RU2539705C1

RU2539705C1 - Magnetic bearing assembly

Info

Publication number: RU2539705C1
Application number: RU2013137340/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Дидов; Виктор Дмитриевич Сергеев
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-01-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: magnetic bearing assembly contains casing (1), in which magnetic thrust and radial bearings are installed. Rotation axis of the rotor (7) is oriented vertically. Thrust bearing block is installed under thrust journal (8), at that the journal (8) contains cylindrical groove (12), on its bottom the composite permanent magnet (3) is installed, as minimum it contains three ring coaxial permanent magnets, odd magnets starting from the outermost are magnetised radially and look each other by like poles, and even magnets are made with axial magnetising. The ring permanent magnet (2) secured in the casing (1) is made similarly. The rotor top part (7) projecting above the journal (8) has the sleeve shape (6), and central part of the cover (5) is equipped with cylindrical projection (13) made with the possibility of insertion in the cavity of the rotor top part (7). On the internal surface of the sleeve (6) minimum three ring permanent magnets (9) of the radial bearing are rigidly secured above each other. On the surface of the cylindrical projection (13) of the cover (5) looking on the cavity surface of the rotor top part (7) minimum three ring permanent magnets (11) of the radial bearing are rigidly secured above each other, in terms of dimensions and direction of intensity of magnetisation are similar to those of the secured on the internal surface of the sleeve (6), but shifted relatively to them through vertical. The external surface of the sleeve (6) and cylindrical edge of the journal (8) are provided with bandage (14, 15) made by coiled high strength fibres on the binding agent out of solidified synthetic resin. The journal (8) and rotor (7) are hollow and are mainly equipped with the radial reinforcement ribs (16, 17).

EFFECT: assurance of high carrying capacity of thrust and radial bearing assemblies under operation mode with reduced friction losses, improved operation reliability, improvement of mechanical efficiency of the turbine generator.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок замкнутого цикла большой мощности.The invention relates to the field of turbine construction and can be used in the design, for example, of gas turbine units of a closed cycle of high power.

Известен радиальный подшипник на магнитной подвеске, включающий кольцевые коаксиальные постоянные магниты, снабженные экранами и взаимодействующие в радиальном направлении одним одноименным действующим полюсом (см. RU 2264565, МПК7 F16C 32/04, 21.11.2003).Known radial bearing on a magnetic suspension, including annular coaxial permanent magnets equipped with shields and interacting in the radial direction with the same acting pole (see RU 2264565, IPC7 F16C 32/04, 11/21/2003).

В известной конструкции подшипника экраны не обеспечивают надежную осевую стабилизацию, что при высоких оборотах во время работы может вызвать смещение и колебание оси; магнитное взаимодействие одним рабочим полюсом снижает эффективность использования магнитной энергии единицы объема постоянных магнитов. Энергетические потери в известной конструкции могут быть скомпенсированы увеличением массы постоянных магнитов. Следствием этого является либо увеличение габаритов или ограничение динамического диапазона радиально-осевых перемещений, что ухудшает эксплуатационные характеристики подшипника в целом.In the known design of the bearing, the screens do not provide reliable axial stabilization, which at high speeds during operation can cause displacement and oscillation of the axis; magnetic interaction with one working pole reduces the efficiency of using magnetic energy per unit volume of permanent magnets. Energy losses in a known design can be offset by an increase in the mass of permanent magnets. The consequence of this is either an increase in size or limitation of the dynamic range of radial-axial movements, which affects the operational characteristics of the bearing as a whole.

Известен также магнитный подшипниковый узел, содержащий корпус, внутри которого смонтированы магнитные упорный и радиальный подшипники, при этом радиальный подшипник содержит кольцевые коаксиальные постоянные магниты, обращенные друг к другу неэкранированными поверхностями, один из которых скреплен с корпусом подшипника, а другой скреплен с ротором, причем упорный подшипник содержит пяту, перпендикулярную продольной оси ротора и жестко скрепленную с ним, на которой закреплен кольцевой постоянный магнит, обращенный с зазором к неэкранированному от него кольцевому постоянному магниту, закрепленному в корпусе подшипника (см. RU 2314443, МПК7 F16C 32/04, 10.01.2008).Also known is a magnetic bearing assembly comprising a housing inside which magnetic thrust and radial bearings are mounted, the radial bearing comprising annular coaxial permanent magnets facing each other with unshielded surfaces, one of which is bonded to the bearing housing and the other is bonded to the rotor, wherein the thrust bearing contains a heel perpendicular to the longitudinal axis of the rotor and rigidly fastened to it, on which an annular permanent magnet is fixed, facing a gap to a non-screen an annular permanent magnet fixed from it, fixed in the bearing housing (see RU 2314443, IPC F16C 32/04, 01/10/2008).

Магнитные подвесы большинства известных на сегодня газотурбинных двигателей выполнены на базе электромагнитов (активных магнитных подшипников). Недостатки таких систем - сложная система контроля зазора между цапфой и электромагнитами, относительно большой зазор между ними, высокое энергопотребление, необходимость установки страховочных подшипников, что увеличивает массу установки. С появлением высококоэрцитивных постоянных магнитов из редкоземельных материалов появилась возможность создавать пассивные магнитные подшипники, которые позволяют отказаться от сложных систем стабилизации магнитных подшипников, уменьшить немагнитный зазор, повысить надежность, несущую способность и жесткость магнитных подшипников.Magnetic suspensions of most gas turbine engines known today are made on the basis of electromagnets (active magnetic bearings). The disadvantages of such systems are a complex control system for the gap between the pin and the electromagnets, a relatively large gap between them, high energy consumption, the need to install safety bearings, which increases the weight of the installation. With the advent of highly coercive permanent magnets from rare-earth materials, it became possible to create passive magnetic bearings that can abandon complex systems for stabilizing magnetic bearings, reduce non-magnetic clearance, and increase the reliability, bearing capacity and stiffness of magnetic bearings.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение несущей способности упорного и радиального подшипниковых узлов турбогенератора, повышение надежности их работы, уменьшение потерь на трение в рабочем режиме, исключение загрязнения рабочего тела турбомашины маслом, повышение механического КПД турбогенератора.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the bearing capacity of the thrust and radial bearing assemblies of the turbogenerator, increase the reliability of their operation, reduce friction losses in the operating mode, eliminate contamination of the working body of the turbomachine with oil, increase the mechanical efficiency of the turbogenerator.

Технический результат предлагаемого технического решения выражается в обеспечении высокой несущей способности упорного и радиального подшипникового узлов в рабочем режиме при уменьшении в них потерь на трение, повышении его надежности работы, повышении механического КПД турбогенератора.The technical result of the proposed technical solution is expressed in providing a high bearing capacity of the thrust and radial bearing assemblies in the operating mode while reducing friction losses in them, increasing its reliability, increasing the mechanical efficiency of the turbogenerator.

Поставленная задача решается тем, что магнитный подшипниковый узел, содержащий корпус, внутри которого смонтированы магнитные упорный и радиальный подшипники, при этом радиальный подшипник содержит кольцевые коаксиальные постоянные магниты, обращенные друг к другу неэкранированными поверхностями, один из которых скреплен с корпусом подшипника, а другой скреплен с ротором, причем упорный подшипник содержит пяту, перпендикулярную продольной оси ротора и жестко скрепленную с ним, на которой закреплен кольцевой постоянный магнит, обращенный с зазором к неэкранированному от него кольцевому постоянному магниту, закрепленному в корпусе подшипника, отличается тем, что ось вращения ротора ориентирована вертикально, при этом подпятник осевого подшипника размещен под пятой, причем пята содержит цилиндрическую выточку, на дне которой жестко закреплен составной постоянный магнит, содержащий, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, начиная с крайнего, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные выполнены с осевым намагничиванием, причем кольцевой постоянный магнит, закрепленный в корпусе подшипника, выполнен аналогично и обращен в зазор с кольцевым магнитом пяты, так что составляющие его кольца обращены к кольцам, составляющим кольцевой магнит пяты, одноименными полюсами, кроме того, верхней части ротора, выступающей над пятой, придана форма стакана, а центральная часть крышки корпуса подшипника снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью размещения в полости верхней части ротора, при этом на внутренней поверхности полости верхней части ротора жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, при этом нечетные кольца, начиная с крайнего, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем на поверхности цилиндрического выступа крышки корпуса подшипника, обращенной к поверхности полости верхней части ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, по размерам и направлению намагниченности аналогичные закрепленным на внутренней поверхности полости верхней части ротора, но смещенные относительно них по вертикали, кроме того, внешняя поверхность верхней части ротора, обращенная в зазор с полостью крышки корпуса подшипника, и цилиндрическая кромка пяты, обращенная к внутренней поверхности корпуса подшипника, снабжены бандажом, выполненным намоткой высокопрочного волокна на связующем из твердеющих синтетических смол.The problem is solved in that a magnetic bearing assembly comprising a housing inside which magnetic thrust and radial bearings are mounted, the radial bearing comprising annular coaxial permanent magnets facing each other with unshielded surfaces, one of which is bonded to the bearing housing and the other is bonded with a rotor, wherein the thrust bearing comprises a heel perpendicular to the longitudinal axis of the rotor and rigidly fastened to it, on which an annular permanent magnet is fixed, facing A gap with an annular permanent magnet unshielded from it, fixed in the bearing housing, differs in that the axis of rotation of the rotor is oriented vertically, while the thrust bearing of the axial bearing is placed under the fifth, and the heel contains a cylindrical recess, on the bottom of which a compound permanent magnet is rigidly fixed, containing at least three annular coaxial permanent magnets, the odd of which, starting from the extreme, are magnetized radially and face each other with the same poles, and even s with axial magnetization, and the annular permanent magnet mounted in the bearing housing is made similarly and faces the gap with the annular heel magnet, so that its constituent rings face the rings constituting the annular heel magnet, with the same poles, in addition, the upper part of the rotor, protruding above the fifth, a cup is shaped, and the central part of the bearing housing cover is provided with a cylindrical protrusion configured to be placed in the cavity of the upper part of the rotor, while on the inner surface The cavities of the upper part of the rotor are rigidly fixed on top of each other, at least three annular permanent magnets, while the odd rings, starting from the extreme, are magnetized along the axis of the rotor and face each other with the same poles, and the even rings are made with radial magnetization, and on the surface a cylindrical protrusion of the bearing housing cover facing the cavity surface of the upper part of the rotor, at least three annular permanent magnets are rigidly fixed one above the other, in size and direction of magnetization, anal which are fixed on the inner surface of the cavity of the upper part of the rotor, but offset vertically relative to them, in addition, the outer surface of the upper part of the rotor facing the gap with the cavity of the bearing housing cover and the cylindrical heel edge facing the inner surface of the bearing housing are provided with a bandage, made by winding high-strength fiber on a binder from hardening synthetic resins.

Кроме того, пята и ротор выполнены полыми и снабжены, предпочтительно, радиальными ребрами жесткости.In addition, the heel and the rotor are hollow and are preferably provided with radial stiffeners.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the essential features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки, указывающие, что «ось вращения ротора ориентирована вертикально, при этом подпятник осевого подшипника размещен под пятой», позволяют использовать один упорный магнитный подшипник для восприятия суммарной нагрузки от веса ротора генератора, турбины и компрессора, ось вращения которых ориентирована вертикально.Signs indicating that “the axis of rotation of the rotor is oriented vertically, while the thrust bearing of the axial bearing is placed under the fifth”, allows you to use one persistent magnetic bearing to absorb the total load from the weight of the rotor of the generator, turbine and compressor, the axis of rotation of which is oriented vertically.

Признак, указывающий, что «пята содержит цилиндрическую выточку, на дне которой жестко закреплен составной постоянный магнит», обеспечивает жесткое скрепление постоянных магнитов с пятой, что способствует уменьшению деформации поверхности пяты магнитного подшипника и восприятию высоких нагрузок магнитным подшипником.A sign indicating that “the heel contains a cylindrical recess, on the bottom of which the compound permanent magnet is rigidly fixed”, provides rigid bonding of the permanent magnets to the heel, which helps to reduce the deformation of the heel surface of the magnetic bearing and the perception of high loads by the magnetic bearing.

Признаки, указывающие, что составной постоянный магнит содержит «как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, начиная с крайнего, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем кольцевой постоянный магнит, закрепленный в корпусе подшипника, выполнен аналогично и обращен в зазор с кольцевым магнитом пяты, так что составляющие его кольца обращены к кольцам, составляющим кольцевой магнит пяты, одноименными полюсами», формируют схему намагничивания постоянных магнитов пяты и подпятника (схему Хальбаха), которая обеспечивает увеличение магнитного потока и направление его основной части в зону рабочего зазора упорного подшипникового узла для получения значительных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов. Это повышает несущую способность и жесткость упорного подшипникового узла.Signs indicating that the composite permanent magnet contains “at least three annular coaxial permanent magnets, the odd of which, starting from the last, are magnetized radially and face each other with the same poles, and the even rings are made with axial magnetization, and the ring permanent magnet, fixed in the bearing housing, is made similarly and faces the gap with the ring magnet of the heel, so that its constituent rings face the rings that make up the ring magnet of the heel, with the same poles ”, form Coziness is the scheme for magnetizing permanent magnets of the heel and the thrust bearing (Halbach scheme), which provides an increase in magnetic flux and the direction of its main part to the working gap of the thrust bearing assembly to obtain significant repulsive forces of the same poles of permanent magnets. This increases the bearing capacity and stiffness of the thrust bearing assembly.

Признаки, указывающие, что «верхней части ротора, выступающей над пятой, придана форма стакана, а центральная часть крышки корпуса подшипника снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью размещения в полости верхней части ротора», обеспечивают размещение радиального магнитного подшипника в верхней части упорного магнитного подшипника и способствуют уменьшению деформации поверхности радиального магнитного подшипника и восприятию высоких радиальных нагрузок магнитным подшипником.Signs indicating that "the upper part of the rotor protruding above the fifth is shaped like a cup, and the central part of the bearing housing cover is provided with a cylindrical protrusion adapted to be placed in the cavity of the upper part of the rotor", ensure that the radial magnetic bearing is placed in the upper part of the thrust magnetic bearing and contribute to reducing the surface deformation of the radial magnetic bearing and the perception of high radial loads by the magnetic bearing.

Признаки «… на внутренней поверхности полости верхней части ротора жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, при этом нечетные кольца, начиная с крайнего, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем на поверхности цилиндрического выступа крышки корпуса подшипника, обращенной к поверхности полости верхней части ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, по размерам и направлению намагниченности аналогичные закрепленным на внутренней поверхности полости верхней части ротора, но смещенные относительно них по вертикали…» формируют схему намагничивания (схему Хальбаха) наружных и внутренних постоянных магнитов, что обеспечивает увеличение магнитного потока и направление его основной части в зону рабочего зазора радиального подшипникового узла для получения значительных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов для получения высокой несущей способности радиального магнитного подшипника. Смещение внутренних и наружных постоянных магнитов по вертикали создает дополнительную осевую силу, которая препятствует перемещению ротора вверх при изменении величины и направления осевой силы на частичных и переходных режимах, действующих на ротор турбины и компрессора.The signs "... on the inner surface of the cavity of the upper part of the rotor are rigidly fixed one above the other, at least three ring permanent magnets, while the odd rings, starting from the extreme, are magnetized along the axis of the rotor and face each other with the same poles, and even rings are made with radial magnetization, and on the surface of the cylindrical protrusion of the bearing housing cover facing the cavity surface of the upper part of the rotor, at least three annular permanent magnets are rigidly fixed on top of each other frames and the direction of magnetization similar to those mounted on the inner surface of the cavity of the upper part of the rotor, but shifted vertically relative to them ... ”form the magnetization scheme (Halbach scheme) of the external and internal permanent magnets, which ensures an increase in magnetic flux and the direction of its main part to the working gap of the radial bearing assembly to obtain significant repulsive forces of the same name of the poles of the permanent magnets to obtain high bearing capacity of the radial magnetically of the bearing. The vertical displacement of the internal and external permanent magnets creates an additional axial force, which prevents the rotor from moving upward when the magnitude and direction of the axial force change in partial and transitional regimes acting on the rotor of the turbine and compressor.

Признаки, указывающие, что «внешняя поверхность верхней части ротора, обращенная в зазор с полостью крышки корпуса подшипника, и цилиндрическая кромка пяты, обращенная к внутренней поверхности корпуса подшипника, снабжены бандажом, выполненным намоткой высокопрочного волокна на связующем из твердеющих синтетических смол», повышают прочность пяты и стакана при действии значительных центробежных сил при вращении ротора.Signs indicating that "the outer surface of the upper part of the rotor facing the gap with the cavity of the bearing housing cover and the cylindrical heel edge facing the inner surface of the bearing housing are provided with a bandage made by winding high-strength fiber on a binder made of hardening synthetic resins", increase the strength heels and glasses under the action of significant centrifugal forces during rotation of the rotor.

Признаки, указывающие, что «пята и ротор выполнены полыми и снабжены, предпочтительно, радиальными ребрами жесткости», способствуют снижению массы и массовых моментов инерции ротора турбогенератора, а также улучшают динамические характеристики ротора при пуске и остановке турбомашины.Signs indicating that "the heel and rotor are hollow and preferably have radial stiffeners" contribute to a reduction in the mass and mass moments of inertia of the rotor of the turbogenerator, and also improve the dynamic characteristics of the rotor when starting and stopping the turbomachine.

На фиг.1 показан продольный разрез магнитного подшипникового узла по оси вращения, а на фиг.2, 3, 4 - поперечные разрезы.Figure 1 shows a longitudinal section of a magnetic bearing assembly along the axis of rotation, and figure 2, 3, 4 - transverse sections.

На чертежах показаны корпус 1, коаксиальные постоянные магниты 2 и 3, осевой зазор 4, крышка 5 корпуса 1 подшипника, стакан 6, ротор 7, пята 8, кольцевой постоянный магнит 9, радиальный зазор 10, кольцевой постоянный магнит 11, цилиндрическая выточка 12, цилиндрический выступ 13, бандажи 14, 15, радиальные ребра жесткости 16, 17.The drawings show the housing 1, coaxial permanent magnets 2 and 3, axial clearance 4, cover 5 of the bearing housing 1, cup 6, rotor 7, heel 8, annular permanent magnet 9, radial clearance 10, annular permanent magnet 11, cylindrical undercut 12, a cylindrical protrusion 13, bandages 14, 15, radial ribs 16, 17.

Магнитный подшипниковый узел содержит корпус 1, внутри которого смонтированы радиальный и упорный магнитные подшипники. Упорный магнитный подшипник состоит из пяты и подпятника. Подпятник размещен под пятой 8, причем пята 8 содержит цилиндрическую выточку 12, на дне которой жестко закреплен составной постоянный магнит 3, содержащий, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, начиная с крайнего, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные выполнены с осевым намагничиванием, причем кольцевой постоянный магнит 2, закрепленный в корпусе 1 подшипника, выполнен аналогично и обращен в зазор 4 с кольцевым магнитом 3 пяты 8 так, что составляющие его кольца обращены к кольцам, составляющим кольцевой магнит 3 пяты 8, одноименными полюсами, то есть намагничены по схеме Хальбаха. Ось вращения ротора 7 ориентирована вертикально.The magnetic bearing assembly comprises a housing 1, inside of which a radial and thrust magnetic bearings are mounted. Thrust magnetic bearing consists of a heel and a thrust bearing. A thrust bearing is placed under the fifth 8, and the fifth 8 contains a cylindrical recess 12, at the bottom of which a composite permanent magnet 3 is rigidly fixed, containing at least three annular coaxial permanent magnets, the odd of which, starting from the extreme, are radially magnetized and face each other poles of the same name, and even poles are made with axial magnetization, and the annular permanent magnet 2, mounted in the bearing housing 1, is made similarly and faces the gap 4 with the ring magnet 3 of the heel 8 so that its constituent rings brascheny to the rings constituting the annular magnet 3, the heel 8, the same polarity, i.e. Halbach magnetized according to the scheme. The axis of rotation of the rotor 7 is oriented vertically.

Радиальный подшипник содержит кольцевые постоянные магниты 9 и 11, обращенные друг к другу неэкранированными поверхностями с зазором 10. Постоянный магнит 11 скреплен с крышкой 5 корпуса 1 подшипника, а другой магнит 9 скреплен со стаканом 6.The radial bearing contains annular permanent magnets 9 and 11 facing each other with unshielded surfaces with a gap 10. The permanent magnet 11 is bonded to the cover 5 of the bearing housing 1, and the other magnet 9 is bonded to the glass 6.

Верхней части ротора 7, выступающей над пятой 8, придана форма стакана 6, а центральная часть крышки 5 корпуса 1 подшипника снабжена цилиндрическим выступом 13, в полости которого размещена верхняя часть ротора 7. На внутренней поверхности стакана 6 жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 9, при этом нечетные кольца, начиная с крайнего, намагничены по оси ротора 7 и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием. На поверхности цилиндрического выступа 13 крышки 5 корпуса 1 подшипника, обращенной к поверхности полости верхней части ротора 7, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 11, по размерам и намагниченности аналогичные закрепленным на внутренней поверхности стакана 6 верхней части ротора 7, но смещенные относительно них по вертикали. Внешняя поверхность стакана 6, обращенная в зазор с полостью крышки 5 корпуса 1 подшипника, и цилиндрическая кромка пяты 8, обращенная к внутренней поверхности корпуса 1 подшипника, снабжены бандажом 14, 15, выполненным намоткой высокопрочного волокна на связующем из твердеющих синтетических смол.At the top of the rotor 7, protruding above the fifth 8, the shape of the cup 6 is given, and the central part of the cover 5 of the bearing housing 1 is provided with a cylindrical protrusion 13, in the cavity of which the upper part of the rotor 7 is placed. At least one of them is rigidly fixed one above the other , three annular permanent magnets 9, while the odd rings, starting from the extreme, are magnetized along the axis of the rotor 7 and face each other with the same poles, and the even rings are made with radial magnetization. On the surface of the cylindrical protrusion 13 of the cover 5 of the bearing housing 1, facing the cavity surface of the upper part of the rotor 7, at least three annular permanent magnets 11 are rigidly fixed to each other, similar in size and magnetization to those fixed on the inner surface of the cup 6 of the upper part of the rotor 7 , but shifted vertically relative to them. The outer surface of the glass 6, facing the gap with the cavity of the cover 5 of the bearing housing 1, and the cylindrical edge of the heel 8, facing the inner surface of the bearing housing 1, are provided with a bandage 14, 15 made by winding high-strength fiber on a binder made of hardening synthetic resins.

Пята 8 и ротор 7 выполнены полыми и снабжены, предпочтительно, радиальными ребрами жесткости 16, 17.The heel 8 and the rotor 7 are hollow and are preferably provided with radial stiffeners 16, 17.

Магнитный подшипниковый узел изготавливают и собирают в следующем порядке. С помощью токарной обработки и сварки изготавливают корпус 1, крышку 5 подшипника с ребрами жесткости и ротор 7 с ребрами жесткости 16, 17, стакан 6 и пяту 8.The magnetic bearing assembly is made and assembled in the following order. Using turning and welding, a housing 1, a bearing cover 5 with stiffeners and a rotor 7 with stiffeners 16, 17, cup 6 and heel 8 are made.

Стакан 6 жестко скрепляют с ребрами жесткости 17 по центру ротора 7, например, контактной сваркой. На наружную цилиндрическую поверхность ротора 7 и стакана 6 наматывают бандаж 15 и 14 из углеволокна и пропитывают его твердеющими синтетическими смолами. В кольцевые полости стакана 6 ротора 7 устанавливают на клей предварительно намагниченные в радиальном и осевом направлениях кольцевые магниты 9 радиального магнитного подшипника в строгом соответствии с их расположением на фиг.1. На торцевые внутренние кольцевые полости корпуса 1 подшипника и пяты 8 устанавливают на клей предварительно намагниченные в радиальном и осевом направлениях кольцевые коаксиальные магниты 2 и 3 упорного магнитного подшипника в строгом соответствии с их расположением на фиг.1.The glass 6 is rigidly fastened with stiffeners 17 in the center of the rotor 7, for example, by contact welding. A carbon fiber bandage 15 and 14 is wound on the outer cylindrical surface of the rotor 7 and the glass 6 and impregnated with hardening synthetic resins. In the annular cavity of the glass 6 of the rotor 7, ring magnets 9 of the radial magnetic bearing pre-magnetized in radial and axial directions are pre-magnetized in strict accordance with their location in FIG. On the end inner annular cavity of the bearing housing 1 and the heel 8, ring coaxial magnets 2 and 3 of the thrust magnetic bearing pre-magnetized in the radial and axial directions are pre-magnetized in glue in strict accordance with their location in FIG. 1.

Сборка крышки 5 магнитного подшипникаAssembly of cover 5 of the magnetic bearing

На наружную цилиндрическую поверхность меньшего диаметра больших кольцевых полостей крышки 5 магнитного подшипника устанавливают на клей предварительно намагниченные в радиальном и осевом направлениях кольцевые магниты 11 в строгом соответствии с их расположением на фиг.1.On the outer cylindrical surface of a smaller diameter of the large annular cavities of the cover 5 of the magnetic bearing, ring magnets 11 previously magnetized in the radial and axial directions are mounted on the adhesive in strict accordance with their location in FIG.

Сборка магнитного подшипникаMagnetic Bearing Assembly

Собранный ротор 7 вставляют в корпус 1 подшипника. Сверху магнитного подшипника надевают крышку 5 магнитного подшипника. Крышку 5 прижимают до соединения с корпусом 1 подшипника с помощью струбцин. Фиксируют фланцы крышки 5 и корпуса 1 подшипника болтами. При правильной сборке ротор 7 подшипникового узла должен свободно вращаться в радиальном и упорном магнитных подшипниках, не касаясь корпуса 1 подшипника и крышки 5.The assembled rotor 7 is inserted into the bearing housing 1. On top of the magnetic bearing put on the cover 5 of the magnetic bearing. The cover 5 is pressed until it is connected to the bearing housing 1 using clamps. Fix the flanges of the cover 5 and bearing housing 1 with bolts. With proper assembly, the rotor 7 of the bearing assembly should rotate freely in the radial and thrust magnetic bearings without touching the bearing housing 1 and cover 5.

Магнитный подшипниковый узел работает следующим образом. Вследствие действия отталкивающих сил упорного и радиального магнитных подшипников ротор 7 подшипникового узла располагается симметрично корпусу 1 с радиальным зазором 4 и осевым зазором 10 без механического контакта. Упорный магнитный подшипник имеет как осевую жесткость, так и радиальную, но первая значительно больше. Радиальный магнитный подшипник имеет как радиальную жесткость, так и осевую, но первая значительно больше. Смещение внутренних магнитов 11 относительно наружных 9 радиального магнитного подшипника создает предварительное осевое усилие, направленное вниз. Оно необходимо для предотвращения чрезмерного перемещения ротора 7 турбогенератора вверх при изменении осевого усилия, обусловленного газодинамическими силами турбины и компрессора, на частичных и переходных режимах.The magnetic bearing assembly operates as follows. Due to the repulsive forces of the thrust and radial magnetic bearings, the rotor 7 of the bearing assembly is located symmetrically to the housing 1 with a radial clearance 4 and an axial clearance 10 without mechanical contact. Thrust magnetic bearing has both axial stiffness and radial, but the first is much larger. A radial magnetic bearing has both radial stiffness and axial stiffness, but the former is much larger. The displacement of the inner magnets 11 relative to the outer 9 of the radial magnetic bearing creates a preliminary axial force directed downward. It is necessary to prevent excessive movement of the rotor 7 of the turbogenerator upward when the axial force due to the gas-dynamic forces of the turbine and compressor changes in partial and transient modes.

Claims

1. A magnetic bearing assembly comprising a housing within which magnetic thrust and radial bearings are mounted, the radial bearing comprising annular coaxial permanent magnets facing each other with unshielded surfaces, one of which is bonded to the bearing housing and the other is bonded to the rotor, wherein the thrust bearing contains a heel perpendicular to the longitudinal axis of the rotor and rigidly fastened to it, on which an annular permanent magnet is fixed, facing with a gap to the unshielded thereto an annular permanent magnet fixed in the bearing housing, characterized in that the axis of rotation of the rotor is oriented vertically, while the thrust bearing thrust bearing is placed under the fifth, and the heel contains a cylindrical recess, at the bottom of which a compound permanent magnet containing at least three annular coaxial permanent magnets, the odd of which, starting from the extreme, are magnetized radially and face each other with the same poles, and the even are made with axial magnetization, m ring permanent magnet mounted in the bearing housing is made similarly and faces into the gap with the ring magnet of the heel, so that its constituent rings face the rings constituting the ring magnet of the heel with the same poles, in addition, the upper part of the rotor protruding above the fifth is attached the shape of the cup, and the Central part of the cover of the bearing housing is equipped with a cylindrical protrusion made with the possibility of placement in the cavity of the upper part of the rotor, while on the inner surface of the cavity of the upper part of the rotor about, at least three annular permanent magnets are fixed one above the other, while the odd rings, starting from the extreme, are magnetized along the rotor axis and face each other with the same poles, and the even rings are made with radial magnetization, and on the surface of the cylindrical protrusion of the housing cover bearing, facing the surface of the cavity of the upper part of the rotor, are rigidly fixed one above the other, at least three annular permanent magnets, in size and direction of magnetization similar to those fixed on the inner the surface of the cavity of the upper part of the rotor, but vertically displaced relative to them, in addition, the outer surface of the upper part of the rotor facing the gap with the cavity of the bearing housing cover and the cylindrical heel edge facing the inner surface of the bearing housing are provided with a high-strength winding bandage fiber on a binder from hardening synthetic resins.

2. The magnetic bearing assembly according to claim 1, characterized in that the heel and rotor are hollow and are preferably provided with radial stiffeners.