RU2115835C1 - Magnetic support - Google Patents

Abstract

FIELD: contactless supports with electromagnetic bearings that may be used, for example, for gas-pumping plants and miscellaneous high-speed machines employing active magnetic suspension of rotors. SUBSTANCE: magnetic support is designed so that arrangement of shaft position detectors and electromagnets can be changed by their interchanging in magnetic support without modifying the latter. Novelty is that magnetic support body is built up of three parts with split joint between them. One of these parts accommodates stators of shaft position detectors and other two parts receive, respectively, stators of radial and axial electromagnets. Butt-to-butt surfaces of body parts are equally spaced apart and fastening points coincide when joining these parts in any desired sequence. All rotors are made for relative interchanging on shaft; position detectors have common rotor. EFFECT: provision for unification of magnetic support for devices characterized in comprehensive variation range of dynamic parameters and/or operating conditions. 3 cl, 1 dwg

Description

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. The invention relates to mechanical engineering, namely to non-contact supporting devices with electromagnetic bearings, and can be used to create, for example, gas pumping units, turbo expanders, electric spindles, turbomolecular pumps and other high-speed machines and units with active magnetic suspension of rotors.

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]. It is known that the first forms of longitudinal elastic vibrations of the shaft negatively affect the operation of the magnetic suspension, since they are usually close to the working range of the device’s rotational frequencies or are in it. Due to work in the resonance region, an increase in the amplitude of oscillations of the shaft in the gap of the magnetic support occurs, which can lead to disruption of the magnetic suspension and device [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. To reduce the influence of this type of oscillation of the shaft, the radial electromagnet and the shaft position sensor are installed in places selected taking into account the distribution of the nodes of the first forms of vibration of the shaft.

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. However, a change in the dynamic characteristics and operating modes of the device can cause such a change in the distribution of the nodes of the first waveforms of the shaft, which makes it necessary to change the location of the radial sensor and the electromagnet in the support.

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]. Known magnetic bearing comprising a housing, radial and axial electromagnets, radial and axial shaft position sensors, while the stators of the electromagnets and sensors are detachably connected to the housing, and their rotors are mounted on the shaft [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. The known magnetic support, adopted as a prototype, is configured to replace stators with similar ones. However, the known design does not provide for the possibility of shifting to other places in the housing and on the shaft of the active support elements, therefore, to work in new conditions, it is necessary to replace it with a support with a different arrangement of sensors and electromagnets.

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. Thus, the known magnetic support cannot be used in devices designed to work in conditions of changing dynamic parameters and / or operating modes, which narrows the scope and increases the cost of operating costs.

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. The claimed invention solves the problem of creating a unified magnetic support for the active magnetic supply of rotors of devices characterized by various dynamic parameters and / or modes of operation, as well as devices operating in conditions under which these parameters can change.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в обеспечении возможности изменения расположения датчиков положения вала и электромагнитов путем их перестановки в магнитной опоре без ее доработки. The technical result achieved by the invention is to provide the ability to change the location of the shaft position sensors and electromagnets by rearranging them in the magnetic support without further development.

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. The problem is solved in that in the known magnetic support containing the housing, radial and axial electromagnets, radial and axial shaft position sensors, while the stators of the electromagnets and shaft position sensors are detachably connected to the housing, and their rotors are mounted on the shaft, the new that in it the casing is made of three parts with a detachable connection between them, in one part of the casing the stators of the shaft position sensors are placed, and in the other two parts of the casing the radial stator and the axial stator are respectively about an electromagnet, in the indicated parts of the housing, the distances between the end mating planes are equal to each other, and the attachment points on the mating parts of the housing coincide with each other when connecting the housing parts in any sequence, all rotors are mutually interchangeable on the shaft for placement under the respective stators, moreover, the radial and axial shaft position sensors are made with a common rotor.

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. In addition, the rotor of the shaft position sensors is made in the form of a disk, while the stator of the axial sensor forms working gaps with the end surfaces of the disk, and the stator of the radial sensor forms a working gap with the cylindrical surface of the disk.

Кроме того, вал снабжен втулкой, на которую установлены роторы электромагнитов и датчиков положения вала. In addition, the shaft is equipped with a sleeve on which the rotors of electromagnets and shaft position sensors are mounted.

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. Indeed, the implementation of the magnetic support housing in three-piece composite with the possibility of their connection and coupling among themselves in any sequence, the execution of rotors with the possibility of their rearrangement on the shaft for installation under the corresponding stators located in the housing parts, as well as the presence of a common rotor for shaft position sensors allows you to rearrange the active elements of the support when changing the distribution of the nodes of the first forms of elastic vibrations of the shaft without finalizing the support, and also install it in devices with various techniques characteristics.

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. Thus, the unification of the structural units of the claimed magnetic supports allows for its mass production, and also creates the possibility of using a unified supports in various machines and assemblies.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о достаточности существенных признаков, представленных в независимом пункте формулы изобретения, для получения указанного заявителем технического результата. Based on the foregoing, it can be concluded that the essential features presented in the independent claim are sufficient for obtaining the technical result indicated by the applicant.

На чертеже представлен общий вид заявляемой магнитной опоры в разрезе, ниже осевой линии разреза опора изображена без кожуха. The drawing shows a General view of the inventive magnetic support in the context, below the center line of the cut, the support is shown without a casing.

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. The magnetic support shown in the drawing is one of the embodiments and includes a casing 1, which is attached to the product with a rotor on a magnetic suspension, on the shaft 2 of which is installed a sleeve 3 with three rotors 4, 5, 6 fixed thereon, located under the stators 7 and 8, 9 and 10, respectively, of axial and radial electromagnets, axial and radial position sensors of the shaft, which are fixed in three detachably interconnected parts 11, 12, 13 of the housing, forming a composite housing of the magnetic support. In each of the indicated parts of the housing, the end mating planes, respectively, 14 and 15, 16 and 17, 18 and 19 are located at the same distance from each other, and the attachment points coincide with each other when connecting parts 11, 12 and 13 in any sequence and the seats of the rotors 4, 5 and 6 on the sleeve 3 and the locking elements are made in such a way that it is possible to interchange the rotors on the sleeve 3 (or on the shaft 2, if the rotors are mounted on a shaft without a sleeve). The rotor 6 is made in the form of a disk, with a cylindrical surface of which forms the working gap of the radial sensor stator 10 of the shaft reading, and with the end surfaces of the same disk forms the working gaps of the axial sensor stator 9. The stators 9 and 10 are interconnected and installed in the housing part 13 with the possibility of moving and fixing in the radial direction.

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. The stator 7 of the axial electromagnet, located in part 11 of the housing, consists of two separate magnetic circuits 20 and 21 with control windings. Each of the magnetic circuits forms a working gap with the corresponding end surface of the rotor 4, and with a cylindrical surface of the rotor 5 forms a working gap of the stator 8 of the radial electromagnet. The sleeve 3 is axially fixed by a nut 22 from the side of the shaft end 2, on the same side there is a bearing assembly including a safety bearing 23 mounted on the end of the sleeve 3, a flange 24 and a bearing shield 25, bolted to the housing and casing 1, which protects against damage to parts of the housing and the findings of the stator windings (not shown). The stators of electromagnets and sensors are attached to the corresponding parts of the housing by means of adapter sleeves and fixing elements, as well as threaded connections. Parts 11, 12, 13 of the housing are fastened together, for example, by bolting and are detachably connected to the housing of the product. Magnetic support can be performed without a protective casing, as shown in the drawing below the axial cut line of the General view of the device.

Рассмотрим последовательность операций, выполняемых при разборке магнитной опоры, представленной на чертеже. Consider the sequence of operations performed when disassembling the magnetic support shown in the drawing.

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. In the beginning, the bearing assembly of the safety bearing 23 is disassembled, released and removed from the sleeve 3, then the casing 1 is removed (if there is one), the stators 9 and 10 are lifted and, after disconnecting the fastening of the housing parts 11, 12 and 13, they are sequentially removed : part 13 of the housing together with the stators 9 and 10, the rotor 6, part 12 of the housing together with the stator 8, the rotor 5. Then release the magnetic circuit 21 and take it out, then remove the rotor 4 and the last to remove part 11 of the housing with the magnetic circuit 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. The assembly of the magnetic support is carried out in accordance with the selected sequence of arrangement of electromagnets and shaft position sensors, starting with the structural components of the magnetic support adjacent to the product, and complete with the installation of the casing (if any) and the assembly of the safety bearing assembly.

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. Thus, the invention allows to create a unified magnetic support for devices with an active magnetic suspension of rotors, provides the possibility of mass production and its use in devices characterized by a wide range of changes in dynamic parameters and / or operating modes.

Источники информации. Sources of information.

1. Труды ВНИИЭМ. Магнитный подвес роторов электрических машин и механизмов, том 39, М., 1989, с. 76-87. 1. Proceedings of VNIIEM. Magnetic Suspension of Rotors of Electric Machines and Mechanisms, Volume 39, M., 1989, p. 76-87.

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

Claims (3)

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. 1. A magnetic support comprising a housing, radial and axial electromagnets, radial and axial shaft position sensors, while the stators of the electromagnets and shaft position sensors are detachably connected to the housing, and their rotors are mounted on the shaft, characterized in that the housing is made of three parts with a detachable connection between them, in one part of the housing are the stators of the shaft position sensors, and in the other two parts of the housing are the radial stator and the axial electromagnet stator, respectively, in the indicated parts of the housing the positions between the end mating planes are equal to each other, and the attachment points on the mating parts of the housing coincide with each other when connecting the housing parts in any sequence, all rotors are interchangeable on the shaft for placement under the respective stators, with radial and axial shaft position sensors made with a common rotor. 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. 2. Support according to claim 1, characterized in that the rotor of the shaft position sensors is made in the form of a disk, while the stator of the axial sensor forms working gaps with the end surfaces of the disk, and the stator of the radial sensor forms a working gap with the cylindrical surface of the disk. 3. Опора по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вал снабжен втулкой, на которой установлены роторы электромагнитов и датчиков положения вала. 3. A support according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft is provided with a sleeve on which rotors of electromagnets and shaft position sensors are mounted.