолов Николай Евгеньевич
  • Глухов Николай Петрович
  • Тельпт Галина Анатольевна
  • Худницкий Георгий Николаевич
RU2328348C1
ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА 1996
  • Кантин Б.И.
  • Коротков А.Н.
  • Кураев В.В.
  • Лисейкин В.П.
  • Егоров В.М.
  • Худницкий Г.Н.
RU2115482C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 242 287 C2

Реферат патента 2004 года МАГНИТНАЯ ОПОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА

Изобретение относится к машиностроению и, преимущественно, к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов, накопителей энергии, центрифуг, в которых верхняя магнитная опора ротора обеспечивает радиальную жесткость и центровку ротора относительно корпуса и, одновременно, разгружает нижнюю опору от осевой нагрузки. Магнитная опора включает установленный в корпусе кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником и размещенную на роторе ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита. Причем в магнитной опоре отношение наружного диаметра магнита к среднему диаметру ферромагнитной втулки составляет 1,2-1,5, отношение внутреннего диаметра магнита к среднему диаметру ферромагнитной втулки составляет 0,8-0,9, а отношение высоты магнита к его среднему диаметру составляет 0,1-0,4. Целесообразно, чтобы магнит был установлен по оси с минимальным зазором по посадочной поверхности корпуса. Изобретение улучшает параметры опоры за счет оптимизации массогабаритных показателей магнита из редкоземельных элементов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 242 287 C2

1. Магнитная опора вертикального ротора, включающая установленный в корпусе кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником и размещенную на роторе ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, отличающаяся тем, что отношение наружного диаметра магнита к среднему диаметру верхнего конца ферромагнитной втулки составляет 1,2...1,5, отношение внутреннего диаметра магнита к среднему диаметру верхнего конца ферромагнитной втулки составляет 0,8...0,9, а отношение высоты магнита к его среднему диаметру составляет 0,1...0,4.2. Магнитная опора вертикального ротора по п.1, отличающаяся тем, что магнит установлен по оси корпуса с минимальным зазором по посадочной поверхности корпуса.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2242287C2

МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИ 1992
  • Гурылева Л.В.
  • Кантин Б.И.
  • Калитеевский А.К.
  • Кураев В.В.
  • Худницкий Г.Н.
RU2054334C1
ГАЗОВАЯ ЦЕНТРИФУГА 1996
  • Кантин Б.И.
  • Коротков А.Н.
  • Кураев В.В.
  • Лисейкин В.П.
  • Егоров В.М.
  • Худницкий Г.Н.
RU2115482C1
GB 1379987 А, 08.01.1975
Способ получения на волокне оливково-зеленой окраски путем образования никелевого лака азокрасителя 1920
  • Ворожцов Н.Н.
SU57A1
Устройство для видения на расстоянии 1915
  • Горин Е.Е.
SU1982A1
Расширяющийся бетон 1982
  • Тимашев Владимир Васильевич
  • Сичкарева Антонина Юрьевна
  • Сазонова Валентина Фроловна
  • Полежако Виктор Яковлевич
  • Граван Сергей Анатольевич
  • Джурабаев Анатолий Асанович
  • Осокин Александр Павлович
  • Столярова Валентина Александровна
SU1071593A1

RU 2 242 287 C2

Авторы

Калитеевский А.К.

Глухов Н.П.

Кантин Б.И.

Лисейкин В.П.

Добулевич В.М.

Ивакин В.А.

Даты

2004-12-20Публикация

2003-01-23Подача