RU2054334C1 - Magnetic support of gas centrifuge rotor - Google Patents

Magnetic support of gas centrifuge rotor Download PDF

Info

Publication number
RU2054334C1
RU2054334C1 RU92005941/13A RU92005941A RU2054334C1 RU 2054334 C1 RU2054334 C1 RU 2054334C1 RU 92005941/13 A RU92005941/13 A RU 92005941/13A RU 92005941 A RU92005941 A RU 92005941A RU 2054334 C1 RU2054334 C1 RU 2054334C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
bushing
sleeve
radial
face end
Prior art date
Application number
RU92005941/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92005941A (en
Inventor
Л.В. Гурылева
Б.И. Кантин
А.К. Калитеевский
В.В. Кураев
Г.Н. Худницкий
Original Assignee
Центральное конструкторское бюро машиностроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральное конструкторское бюро машиностроения filed Critical Центральное конструкторское бюро машиностроения
Priority to RU92005941/13A priority Critical patent/RU2054334C1/en
Publication of RU92005941A publication Critical patent/RU92005941A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2054334C1 publication Critical patent/RU2054334C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: magnetic support has ferromagnetic bushing mounted coaxial to rotor on its upper cover, circular axially magnetized magnet disposed with gap above bushing coaxially with it in centrifuge housing and polar piece made in the shape of ring with radial shelf near the face end adjoining the lower face end of magnet. Near upper face end the ferromagnetic bushing is equipped with ring-shaped radial protrusion whose thickness is equal to 0.5-1.5 of that of bushing wall and its height is equal to 0.1-0.3 of that of bushing. The width of lower face end of pole piece is equal to 1.8-2.2 of width of upper face end of ferromagnetic bushing and exceeds its width from the side of its interior and exterior surfaces by the same value. The outer diameter of radial shelf of pole piece is equal to 0.92-0.95 of average diameter of ring-shaped magnet. EFFECT: simultaneous lowered pressure on lower support of rotor by 4-5% and increased radial rigidity of upper support of rotor by 8-10% due to indicated relationships of geometric parameters of magnetic support members. 2 dwg

Description

Изобретение относится к верхним опорам высокооборотных роторов с вертикальной осью вращения, посредством которых роторы удерживаются в вертикальном положении, например, роторов газовых ультрацентрифуг. The invention relates to the upper supports of high-speed rotors with a vertical axis of rotation, by which the rotors are held in a vertical position, for example, gas ultracentrifuge rotors.

В верхних опорах высокооборотных роторов с вертикальной осью вращения для уменьшения давления на нижнюю опору применяют магнитные подшипники, повышающие надежность и долговечность работы опор. Для выполнения функций осевой разгрузки нижней опоры и стабилизации вертикального положения оси вращения ротора верхняя магнитная опора должна обладать достаточными осевой силой притяжения и радиальной жесткостью и иметь при этом относительно малые массу и габариты вращающихся элементов. In the upper bearings of high-speed rotors with a vertical axis of rotation, magnetic bearings are used to reduce the pressure on the lower bearing, increasing the reliability and durability of the bearings. To perform the functions of axial unloading of the lower support and stabilization of the vertical position of the axis of rotation of the rotor, the upper magnetic support must have sufficient axial attractive force and radial stiffness and at the same time have relatively small mass and dimensions of the rotating elements.

Известна магнитная опора ротора центрифуги, вращающегося вокруг вертикальной оси, содержащая неподвижный кольцевой постоянный магнит с двумя полюсными наконечниками, разнесенными по радиусу и направленными вниз, и установленный на роторе якорь в виде втулки с двумя ответными по отношению к полюсным наконечникам кольцевыми выступами, имеющими одинаковые с полюсными наконечниками размеры и отделенными от них осевым зазором. Опора снабжена также по меньшей мере одним диском, установленным на роторе между кольцевыми электрообмотками, для компенсации части силы веса ротора и его осевых отклонений [1]
Эта магнитная опора разгружает нижнюю опору ротора и стабилизирует его вертикальное положение. Однако она отличается сложной конструкцией и имеет увеличенные массу и радиальные габариты вращающегося с ротором якоря, что неприемлемо для высокооборотных роторов.
Known magnetic support of a rotor of a centrifuge rotating around a vertical axis, containing a fixed annular permanent magnet with two pole tips, spaced apart in radius and directed downward, and an anchor mounted on the rotor in the form of a sleeve with two ring protrusions that are opposite to the pole tips, having the same pole pieces dimensions and axial clearance separated from them. The support is also provided with at least one disk mounted on the rotor between the ring electric windings to compensate for part of the rotor weight force and its axial deviations [1]
This magnetic support unloads the lower support of the rotor and stabilizes its vertical position. However, it has a complex structure and has an increased mass and radial dimensions of the armature rotating with the rotor, which is unacceptable for high-speed rotors.

Известна также магнитная опора вертикального ротора центрифуги, содержащая расположенные по кольцу на верхнем и нижнем торцах ротора осевые выступы и ответные осевые выступы на корпусе центрифуги. В промежутках между стенкой корпуса и выступами на нем установлены постоянные магниты, с помощью которых корпус, вращающийся ротор и выступы на корпусе и на роторе образуют магнитную цепь. Корпус центрифуги, ротор и выступы выполнены из ферромагнитного материала [2]
В данный магнитной опоре ротора надо выдерживать малые рабочие зазоры между выступами на корпусе и на роторе как в верхней, так и в нижней частях центрифуги, что снижает надежность ее работы.
The magnetic support of a vertical centrifuge rotor is also known, containing axial protrusions located on the ring at the upper and lower ends of the rotor and reciprocal axial protrusions on the centrifuge body. In the spaces between the wall of the housing and the protrusions, permanent magnets are mounted on it, with the help of which the housing, the rotating rotor and the protrusions on the housing and on the rotor form a magnetic circuit. Centrifuge body, rotor and protrusions made of ferromagnetic material [2]
In this magnetic support of the rotor, it is necessary to maintain small working gaps between the protrusions on the housing and on the rotor both in the upper and lower parts of the centrifuge, which reduces the reliability of its operation.

Ближайшим техническим решением к предложенному является магнитная опора ротора газовой центрифуги, содержащая ферромагнитную втулку, закрепленную соосно ротору на его верхней крышке, кольцевой аксиальной намагниченный магнит, установленный в корпусе центрифуги над втулкой соосно ей, и полюсный наконечник, выполненный в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающего к нижнему торцу магнита [3]
Данная магнитная опора обеспечивает вращение ротора без механического контакта с элементами верхней части корпуса центрифуги, разгружает нижнюю опору действием осевой силы притяжения магнита и стабилизирует положение оси вращения ротора за счет радиальной жесткости, обусловленной действием осесимметричного магнитного поля. Однако конструкция элементов данной магнитной опоры не позволяет эффективно использовать энергию магнитного поля для повышения несущей способности и жесткости опоры. В этой опоре увеличение осевой силы притяжения ротора и повышение радиальной жесткости может быть достигнуто или за счет увеличения массы и габаритов элементов опоры (в том числе вращающихся элементов), или/и путем использования новых магнитных материалов, что существенно увеличивает стоимость.
The closest technical solution to the proposed one is the magnetic support of the rotor of a gas centrifuge, containing a ferromagnetic sleeve fixed coaxially to the rotor on its upper cover, an annular axial magnetized magnet installed in the centrifuge body above the sleeve coaxially with it, and a pole piece made in the form of a ring with a radial shelf end face adjacent to the bottom end of the magnet [3]
This magnetic support provides the rotation of the rotor without mechanical contact with the elements of the upper part of the centrifuge housing, relieves the lower support by the axial force of attraction of the magnet and stabilizes the position of the axis of rotation of the rotor due to radial rigidity due to the action of an axisymmetric magnetic field. However, the design of the elements of this magnetic support does not allow the efficient use of magnetic field energy to increase the bearing capacity and rigidity of the support. In this support, an increase in the axial force of attraction of the rotor and an increase in radial stiffness can be achieved either by increasing the mass and dimensions of the support elements (including rotating elements), and / or by using new magnetic materials, which significantly increases the cost.

Задача, решается предлагаемым изобретением, состоит в том, чтобы уменьшить давление на нижнюю опору и повысить радиальную жесткость верхней магнитной опоры высокооборотного ротора газовой центрифуги без ухудшения массогабаритных показателей и усложнения конструкции опоры путем выбора рациональной формы, соотношений размеров и взаимного расположения ее элементов. The problem is solved by the invention, is to reduce the pressure on the lower support and increase the radial stiffness of the upper magnetic support of the high-speed rotor of the gas centrifuge without compromising weight and size and complicating the design of the support by choosing a rational shape, size ratios and relative positions of its elements.

Для решения этой задачи в предложенной магнитной опоре вертикального ротора газовой центрифуги, содержащей ферромагнитную втулку, закрепленную соосно ротору на его верхней крышке, кольцевой аксиально намагниченный магнит, установленный над втулкой соосно с ней в корпусе центрифуги, и полюсный наконечник, выполненный в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающего к нижнему торцу магнита, ферромагнитная втулка в верхней части снабжена кольцевым радиальным выступом, толщина которого равна 0,5-1,5 толщины стенки втулки, а его высота равна 0,1-0,3 высоты втулки, ширина нижнего торца полюсного наконечника равна 1,8-2,2 ширины верхнего торца ферромагнитной втулки и превышает ширину ее торца со стороны внутренней и наружной поверхностей на одинаковую величину, а наружный диаметр радиальной полки полюсного наконечника равен 0,92-0,95 среднего диаметра кольцевого магнита. To solve this problem, in the proposed magnetic support of a vertical rotor of a gas centrifuge, containing a ferromagnetic sleeve fixed coaxially to the rotor on its upper cover, an annular axially magnetized magnet mounted above the sleeve coaxially with it in the centrifuge body, and a pole piece made in the form of a ring with a radial a shelf at the end adjacent to the lower end of the magnet, the ferromagnetic sleeve in the upper part is equipped with an annular radial protrusion, the thickness of which is 0.5-1.5 of the wall thickness of the sleeve, and its height equal to 0.1-0.3 of the height of the sleeve, the width of the lower end of the pole tip is equal to 1.8-2.2 of the width of the upper end of the ferromagnetic sleeve and exceeds the width of its end from the side of the inner and outer surfaces by the same amount, and the outer diameter of the radial shelf of the pole the tip is 0.92-0.95 of the average diameter of the ring magnet.

На фиг.1 изображен частичный продольный разрез магнитной опоры; на фиг.2 узел I на фиг.1. Figure 1 shows a partial longitudinal section of a magnetic support; in Fig.2 node I in Fig.1.

Магнитная опора включает установленный в немагнитном корпусе 1 соосно вертикальному ротору 2 аксиально намагниченный кольцевой магнит 3 с полюсным наконечником 4 на его нижнем торце. Полюсный наконечник 4 выполнен кольцевым с радиальной полкой 5 со стороны торца, примыкающего к нижнему торцу магнита 3. Соосно ротору 2 на его верхней крышке 6 установлена ферромагнитная втулка 7, на которой у ее верхнего торца 8 выполнен радиальный кольцевой выступ 9. Торец 8 ферромагнитной втулки 7 расположен с зазором К относительно корпуса 1 против нижнего торца 10 полюсного наконечника 4, при этом ширина S3 торца 10 составляет 1,8-2,2 ширины S2 верхнего торца 8 втулки 7, и, кроме того, ширина торца 10 превышает ширину торца 8 со стороны внутренней и наружной поверхностей втулки 7 на одинаковую величину, равную (S3-S2)/2. Кольцевой выступ 9 в верхней части втулки 7 выполнен с толщиной S2-S1, равной 0,5-1,5 толщины S1 стенки втулки, или что то же самое S2/S1=1,5--2,5, а высота Н1 радиального выступа 9 равна 0,1-0,3 высоты Н2 втулки 7. Наружный диаметр D1 радиальной полки 5 полюсного наконечника 4 равен 0,92-0,95 среднего диаметра D2 кольцевого магнита 3. Ротор 2 опирается на нижнюю опору (на чертеже не показана), а в верхней магнитной опоре не имеет механического контакта с неподвижными деталями. Кольцевой магнит 3 создает осесимметричное магнитное поле, сила притяжения которого через ферромагнитную втулку 7 разгружает нижнюю опору 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 3 замыкается через полюсный наконечник 4 и ферромагнитную втулку 7.The magnetic support includes an axially magnetized ring magnet 3 mounted in a non-magnetic housing 1 coaxially to the vertical rotor 2 with a pole tip 4 at its lower end. The pole tip 4 is made annular with a radial shelf 5 on the side of the end adjacent to the lower end of the magnet 3. Coaxially to the rotor 2, a ferromagnetic sleeve 7 is mounted on its upper cover 6, on which a radial annular projection 9 is made at its upper end 8. End face 8 of the ferromagnetic sleeve 7 is located with a gap K relative to the housing 1 against the lower end 10 of the pole piece 4, while the width S 3 of the end 10 is 1.8-2.2 of the width S 2 of the upper end 8 of the sleeve 7, and, in addition, the width of the end 10 exceeds the width end 8 from the inner and the outer surfaces of the sleeve 7 by the same amount equal to (S 3 -S 2 ) / 2. The annular protrusion 9 in the upper part of the sleeve 7 is made with a thickness S 2 -S 1 equal to 0.5-1.5 of the thickness S 1 of the wall of the sleeve, or the same thing S 2 / S 1 = 1.5-2.5 and the height H 1 of the radial protrusion 9 is 0.1-0.3 of the height H 2 of the sleeve 7. The outer diameter D 1 of the radial shelf 5 of the pole piece 4 is 0.92-0.95 of the average diameter D 2 of the ring magnet 3. Rotor 2 relies on the lower support (not shown in the drawing), and in the upper magnetic support does not have mechanical contact with fixed parts. An annular magnet 3 creates an axisymmetric magnetic field, the attractive force of which through the ferromagnetic sleeve 7 unloads the lower support from a part of the rotor weight force and provides the upper support with radial stiffness, that is, the ability to counteract the rotor deviations angular relative to the lower support. The magnetic flux between the poles of the magnet 3 is closed through the pole piece 4 and the ferromagnetic sleeve 7.

Магнитная опора работает следующим образом. Magnetic support works as follows.

В покое и при вращении ротора 2 осесимметричное магнитное поле удерживает ферромагнитную втулку 7 и связанный с ней ротор в вертикальном стационарном положении, не препятствуя вращению ротора. В случае отклонения ротора от стационарного положения симметричность магнитного поля нарушается, что создает радиальную силу, препятствующую отклонению ротора и возвращающую ротор в исходное положение при прекращении действия возмущающей силы. At rest and during rotation of the rotor 2, an axisymmetric magnetic field holds the ferromagnetic sleeve 7 and the associated rotor in a vertical stationary position, without interfering with the rotation of the rotor. If the rotor deviates from the stationary position, the symmetry of the magnetic field is violated, which creates a radial force that prevents the rotor from deviating and returns the rotor to its original position when the action of the disturbing force ceases.

Благодаря наличию радиального выступа 9 на втулке 7, взаимному положению полюсного наконечника 4 и торца ферромагнитной втулки 7 и выбору геометрических параметров элементов магнитной опоры из предлагаемых диапазонов их предпочтительных значений обеспечивается повышенная концентрация магнитного потока в зазоре между втулкой 7 и полюсным наконечником 4, что по сравнению с известными магнитными опорами повышает эффективность разгрузки нижней опоры ротора и стабилизации оси его вращения за счет более полного полезного использования энергии магнитного поля и повышения плотности магнитного потока в рабочем зазоре К. Экспериментальные исследования, выполненные заявителем, показали, что выбор геометрических размеров элементов магнитной опоры вне указанных диапазонов значений ухудшает рабочие параметры магнитной опоры. Например, увеличение высоты Н1 радиального выступа 9 на верхней части ферромагнитной втулки практически не увеличивает степень разгрузки нижней опоры ротора и ее радиальную жесткость, а лишь увеличивает массу ферромагнитной втулки, соединенной с вращающимся ротором. Кроме того, выявлено также, что при наличии неизбежного технологического разброса значений сил притяжения серийных магнитов, используемых в опоре, разброс значений силы притяжения в предлагаемой опоре заметно сужается, что в серийном производстве упрощает технологические требования.Due to the presence of a radial protrusion 9 on the sleeve 7, the relative position of the pole tip 4 and the end face of the ferromagnetic sleeve 7 and the choice of the geometric parameters of the magnetic support elements from the proposed ranges of their preferred values, an increased concentration of magnetic flux in the gap between the sleeve 7 and the pole tip 4 is provided, which is compared with known magnetic supports increases the efficiency of unloading the lower support of the rotor and stabilizes the axis of its rotation due to a more complete useful use of energy ology magnetic field and increase the magnetic flux density in the gap K. The experimental studies performed by the applicant have shown that the choice of the geometric dimensions of the members of the magnetic bearings is specified ranges of values deteriorates the operating parameters of the magnetic bearing. For example, increasing the height H 1 of the radial protrusion 9 on the upper part of the ferromagnetic sleeve practically does not increase the degree of unloading of the lower support of the rotor and its radial rigidity, but only increases the mass of the ferromagnetic sleeve connected to the rotating rotor. In addition, it was also revealed that in the presence of an inevitable technological dispersion of the values of the attractive forces of the serial magnets used in the support, the spread of the attractive forces in the proposed support is noticeably narrowed, which simplifies the technological requirements in serial production.

Использование изобретения позволяет повысить жесткость магнитной опоры ротора газовой центрифуги на 8-10% и снизить давление на нижнюю опору на 4-5%
Уменьшение давления на нижнюю опору ротора и повышение надежности стабилизации положения оси его вращения повышается надежность и долговечность работы газовой центрифуги.
Using the invention allows to increase the rigidity of the magnetic support of the rotor of the gas centrifuge by 8-10% and reduce the pressure on the lower support by 4-5%
Reducing the pressure on the lower support of the rotor and increasing the reliability of stabilization of the position of the axis of its rotation increases the reliability and durability of the gas centrifuge.

Claims (1)

МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИ, содержащая ферромагнитную втулку, закрепленную соосно с ротором на его верхней крышке, кольцевой аксиально намагниченный магнит, установленный в корпусе центрифуги над втулкой соосно с ней, и полюсный наконечник, выполненный в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающего к нижнему торцу магнита, отличающаяся тем, что ферромагнитная втулка у верхнего торца снабжена кольцевым радиальным выступом, толщина которого равна 0,5 - 1,5 толщины стенки втулки, а его высота равна 0,1 - 0,3 высоты втулки, ширина нижнего торца полюсного наконечника равна 1,8 - 2,2 ширины верхнего торца ферромагнитной втулки и превышает ширину ее торца со стороны внутренней и наружной поверхностей на одинаковую величину, а наружный диаметр радиальной полки полюсного наконечника равен 0,92 - 0,95 среднего диаметра кольцевого магнита. A GAS CENTRIFUGE MAGNETIC ROTOR MOUNT, containing a ferromagnetic sleeve mounted coaxially with the rotor on its top cover, an axially magnetized ring magnet mounted in a centrifuge above the sleeve coaxially with it, and a pole piece made in the form of a ring with a radial shelf at the end face the lower end of the magnet, characterized in that the ferromagnetic sleeve at the upper end is provided with an annular radial protrusion, the thickness of which is 0.5 - 1.5 of the wall thickness of the sleeve, and its height is 0.1 - 0.3 of the height of the sleeve, w the irina of the lower end of the pole tip is equal to 1.8 - 2.2 of the width of the upper end of the ferromagnetic sleeve and exceeds the width of its end from the side of the inner and outer surfaces by the same amount, and the outer diameter of the radial shelf of the pole tip is 0.92 - 0.95 of the average diameter ring magnet.
RU92005941/13A 1992-11-11 1992-11-11 Magnetic support of gas centrifuge rotor RU2054334C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92005941/13A RU2054334C1 (en) 1992-11-11 1992-11-11 Magnetic support of gas centrifuge rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92005941/13A RU2054334C1 (en) 1992-11-11 1992-11-11 Magnetic support of gas centrifuge rotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU92005941A RU92005941A (en) 1995-06-19
RU2054334C1 true RU2054334C1 (en) 1996-02-20

Family

ID=20131980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92005941/13A RU2054334C1 (en) 1992-11-11 1992-11-11 Magnetic support of gas centrifuge rotor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2054334C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010107341A2 (en) 2009-03-17 2010-09-23 Kantin Boris Iosifovich Adjustable magneto-dynamic bearing for a vertical rotor
RU2585002C1 (en) * 2015-01-12 2016-05-27 Закрытое акционерное общество "Центротех-СПб" Vertical rotor magnetic support

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент Великобритании N 1379987,кл. F 16C 32/04, опублик. 08.01.75. 2. Патент Японии N 57-17214, кл.F 16C 32/04, опублик. 09.04.82. 3. Патент ФРГ N 1071593, кл. B 04B 9/12, опублик. 09.06.90. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010107341A2 (en) 2009-03-17 2010-09-23 Kantin Boris Iosifovich Adjustable magneto-dynamic bearing for a vertical rotor
RU2585002C1 (en) * 2015-01-12 2016-05-27 Закрытое акционерное общество "Центротех-СПб" Vertical rotor magnetic support

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3949916B2 (en) Magnetic levitation motor and magnetic bearing device
RU2089761C1 (en) Magnetic support
EP1980765A1 (en) Electromagnetic suspension bearing
US5929548A (en) High inertia inductor-alternator
RU2054334C1 (en) Magnetic support of gas centrifuge rotor
JPH08178011A (en) Flywheel device
CN106763186A (en) A kind of axial mixed magnetic bearing with permanent magnetism unloading force
JPS5883552A (en) Rotary machine
EP0111366A1 (en) Electric motor
US4833873A (en) Spindle apparatus directly driven by electric motor
CN109681525B (en) Magnetic suspension bearing and motor
RU2398977C1 (en) Controlled magnet-dynamic support of vertical rotor
CN110735859A (en) parallel permanent magnet biased axial-radial magnetic suspension bearing
RU2115481C1 (en) Gas centrifuge
KR970077899A (en) Magnetic bearings of spindle motors with rotating axes rotating together
US6838801B2 (en) Rectifying structure and rotary machine employing the same
SU1362510A1 (en) Vibration exciter
RU2265757C1 (en) Vertical rotor magnetic supporting nit
JPH0371569B2 (en)
RU2242288C1 (en) Magnetic support of a vertical rotor
RU2272676C1 (en) Magnetic support of the vertical rotor
JPS576549A (en) Induction motor
KR100266739B1 (en) Spindle motor for digital video disk
JPH0412A (en) Bearing system
JP2971557B2 (en) Power storage device

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20070316