RU2585797C1 - Vertical rotor magnetic support - Google Patents
Vertical rotor magnetic support Download PDFInfo
- Publication number
- RU2585797C1 RU2585797C1 RU2015100915/05A RU2015100915A RU2585797C1 RU 2585797 C1 RU2585797 C1 RU 2585797C1 RU 2015100915/05 A RU2015100915/05 A RU 2015100915/05A RU 2015100915 A RU2015100915 A RU 2015100915A RU 2585797 C1 RU2585797 C1 RU 2585797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnets
- magnetic support
- vertical rotor
- rotor
- vertical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04B—CENTRIFUGES
- B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
- B04B9/12—Suspending rotary bowls ; Bearings; Packings for bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/041—Passive magnetic bearings with permanent magnets on one part attracting the other part
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов: гироскопов, накопителей энергии, генераторов, турбомолекулярных насосов, центрифуг и подобных устройств.The invention relates to mechanical engineering, mainly to the magnetic supports of vertical rotors of rapidly rotating devices: gyroscopes, energy stores, generators, turbomolecular pumps, centrifuges and similar devices.
Существует большое многообразие предложений по построению магнитных опор на постоянных магнитах. Магнитные опоры многофункциональны и позволяют решить многие проблемы, например разгрузку нижней опоры от осевой нагрузки, обеспечение бесконтактной радиальной жесткой связи ротора с неподвижной частью, центровку ротора относительно корпуса.There is a wide variety of proposals for the construction of permanent magnetic poles. Magnetic bearings are multifunctional and can solve many problems, for example, unloading the lower support from axial load, providing contactless radial rigid connection of the rotor with the fixed part, and the centering of the rotor relative to the housing.
Известна магнитная опора вертикального ротора газовой центрифуги, в которой для усиления бесконтактной радиальной жесткой связи с неподвижной частью помимо основного магнита применен дополнительный магнит, установленный на наружной трубке газового коллектора, сила которого направлена против направления притяжения основного магнита.A magnetic support of a vertical rotor of a gas centrifuge is known in which, in addition to the main magnet, an additional magnet mounted on the outer tube of the gas manifold, the force of which is directed against the direction of attraction of the main magnet, is used to strengthen the non-contact radial rigid connection with the fixed part.
Патент RU №2115481, МПК В04В 5/08, В04В 9/12, B01D 59/20, опубл.20.07.1998.Patent RU No. 2115481, IPC
Такая магнитная опора усиливает поперечную жесткую связь, но сложна при сборке и имеет большие осевые габариты, что уменьшает полезную длину ротора.Such a magnetic support enhances the transverse rigid connection, but is difficult to assemble and has large axial dimensions, which reduces the useful length of the rotor.
Известна магнитная опора вертикального ротора газовой ультрацентрифуги, содержащая систему магнитов, установленную соосно с ротором, состоящую из постоянных магнитов, расположенных на противоположных концах корпуса, и электромагнитов.Known magnetic support of the vertical rotor of a gas ultracentrifuge containing a system of magnets mounted coaxially with the rotor, consisting of permanent magnets located at opposite ends of the housing, and electromagnets.
Патент GB №1401514, МПК F16C 32/04, В04В 9/00, опубл. 07.07.1972.GB patent No. 1401514, IPC F16C 32/04, B04B 9/00, publ. 07/07/1972.
Такая магнитная опора позволяет обеспечить хорошую центровку ротора, но ухудшает массогабаритные показатели и усложняет конструкцию опоры.Such a magnetic support allows for good alignment of the rotor, but worsens the overall dimensions and complicates the design of the support.
Известна магнитная опора вертикального ротора газовой ультрацентрифуги, содержащая систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором.Known magnetic support of the vertical rotor of a gas ultracentrifuge containing a system of permanent magnets mounted coaxially with the rotor.
Патент DE №1132863, МПК В04В 5/08, опубл. 1962-07-05.DE Patent No. 1132863, IPC
В этой магнитной опоре в открытых полостях радиально подвижных элементов расположена демпфирующая жидкость, поэтому частицы жидкости могут мигрировать внутрь полых роторов, а установка герметичных крышек на полости с жидкостью в подвижных элементах усложняет конструкцию магнитных опор.A damping fluid is located in this magnetic support in the open cavities of the radially movable elements, so the fluid particles can migrate inside the hollow rotors, and the installation of sealed covers on the cavity with the liquid in the moving elements complicates the construction of the magnetic supports.
Задача данного изобретения состоит в создании магнитной опоры с усиленной радиальной жесткой связью при сохранении приемлемого значения нагрузки на нижнюю опору, обеспечивающей работоспособность быстровращающихся роторов в процессе разгона и эксплуатации, повышение надежности и долговечности работы.The objective of the invention is to create a magnetic support with reinforced radial rigid connection while maintaining an acceptable value of the load on the lower support, ensuring the operability of rapidly rotating rotors during acceleration and operation, increasing the reliability and durability.
Поставленная задача достигается тем, что в магнитной опоре вертикального ротора, расположенной в устройстве в виде полого тонкостенного вертикального ротора, установленного в корпусе, опирающегося на подпятник, содержащей систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором, система магнитов содержит магниты, закрепленные на неподвижных элементах устройства, между которыми установлен один или несколько магнитов, закрепленных на вращающихся элементах устройства.The problem is achieved in that in the magnetic support of the vertical rotor located in the device in the form of a hollow thin-walled vertical rotor mounted in a housing supported by a thrust bearing containing a system of permanent magnets mounted coaxially with the rotor, the magnet system contains magnets mounted on the fixed elements of the device between which one or more magnets are mounted, mounted on the rotating elements of the device.
Кроме того, неподвижный элемент представляет собой коллектор, на котором один из магнитов закреплен выше тонкостенного вертикального ротора, а другой в его полости.In addition, the fixed element is a collector on which one of the magnets is mounted above the thin-walled vertical rotor, and the other in its cavity.
Кроме того, магниты могут быть выполнены кольцевыми.In addition, the magnets can be made circular.
Кроме того, сечение магнитов может быть выполнено прямоугольным.In addition, the cross section of the magnets can be made rectangular.
Кроме того, сечение магнитов может быть иметь произвольную форму.In addition, the cross section of the magnets may be of arbitrary shape.
Кроме того, магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью.In addition, the magnets can be made of a material with high electrical conductivity.
Кроме того, на неподвижных элементах устройства закреплено несколько магнитов, между которыми установлены несколько магнитов, закрепленных на вращающемся элементе.In addition, several magnets are fixed to the fixed elements of the device, between which several magnets are mounted, mounted on a rotating element.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг. 1 - продольный разрез вертикального ротора с магнитной опорой.FIG. 1 is a longitudinal section through a vertical rotor with a magnetic support.
Фиг. 2 - зависимость величины бесконтактной радиальной жесткой связи f от осевого смещения z магнита, закрепленного на вращающемся элементе, относительно неподвижных магнитов при различных соотношениях расстояния между неподвижными магнитами и высоты магнита, закрепленного на вращающемся элементе.FIG. 2 - dependence of the value of the non-contact radial rigid coupling f on the axial displacement z of the magnet mounted on the rotating element, relative to the fixed magnets at various ratios of the distance between the fixed magnets and the height of the magnet fixed on the rotating element.
Фиг. 3 - зависимость подъемной силы F от осевого смещения z магнита, закрепленного на вращающемся элементе, относительно неподвижных магнитов при различных соотношениях расстояния между неподвижными магнитами и высоты магнита, закрепленного на вращающемся элементе.FIG. 3 shows the dependence of the lifting force F on the axial displacement z of a magnet fixed on a rotating element with respect to the fixed magnets at various ratios of the distance between the fixed magnets and the height of the magnet fixed on the rotating element.
Магнитная опора вертикального ротора расположена в устройстве, в котором полый тонкостенный вертикальный ротор 1 установлен в неподвижном корпусе 2, и опирается иглой 3 на подпятник 4 нижнего механического демпфера 5. В крышке 6 корпуса 2 закреплен неподвижный коллектор 7, расположенный в полости тонкостенного вертикального ротора 1.The magnetic support of the vertical rotor is located in a device in which a hollow thin-walled
Магнитная опора, представляющая собой систему постоянных магнитов, установленных соосно с полым тонкостенным вертикальным ротором 1, состоит из постоянных магнитов 8 и 9, закрепленных на неподвижных элементах устройства, между которыми установлен постоянный магнит 10 или несколько магнитов, закрепленные на вращающемся элементе.The magnetic support, which is a system of permanent magnets mounted coaxially with a hollow thin-walled
Например, магнитная опора расположена внутри герметичного корпуса 2 и представляет собой систему постоянных магнитов, установленных соосно с полым тонкостенным вертикальным ротором 1, в которой между закрепленными на неподвижном коллекторе 7 магнитами 8 и 9, один из которых установлен выше тонкостенного вертикального ротора 1, а другой в его полости, расположен магнит 10, закрепленный на вертикальном роторе 1.For example, the magnetic support is located inside the sealed
Магниты могут быть выполнены кольцевыми.Magnets can be made ring.
Взаимное расположение магнитов выбирается (или рассчитывается) таким образом, чтобы параметры магнитной опоры - нагрузка на нижнюю опору, а следовательно, момент трения и величина бесконтактной радиальной жесткой связи были оптимальны.The relative position of the magnets is selected (or calculated) in such a way that the parameters of the magnetic support - the load on the lower support, and therefore the friction moment and the value of the contactless radial rigid coupling are optimal.
Сечение магнитов может быть выполнено прямоугольным.The cross section of the magnets can be made rectangular.
Сечение магнитов может иметь произвольную форму, представляющую различные геометрические фигуры и их комбинации.The cross section of the magnets may have an arbitrary shape representing various geometric shapes and their combinations.
Магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью.Magnets can be made of highly conductive material.
Магнитная опора работает следующим образом.Magnetic support works as follows.
Опирающийся иглой 3 на подпятник 4 полый тонкостенный вертикальный ротор 1 удерживается в вертикальном положении благодаря бесконтактной радиальной жесткой связи магнитной опоры, представляющей собой систему магнитов, причем бесконтактная радиальная жесткая связь создается за счет взаимодействия осесимметричного магнитного поля магнитов 8 и 9 и магнита 10. При этом осевая сила взаимодействия магнитов 8 и 9 и магнита 10 частично разгружает подпятник 4 от веса ротора, уменьшая трение в опоре и износ ее элементов.The hollow thin-walled
Анализируя графики зависимостей величин бесконтактной радиальной жесткой связи f и подъемной силы F от величины смещения z магнита, закрепленного на вращающемся элементе, относительно закрепленных на неподвижных элементах устройства магнитов, можно сделать вывод о симметричности характеристик относительно центрального положения.By analyzing the graphs of the dependences of the values of the contactless radial rigid coupling f and the lifting force F on the magnitude of the displacement z of the magnet fixed on the rotating element relative to the magnets fixed on the fixed elements of the device, we can conclude that the characteristics are symmetrical with respect to the central position.
В зоне точки симметрии на характерной кривой бесконтактной радиальной жесткой связи наблюдается широкий участок с практически постоянным при определенном взаимном положении магнитов значением величины бесконтактной радиальной жесткой связи с малыми значениями величин осевых усилий. И, напротив - на участках с малыми величинами бесконтактной радиальной жесткой связи наблюдаются участки с практически постоянными значениями осевых усилий.In the zone of the point of symmetry, on the characteristic curve of the contactless radial rigid coupling, a wide section is observed with a practically constant value for a certain mutual position of the magnets of the value of the contactless radial rigid coupling with small values of the axial forces. And, on the contrary, in areas with small values of non-contact radial rigid coupling, areas with practically constant axial forces are observed.
Рабочие характеристики такой магнитной опоры при различных соотношениях расстояния между магнитами, закрепленными на неподвижных элементах устройства, и высоты магнита, закрепленного на вращающемся элементе, позволяют выбрать вариант взаимного расположения магнитов с оптимальными параметрами величин давления на нижнюю опору и радиальной жесткой связи.The performance characteristics of such a magnetic support with different ratios of the distance between the magnets mounted on the fixed elements of the device and the height of the magnet mounted on the rotating element, allow you to choose the relative position of the magnets with the optimal parameters of the pressure on the lower support and radial rigid connection.
Во время разгона ротора 1 при прохождении критических частот вращения, а также на рабочем режиме за счет нутации, остаточного дисбаланса и действия случайных внешних сил ротор 1 может совершать колебания относительно нижней опоры, а составные и длинные роторы могут быть подвержены изгибным колебаниям. В случае выполнения магнитов из материала с высокой электропроводностью усиливается эффект радиального и осевого демпфирования.During acceleration of the
По сравнению с известными магнитными опорами повышается эффективность использования магнитов за счет более полного использования энергии магнитного потока. При этом может быть сэкономлено до 50% массы магнитного материала, что особенно актуально при использовании дорогих редкоземельных металлов для изготовления магнитов.Compared with the known magnetic supports, the efficiency of using magnets is increased due to a more complete use of magnetic flux energy. In this case, up to 50% of the mass of magnetic material can be saved, which is especially important when using expensive rare-earth metals for the manufacture of magnets.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015100915/05A RU2585797C1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Vertical rotor magnetic support |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015100915/05A RU2585797C1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Vertical rotor magnetic support |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2585797C1 true RU2585797C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015100915/05A RU2585797C1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Vertical rotor magnetic support |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2585797C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3289925A (en) * | 1957-11-14 | 1966-12-06 | Degussa | Centrifugal separators |
GB1379987A (en) * | 1971-02-26 | 1975-01-08 | Comitato Nazionale Per Lenergi | Magnetic suspension devices |
SU1299522A3 (en) * | 1984-03-13 | 1987-03-23 | Кернфоршунгсанлаге Юлих Гмбх (Фирма) | Magnetic support for stabilizing shaft position |
US4918345A (en) * | 1987-03-13 | 1990-04-17 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Magnetic bearing for active centering of a body movable relative to a static body with respect to at least one axis |
RU2115481C1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-20 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
RU2161538C1 (en) * | 1999-12-06 | 2001-01-10 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
RU2355478C2 (en) * | 2007-02-14 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод"(ОАО"ПО ЭХЗ") | Upper magnetic support of gas centrifuge rotor |
-
2015
- 2015-01-12 RU RU2015100915/05A patent/RU2585797C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3289925A (en) * | 1957-11-14 | 1966-12-06 | Degussa | Centrifugal separators |
GB1379987A (en) * | 1971-02-26 | 1975-01-08 | Comitato Nazionale Per Lenergi | Magnetic suspension devices |
SU1299522A3 (en) * | 1984-03-13 | 1987-03-23 | Кернфоршунгсанлаге Юлих Гмбх (Фирма) | Magnetic support for stabilizing shaft position |
US4918345A (en) * | 1987-03-13 | 1990-04-17 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Magnetic bearing for active centering of a body movable relative to a static body with respect to at least one axis |
RU2115481C1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-20 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
RU2161538C1 (en) * | 1999-12-06 | 2001-01-10 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
RU2355478C2 (en) * | 2007-02-14 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод"(ОАО"ПО ЭХЗ") | Upper magnetic support of gas centrifuge rotor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10444106B2 (en) | Balancing method for balancing at high speed a rotor of a rotary machine | |
JP5873954B2 (en) | Passive dynamic inertia rotor balance system for turbomachinery | |
CN111033078B (en) | Vortex type vibration damper | |
JP2006226527A (en) | Dynamic pressure air bearing device | |
CN109510382A (en) | A kind of novel magnetically levitated accumulated energy flywheel rotor | |
CN101000070A (en) | Permanent magnetism and turbine composite bearing | |
RU2014123642A (en) | ELECTROMECHANICAL Flywheels | |
RU2585797C1 (en) | Vertical rotor magnetic support | |
CN101000068A (en) | Permanent magnetism and turbine composite bearing | |
CN103595176B (en) | A kind of motor damping vibration-proof structure | |
JP7160494B2 (en) | electromechanical battery | |
CN100489326C (en) | Permanent magnetism and turbine composite bearing | |
RU2540215C1 (en) | Hybrid magnetic bearing with axial control | |
RU2593450C1 (en) | Magnetic support of composite type | |
RU2638392C2 (en) | Magnetic support with additional magnetic system | |
RU2446324C1 (en) | Radial bearing on magnetic suspension | |
Sheng et al. | Testing of a 100 kW oil-free high-speed permanent-magnet synchronous motor | |
Impinna et al. | Test and theory of electrodynamic bearings coupled to active magnetic dampers | |
CN202468424U (en) | Permanent magnet thrust bearings of vertical magnetic pump | |
RU134714U1 (en) | MOTOR-Flywheel | |
RU2272676C1 (en) | Magnetic support of the vertical rotor | |
WO2012154066A1 (en) | Magnetic bearing and magnetic bearing mode of action | |
RU2612453C2 (en) | Method of increasing specific energy, for mechanical energy storage devices and device for its implementation | |
RU185576U1 (en) | ADAPTIVE DEVICE-DAMPER | |
RU2585002C1 (en) | Vertical rotor magnetic support |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170622 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200113 |