RU2015610C1

RU2015610C1 - Gland-free device for transferring rotary motion into hermetically sealed cavity

Info

Publication number: RU2015610C1
Authority: RU
Inventors: Лев Михайлович Утемов; Эдгар Залманович Гуревич
Original assignee: Лев Михайлович Утемов; Эдгар Залманович Гуревич
Priority date: 1990-08-22
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: electricity, transferring rotary motion. SUBSTANCE: motor has a stator with magnetic core and pole-pieces, rotor mounted within the stator, cylindrical hermetic partition fabricated of non-magnetic material in which portions of the stator pole-pieces are located and interposed between the stator and rotor. The motor is characterized in that each portion of the pole-pieces sealingly mounted on the partition is made of at least two rods mounted radially and the rotor is disposed in a bore formed in the cylindrical partition. EFFECT: enhanced reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи вращательного движения в герметичную полость с повышенным или высоким давлением жидкой или газообразной среды, находящейся в полости, например, для передачи движения в полость трубопроводной арматуры. The invention relates to mechanical engineering, and in particular to devices for transmitting rotational motion into an airtight cavity with an increased or high pressure of a liquid or gaseous medium located in the cavity, for example, to transmit movement to the cavity of pipe fittings.

Известно бессальниковое устройство для передачи возвратно-поступательного движения в герметичную полость, содержащее герметизированный сильфоном толкатель, ведомую гильзу с проточками, фиксатор, механизм перемещения, содержащий две пары подпружиненных рычагов. Known glandless device for transmitting reciprocating motion into a sealed cavity containing a bellows-sealed pusher, a driven sleeve with grooves, a latch, a movement mechanism containing two pairs of spring-loaded levers.

Недостатком устройства является его сложность и недостаточная надежность ввиду наличия ряда сильфонов. The disadvantage of this device is its complexity and lack of reliability due to the presence of a number of bellows.

Известно бессальниковое устройство для передачи вращательного движения в вакуумную полость, содержащее статор электродвигателя, ротор, установленный внутри статора, цилиндрическую герметичную перегородку из немагнитного материала, установленную между статором и ротором и соединенную с герметичной полостью с одной стороны и герметичной крышкой - с другой стороны. A sealless device for transmitting rotational motion into a vacuum cavity is known, comprising a stator of an electric motor, a rotor installed inside the stator, a cylindrical sealed partition made of non-magnetic material, installed between the stator and the rotor and connected to the sealed cavity on one side and the sealed cover on the other side.

Недостатком прототипа является ограниченное применение (только в области вакуумной техники) ввиду малой толщины перегородки из немагнитного материала и малой передаваемой мощности. Утолщение перегородки вызывает дальнейшее снижение передаваемой мощности и КПД. The disadvantage of the prototype is the limited use (only in the field of vacuum technology) due to the small thickness of the partition made of non-magnetic material and low transmitted power. The thickening of the partition causes a further decrease in the transmitted power and efficiency.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет повышения рабочего давления в герметичной полости до десятков МПа (сотен кгс/см²) путем утолщения перегородки, повышение мощности и КПД за счет снижения зазора для магнитного потока между статором и ротором.The aim of the invention is to expand technological capabilities by increasing the working pressure in the sealed cavity to tens of MPa (hundreds of kgf / cm ² ) by thickening the walls, increasing power and efficiency by reducing the gap for magnetic flux between the stator and the rotor.

Для этого в известном бессальниковом устройстве для передачи вращательного движения в герметичную полость, содержащем статор с магнитопроводом и электрической обмоткой электродвигателя, ротор, установленный внутри статора, цилиндрическую герметичную перегородку из немагнитного материала, установленную между статором и ротором и соединенную с герметичной полостью с одной стороны и герметичной крышкой, с другой стороны, каждый полюс магнитопровода статора содержит участок из ферромагнитного материала, герметично установленный не менее чем в одном отверстии перегородки. Участок полюса магнитопровода может быть выполнен в виде конца стержня, причем полюс выполнен в виде того же стержня, свободно установленного относительно ярма. Участок полюса может быть выполнен в виде пробки, наружная цилиндрическая поверхность которой установлена на уровне наружной цилиндрической поверхности перегородки. Участок полюса может быть выполнен в виде не менее чем двух стержней. To this end, in a known sealless device for transmitting rotational motion into a sealed cavity containing a stator with a magnetic circuit and an electric motor winding, a rotor installed inside the stator, a cylindrical sealed partition of non-magnetic material, installed between the stator and the rotor and connected to the sealed cavity on one side and a sealed cover, on the other hand, each pole of the stator magnetic circuit contains a section of ferromagnetic material that is not hermetically sealed than in one hole of the septum. The pole portion of the magnetic circuit can be made in the form of the end of the rod, and the pole is made in the form of the same rod, freely installed relative to the yoke. The pole section can be made in the form of a cork, the outer cylindrical surface of which is installed at the level of the outer cylindrical surface of the partition. The pole section can be made in the form of at least two rods.

Утолщение перегородки, обеспечивающее повышение рабочего давления среды, сочетается с сохранением величины немагнитного зазора между полюсом статора и ротора, что исключает снижение мощности электродвигателя и КПД. The thickening of the partition, providing an increase in the working pressure of the medium, is combined with the preservation of the non-magnetic gap between the pole of the stator and rotor, which eliminates the reduction in electric motor power and efficiency.

На фиг. 1 представлено устройство, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 - варианты выполнения устройства. In FIG. 1 shows a device, a section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 and 4 - embodiments of the device.

Устройство содержит статор с магнитопроводом, состоящим из ярма и полюсов. В варианте, показанном на фиг. 1 и 2, ярмо 1 выполнено в виде кольца, свободно установленного на полюса, выполненные в виде ферромагнитных стержней (пластин 2). Каждый стержень содержит концевой участок 3, герметично, например, посредством сварки, пайки, полимерного герметика, установленный в отверстии цилиндрической перегородки 4 из немагнитного материала, например немагнитной стали, металлокерамического композитного материала и др. В данном варианте обеспечивается удобство замены отдельных катушек 5 электрической обмотки. The device contains a stator with a magnetic circuit consisting of a yoke and poles. In the embodiment shown in FIG. 1 and 2, yoke 1 is made in the form of a ring freely mounted on poles made in the form of ferromagnetic rods (plates 2). Each rod contains an end portion 3, hermetically, for example, by welding, soldering, polymer sealant, installed in the hole of the cylindrical partition 4 of non-magnetic material, for example non-magnetic steel, cermet composite material, etc. In this embodiment, it is convenient to replace individual coils 5 of the electric winding .

В варианте согласно фиг. 3 магнитопровод статора выполнен в виде штампованных пластин, содержащих ярмо 6 и выступы 7 на нем. Каждый выступ является участком полюса. Другой участок полюса выполнен в виде пробки 8, например, из низкоуглеродистой стали ил железа. In the embodiment of FIG. 3, the stator magnetic circuit is made in the form of stamped plates containing a yoke 6 and protrusions 7 on it. Each ledge is a section of the pole. Another portion of the pole is made in the form of a plug 8, for example, of low carbon steel or iron.

Пробка 8 герметично, например, посредством сварки, пайки и др. способом установлена в отверстии перегородки 4. Наружная цилиндрическая поверхность 9 пробки 8 установлена на уровне наружной цилиндрической поверхности 10 перегородки 4, что обеспечивает свободную установку выступов 7 относительно пробок 8 с минимальным зазором. В данном варианте обеспечивается уменьшенный объем участков магнитопровода из сплошного материала. The plug 8 is hermetically sealed, for example, by welding, soldering, etc., in the opening of the partition 4. The outer cylindrical surface 9 of the plug 8 is installed at the level of the outer cylindrical surface 10 of the partition 4, which ensures the free installation of the protrusions 7 relative to the plugs 8 with a minimum clearance. In this embodiment, a reduced volume of sections of the magnetic core of solid material is provided.

В варианте согласно фиг. 4 участок полюса магнитопровода выполнен в виде не менее чем двух стержней 11, например, железных, герметично установленных в перегородке 4 одним из известных способов. В данном варианте обеспечивается уменьшение потерь от вихревых токов или повышение частоты тока в электрических обмотках. In the embodiment of FIG. 4, the pole section of the magnetic circuit is made in the form of at least two rods 11, for example, iron, sealed in the partition 4 by one of the known methods. In this embodiment, a reduction in eddy current losses or an increase in the frequency of the current in the electrical windings is provided.

Перегородка 4 на одном конце герметично соединена с крышкой 12, на другом конце - с фланцем 13 для стыковки с фланцем 14 аппарата, содержащего герметичную полость 15. Уплотнение фланцев обеспечивается кольцевой прокладкой 16. Ротор 17 установлен на цилиндрическом сердечнике 18, который на подшипниках 19 и 20 установлен в перегородке 4 и крышке 12. Конец 21 сердечника 18 может быть соединен с механизмом, расположенным в полости 15. Ротор 17 выполнен из ферромагнитного материала с выступами 22 или может быть выполнен в виде постоянных магнитов с выступающими по окружности полюсами (не показано). Статор и ротор являются статором и ротором шагового двигателя. The partition 4 at one end is hermetically connected to the cover 12, at the other end to the flange 13 for docking with the flange 14 of the apparatus containing the sealed cavity 15. The sealing of the flanges is provided by an annular gasket 16. The rotor 17 is mounted on a cylindrical core 18, which is mounted on bearings 19 and 20 is installed in the partition 4 and the cover 12. The end 21 of the core 18 can be connected to a mechanism located in the cavity 15. The rotor 17 is made of ferromagnetic material with protrusions 22 or can be made in the form of permanent magnets with protruding around the poles (not shown). The stator and rotor are the stator and rotor of the stepper motor.

Питание статора осуществляется от специального источника электрических импульсов тока. The stator is powered from a special source of electrical current pulses.

Устройство действует следующим образом. Текучая среда под давлением заполняет полость 15 и полость, в которой находится ротор. Импульсы тока поочередно подаются в пары катушек, расположенных одна противоположно другой. При этом ближайшие выступы 22 ротора притягиваются к возбужденным полюсам статора и ротор совершает шаг поворота. При непрерывной подаче импульсов ротор совершает прерывистое вращательное движение с некоторой частотой вращения, определяемой частотой импульсов. Для реверсирования вращения ротора меняется направление подачи импульсов, например с подачи по часовой стрелке на подачу против часовой стрелки. В варианте согласно фиг. 1 и 2 для замены катушек 5 снимается ярмо. The device operates as follows. Fluid under pressure fills the cavity 15 and the cavity in which the rotor is located. The current pulses are alternately supplied to pairs of coils located one opposite to the other. In this case, the nearest protrusions 22 of the rotor are attracted to the excited poles of the stator and the rotor makes a turning step. With a continuous supply of pulses, the rotor performs intermittent rotational motion with a certain rotation frequency determined by the frequency of the pulses. To reverse the rotation of the rotor, the direction of supply of the pulses changes, for example, from clockwise feed to counterclockwise feed. In the embodiment of FIG. 1 and 2, to replace the coils 5, the yoke is removed.

В вариантах согласно фиг. 3 и 4 для замены катушек снимается весь статор, т.е. магнитопровод с катушками. При малой частоте импульсов вихревые потери в сплошных участках магнитопровода незначительны. In the embodiments of FIG. 3 and 4, to replace the coils, the entire stator is removed, i.e. magnetic circuit with coils. At a low pulse frequency, the vortex losses in the continuous sections of the magnetic circuit are insignificant.

Эффективность устройства обусловлена следующим. Наличие участков полюсов магнитопровода, герметично и прочно установленных в окнах перегородки, позволяет неограниченно утолщить перегородку, не увеличивая немагнитный зазор между статором и ротором, что позволяет использование устройства при давлениях среды в герметичной полости в десятки МПа (сотни кгс/см²). При частоте вращения ротора до 20-30 об/мин, что приемлемо для большинства видов трубопроводной арматуры высокого давления, частота импульсов тока и магнитного потока в каждом полюсе магнитопровода устройства не превышает 2-3 импульса в секунду, что не вызывает значительных вихревых потерь в участках магнитопровода, выполненных из сплошного материала. Области использования устройства - энергетика, нефтегазовая промышленность, водоснабжение, химия и др.The effectiveness of the device is due to the following. The presence of sections of the poles of the magnetic circuit, sealed and firmly installed in the windows of the partition, allows you to infinitely thicken the partition without increasing the non-magnetic gap between the stator and rotor, which allows the use of the device at pressures of the environment in the sealed cavity of tens of MPa (hundreds of kgf / cm ² ). When the rotor speed is up to 20-30 rpm, which is acceptable for most types of high pressure pipe fittings, the frequency of current pulses and magnetic flux at each pole of the device’s magnetic circuit does not exceed 2-3 pulses per second, which does not cause significant vortex losses in the sections magnetic core made of solid material. Fields of use of the device are energy, oil and gas industry, water supply, chemistry, etc.

Claims

A BESSLESS DEVICE FOR TRANSFER OF ROTARY MOTION TO A SEALED CAVITY, containing a stator with a magnetic circuit and poles, a rotor installed inside the stator, a cylindrical sealed partition made of non-magnetic material, in which sections of the stator poles are sealed and placed between which the stator and with the aim of expanding technological capabilities due to increased pressure of the medium inside the cylindrical partition and expanding the limits of regulation of the rotational speed pn, simplify the design, each of the pole portions, sealingly mounted in the cylindrical wall is made of at least two rods mounted radially, and the rotor is mounted in the bore of the cylindrical partition.