UA31123U

UA31123U - Floating shaped bushing of high-frequency centering-fixation supports of magnetic bearings

Info

Publication number: UA31123U
Application number: UAU200713479U
Authority: UA
Inventors: Ирина Николаевна Вильшун; Татьяна Станиславовна Дунаева; Александр Петрович Костогрыз
Original assignee: Херсонский Национальный Технический Университет
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2008-03-25

Abstract

A floating shaped bushing of high-frequency centering-fixation supports of magnetic bearings that has springy bushing mounted in slots of fixed element, at that working surface of springy bushing is arranged as tabs that alternate and are enlarged to middle of the bushing, at that thickness of tabs is decreased to periphery and on inner surface of fixed element profiled cavity is provided.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до галузі енергетичного машинобудування і може бути використана в опорних 2 магнітних агрегатах високочастотних валів, роторів, гвинтів, осей енергетичних установок, які працюють в екологічно чистих середовищах.The useful model belongs to the field of power engineering and can be used in support 2 magnetic units of high-frequency shafts, rotors, screws, axes of power plants that work in ecologically clean environments.

Усі існуючі в даний час магнітні опори конструктивно виконані так, щоб забезпечувати радіальний зазор між магнітами і валом величиною не менше 0,5мм. Отже, необхідно конструктивно передбачити установку вала на центруючі елементи, розташовані по його осі з обох сторін. Ці елементи повинні фіксувати граничні значення 70 ексцентриситету осей підшипника і вала й забезпечувати так звану "левітацію" (вільне ширяння вала), тобто з погляду механіки - на всіх режимах роботи магнітного підшипника - стійкий і нейтральний рівноважний стан вала уздовж будь-якої осі координат при відсутності механічного зв'язку з опорою. Для цього в якості підтримуючих варто використовувати центрувально-фіксуючі опори малих габаритів і вантажопідйомності, щоб у момент пуску й зупинки уникнути безпосереднього контакту вала з магнітами. Сьогодні для цього широко застосовують 72 підшипники качання, однак їхнє застосування неминуче приводить до вібрації через стрибкоподібне тертя тіл, значного тепловиділення й акустичного ефекту. Крім того, зниження надійності через постійне провертання тіл качання під впливом гіроскопічних сил і швидкого виходу з ладу |Спришевский А.И. Подшипники качения. -М.: "Машиностроение". -1968 -632с. -Ил.504., табл.117., библ. 322 назв.|.All currently existing magnetic supports are structurally designed in such a way as to provide a radial gap between the magnets and the shaft of at least 0.5 mm. Therefore, it is necessary to constructively provide for the installation of the shaft on centering elements located along its axis on both sides. These elements must fix the limit values of 70 eccentricity of the bearing and shaft axes and ensure the so-called "levitation" (free floating of the shaft), that is, from the point of view of mechanics - in all modes of operation of the magnetic bearing - a stable and neutral equilibrium state of the shaft along any coordinate axis at lack of mechanical connection with the support. For this purpose, it is necessary to use centering-fixing supports of small dimensions and load capacity as supports, in order to avoid direct contact of the shaft with the magnets at the moment of starting and stopping. Today, 72 rolling bearings are widely used for this purpose, but their use inevitably leads to vibration due to jump-like friction of bodies, significant heat generation and acoustic effect. In addition, the decrease in reliability due to the constant rotation of the rocking bodies under the influence of gyroscopic forces and rapid failure |Sprishevsky A.I. Rolling bearings. - M.: "Mashinostroenie". -1968 -632p. -Ill. 504., table. 117., bibl. 322 names.

Відомо й інше технічне рішення, що використовує як центровально-фіксуючу опору магнітні підшипники, що містять рухливий і нерухомий елементи зі змонтованою на ньому пружною втулкою і пристосуванням для деформації цієї втулки в радіальному напрямку, виконаним у вигляді зафіксованих в окружному й осьовому напрямках пружин, рівномірно розташованих по окружності і змонтованих у сегментних пазах нерухомого елемента. Один з кінців елемента розміщений у глухих канавках, виконаних у радіальному напрямку внутрішньої поверхні пружної втулки, а пристрій для регулювання величини радіального зазору має регулювальний гвинт, 22 елементи для запобігання провороту пружної втулки в окружному напрямку нерухомого елемента і систему - підведення змащення в робочий зазор. При цьому рухливий елемент виконаний у виді обертової обойми, а нерухомий елемент виконаний у виді осі з центральним отвором (авторське свідоцтво СРСР Мо554427, Кл.Another technical solution is known, which uses as a centering and fixing support magnetic bearings containing movable and immovable elements with an elastic sleeve mounted on it and a device for deformation of this sleeve in the radial direction, made in the form of springs fixed in the circumferential and axial directions, uniformly located around the circumference and mounted in the segmental grooves of the stationary element. One of the ends of the element is placed in the blind grooves made in the radial direction of the inner surface of the elastic bushing, and the device for adjusting the radial clearance has an adjusting screw, 22 elements to prevent rotation of the elastic bushing in the circumferential direction of the fixed element and a system for supplying lubrication to the working gap. At the same time, the moving element is made in the form of a rotating clip, and the stationary element is made in the form of an axis with a central hole (copyright certificate of the USSR Mo554427, Cl.

Е16С17/02, 1975). При цьому пристрій для деформації пружної втулки в радіальному напрямку виконано у виді аркоподібних плоских пружин, а пристрій для регулювання величини радіального зазору виконано у виді с 30 регулювального гвинта, змонтованого з боку торця, і клина, взаємодіючого в осьовому напрямку клиновими с поверхнями з кінцями сусідніх аркоподібних пружин. Клин має уступ, взаємодіючий з регулювальним гвинтом.E16С17/02, 1975). At the same time, the device for deformation of the elastic sleeve in the radial direction is made in the form of arc-shaped flat springs, and the device for adjusting the amount of the radial clearance is made in the form of c 30 adjusting screw, mounted on the end side, and a wedge interacting in the axial direction with wedge surfaces with the ends of adjacent arch springs. The wedge has a ledge interacting with the adjusting screw.

Однак, відома опора має недостатню точність, надійність, несучу здатність, стійкість і технологічність, 7 тому що наявність у системі регулювання зазором клинів вимагає значних витрат при виготовленні. Крім того -- відсутня можливість провороту несучого елемента в режимі високих частот роботи з метою істотного зменшення 35 Швидкості ковзання в навантажених поверхнях, по конструкції цей прототип опори надзвичайно громіздкий через. 9 наявність великої кількості деталей і немає можливості здійснити розвантаження несучих зон магнітними полями через постійну напругу пружин, а також не виробляється розвантаження опори в автоматичному режимі в період пуску й зупинки опори. «However, the known support has insufficient accuracy, reliability, load-bearing capacity, stability and manufacturability, 7 because the presence of wedges in the gap control system requires significant manufacturing costs. In addition, there is no possibility of turning the supporting element in the mode of high-frequency operation in order to significantly reduce 35 The speed of sliding on loaded surfaces, this prototype support is extremely bulky due to its design. 9 the presence of a large number of parts and there is no possibility to unload the load-bearing zones with magnetic fields due to the constant tension of the springs, and the support is not unloaded in automatic mode during the period of starting and stopping the support. "

Відома й інша опора ковзання, що центрувально-фіксує магнітний підшипник (авторське свідоцтво СРСР 40 Мо750159, Кл. Е16С17/02, 1975 - Це технічне рішення для центрувально-фіксуючих опор магнітних підшипників, о, с найбільше відбиває сутність корисної моделі і може бути визнаним його прототипомі, що містить рухливий і з» нерухомий елементи із змонтованою на ньому пружною втулкою, пристосування для деформації пружної втулки в радіальному напрямку, виконано у виді конічних роликів зафіксованих в окружному й осьовому напрямках гофрованими плоскими пружинами, рівномірно розташованими по окружності і змонтованими в пазах 45 нерухомого елемента. Один з кінців пружин розміщений у глухих у радіальному напрямку канавках на внутрішній і поверхні пружної втулки, пристосування для регулювання величини зазору, другий кінець пружини кінематично - зв'язаний з конічними роликами. При цьому регулювальний гвинт змонтований у центральному отворі осі з можливістю контакту з конічними роликами і виконаний з конічним хвостовиком, а канавки на внутрішній поверхні - пружної втулки виконані глухими в осьовому напрямку. т 20 Таке технічне рішення в якості центрувально-фіксуючої опори для магнітного підшипника має недоліки, пов'язані зі складністю конструкції, нетехнологічністю при виготовленні, наявністю великого числа ланок бо» розмірного ланцюга, що вносить додаткові істотні відхилення при виготовленні та монтажі, несуча навантаження зона не забезпечує розвантаження зазору магнітними полями, не представляється можливим проворот втулки силами тертя для зниження швидкості ковзання в несучих навантаження робочих зонах, а також не здійснюється розвантаження опори в автоматичному режимі в період пуску й зупинки. с Задача корисної моделі є створення плаваючої фасонної втулки високочастотних центрувально-фіксуючих опор магнітних підшипників, у якій за рахунок конструктивних особливостей можливо було б підвищити технологічність і економічність при виготовленні й експлуатації, збільшити несучу здатність, строк служби, забезпечити рівномірну відстань між валом і магнітами в статичному стані, при пуску і зупинці вала, здійснити 60 розвантаження опори в автоматичному режимі в період пуску й зупинки, забезпечити проворот плаваючої фасонної втулки під дією сил аеродинамічного тертя з метою провертання втулки для зниження швидкості ковзання в опорі, підвищити надійність, підтримувати оптимальні робочі значення аеродинамічного тиску в несучій зоні опори.There is also another sliding support that centers and fixes a magnetic bearing (copyright certificate of the USSR 40 Mo750159, Cl. E16С17/02, 1975 - This technical solution for centering and fixing supports of magnetic bearings, о, с most reflects the essence of a useful model and can be recognized its prototype, which contains movable and immovable elements with an elastic sleeve mounted on it, a device for deformation of the elastic sleeve in the radial direction, is made in the form of conical rollers fixed in the circumferential and axial directions by corrugated flat springs, uniformly located on the circumference and mounted in grooves 45 fixed element. One of the ends of the springs is placed in blind grooves in the radial direction on the inner and surface of the elastic sleeve, a device for adjusting the gap, the other end of the spring is kinematically connected to the conical rollers. At the same time, the adjusting screw is mounted in the central hole of the axis with possibility of contact with conical rollers and made of with a conical shank, and the grooves on the inner surface of the elastic sleeve are hollow in the axial direction. t 20 Such a technical solution as a centering-fixing support for a magnetic bearing has disadvantages related to the complexity of the design, non-technological manufacturing, the presence of a large number of links of the dimensional chain, which introduces additional significant deviations during manufacturing and installation, the load-bearing zone does not provide unloading of the gap by magnetic fields, it is not possible to turn the bushing by frictional forces to reduce the sliding speed in the load-bearing working zones, and the support is not unloaded in automatic mode during the start and stop period. c The task of the useful model is to create a floating shaped sleeve of high-frequency centering-fixing supports of magnetic bearings, in which, due to design features, it would be possible to increase the manufacturability and economy during manufacture and operation, increase the load-bearing capacity, service life, ensure a uniform distance between the shaft and magnets in in a static state, when starting and stopping the shaft, carry out 60 unloading of the support in automatic mode during the start and stop period, ensure the rotation of the floating shaped bushing under the action of aerodynamic friction forces in order to turn the bushing to reduce the speed of sliding in the support, increase reliability, maintain optimal operating values aerodynamic pressure in the supporting zone of the support.

Це досягається тим, що плаваюча фасонна втулка високочастотних центрувально-фіксуючих опор магнітних бо підшипників має пружну втулку, змонтовану в пазах нерухомого елемента, робоча поверхня пружної втулки виконана у вигляді пелюсток, що чередуються та збільшені до середини втулки, причому товщина пелюсток поступово зменшена до периферії, а на внутрішній поверхні нерухомого елемента виконана профільована порожнина.This is achieved by the fact that the floating shaped sleeve of the high-frequency centering-fixing supports of the magnetic bearings has an elastic sleeve mounted in the grooves of the fixed element, the working surface of the elastic sleeve is made in the form of alternating petals and increased to the middle of the sleeve, and the thickness of the petals is gradually reduced to the periphery , and a profiled cavity is made on the inner surface of the fixed element.

Виконання робочої поверхні пружної втулки у вигляді пелюсток, що чередуються та збільшені до середини втулки в сполученні з порожниною, яка профільовано виконана на внутрішній поверхні нерухомого елемента, дозволяє зменшити швидкість ковзання в опори, тим самим дозволяє збільшити термін служби. Пружна поверхня втулки у вигляді пелюсток дозволяє отримати оптимальні робочі значення аеродинамічного тиску в робочій зоні опори, збільшує несучу здатність і забезпечує проворот плаваючої фасонної втулки під дією сил /о аеродинамічного тертя. Нескладність конструкції плаваючої фасонної втулки дозволяє досягти технологічності та економічності при виготовленні, експлуатації й підвищує надійність. Конструкція центрувально-фіксуючої опори з використанням плаваючої фасонної втулки дозволяє розвантажити несучі навантаження зони опори в автоматичному режимі в період пуску й зупинки, забезпечити рівномірну відстань між валом і магнітами в статичному стані, при пуску і зупинці вала.Making the working surface of the elastic sleeve in the form of alternating petals and enlarged to the middle of the sleeve in combination with the cavity, which is profiled on the inner surface of the fixed element, allows to reduce the speed of sliding into the supports, thereby increasing the service life. The elastic surface of the bushing in the form of petals allows you to obtain optimal working values of aerodynamic pressure in the working area of the support, increases the load-bearing capacity and ensures the rotation of the floating shaped bushing under the action of aerodynamic friction forces. The simplicity of the design of the floating shaped sleeve allows to achieve manufacturability and economy in manufacturing, operation and increases reliability. The design of the centering-fixing support with the use of a floating shaped sleeve allows you to unload the load-bearing area of the support in automatic mode during the start and stop period, to ensure a uniform distance between the shaft and the magnets in a static state, during the start and stop of the shaft.

На Фіг.1, 2 опора зображена в зборі і містить рухливу частину - вал 1 і тонкостінну плаваючу фасонну втулку 2 і нерухомого корпуса опори З та проміжної втулки 4, що має внутрішню спрофільовану поверхню 5 і виступи 6, тонкостінна плаваюча фасонна втулка 2 виконана з вирізаними пелюстками 7 і виточками 8, плаваюча фасонна втулка 2 сполучається з проміжною втулкою 4 по сполученню ЦІ 0,054 іт -д1153 ,а з валом 1 по о ) й отв, рози -о08 ) , вал має некрізний отвір 9 для підведення надлишкового тиску повітря до сполучних о - 0125 отворів 10. Виступи 6 на проміжній втулці 4 і виточках 8 на плаваючій фасонній втулці 2 виконані по нижніх граничних розмірах, забезпечуючи при відповідному ексцентриситеті обмеження осьового переміщення.In Fig. 1, 2, the support is shown as an assembly and contains a moving part - a shaft 1 and a thin-walled floating shaped bushing 2 and a fixed body of the support C and an intermediate bushing 4, which has an inner profiled surface 5 and protrusions 6, a thin-walled floating shaped bushing 2 is made of with cut out petals 7 and grooves 8, the floating shaped bushing 2 is connected to the intermediate bushing 4 by coupling ЦИ 0.054 and -d1153, and with the shaft 1 by o ) and opening, rose -o08 ), the shaft has a non-through hole 9 for supplying excess air pressure to connecting o - 0125 holes 10. Protrusions 6 on the intermediate bushing 4 and grooves 8 on the floating shaped bushing 2 are made according to the lower limit dimensions, providing with the appropriate eccentricity the limitation of axial movement.

З'єднувальні газопідводні отвір 9, по яких подається змащення в робочу зону опори виконані симетрично ближче З до торців плаваючої фасонної втулки 2. У перетині А-А втулка 2 показана без перетину.The connecting gas underwater hole 9, through which lubrication is supplied to the working area of the support, is made symmetrically closer to the ends of the floating shaped bushing 2. In the cross-section AA, the bushing 2 is shown without a cross section.

На Фіг.2-6 представлена пружна тонкостінна плаваюча фасонна втулка 2 (Фіг.1, 2) з розрізами А-А і видомFig. 2-6 shows an elastic thin-walled floating sleeve 2 (Fig. 1, 2) with sections A-A and a view

Б. Пелюстки виконані у виді крила, що на малій частині 13 є продовженням втулки 2, до периферії пелюстки 7 зведені нанівець, тобто їхня забірна частина зашліфована до заданого розміру і відполірована, як по зовнішній со 11 так і по внутрішній 12 поверхні.B. The petals are made in the form of a wing, which on the small part 13 is a continuation of the sleeve 2, until the periphery of the petal 7 is reduced to nothing, that is, their intake part is ground to the specified size and polished, both on the outer surface 11 and on the inner 12 surface.

Плаваюча фасонна втулка (Фіг.1, 2) працює у такий спосіб. сThe floating shaped sleeve (Fig. 1, 2) works in the following way. with

У початковий момент обертання вала 1 (Фіг.1, 2) що надходить газоповітряне змащення Через отвори 9 і 10 чт створює аеродинамічний тиск під пелюстками 7, тим самим відбувається часткове розвантаження вала 1, а потім зі зростанням частоти обертання вала 1 створюється аеродинамічний тиск над пелюстками 7 і під пелюстками 7 - аеростатичний тиск переходить у турбулентний й аеродинамічний за рахунок захоплення поверхнею вала 1 со потоків повітря в профільовані поверхні 11 і 12, з наступною передачею несучої здатності на магнітні підшипники. Завдяки оригінальній формі плаваючої фасонної втулки 2 з'являється різниця між аеростатичною і аеродинамічною складовими, внаслідок чого виникає підйомна сила, що забезпечує ефект левітації. За рахунок різниці аеростатичної і аеродинамічної сили плаваюча фасонна втулка 2 обертається зі швидкістю меншою за « швидкість вала. Виходячи з цього швидкість ковзання між втулками 2, 4 і валом 1 менше швидкості самого вала шщ с 1, що приводить до зменшення тепловиділення і, отже, до збільшення терміну служби опори. Використання ц газового змащення знімає питання про температурні обмеження для змащення, а також зменшує коефіцієнт "» тертя, що при дуже високих швидкостях має істотне значення.At the initial moment of rotation of shaft 1 (Fig. 1, 2), the incoming gas-air lubrication through holes 9 and 10 creates aerodynamic pressure under the petals 7, thereby partially unloading shaft 1, and then with an increase in the frequency of rotation of shaft 1, aerodynamic pressure is created above petals 7 and under petals 7 - the aerostatic pressure turns into turbulent and aerodynamic pressure due to the capture of air flows by the surface of the shaft 1 so into the profiled surfaces 11 and 12, with the subsequent transfer of the bearing capacity to the magnetic bearings. Due to the original shape of the floating sleeve 2, a difference between the aerostatic and aerodynamic components appears, resulting in a lifting force that provides the effect of levitation. Due to the difference in aerostatic and aerodynamic forces, the floating bushing 2 rotates at a speed lower than the speed of the shaft. Based on this, the speed of sliding between the bushings 2, 4 and shaft 1 is less than the speed of the shaft itself shsh s 1, which leads to a decrease in heat generation and, therefore, to an increase in the service life of the support. The use of gas lubrication eliminates the issue of temperature limitations for lubrication, and also reduces the coefficient of friction, which is of significant importance at very high speeds.

Використання плаваючої фасонної втулки високочастотних центрувально-фіксуючих опор магнітних підшипників у турбокомпресорах, рефрижераторних установках, надвисокошвидкісних електрогенераторах,The use of a floating shaped sleeve of high-frequency centering-fixing supports of magnetic bearings in turbocompressors, refrigeration units, ultra-high-speed electric generators,

ОО криогенній техніці, у вимірювальному і контрольному устаткуванні й інші дозволило виключити в сталому режимі - тертя і зіткнення поверхонь деталей, уникнути вібрацій, забруднення навколишнього середовища й інші.OO cryogenic equipment, in measuring and control equipment and others allowed to exclude in a stable mode - friction and collision of surfaces of parts, to avoid vibrations, pollution of the environment and others.

Claims

- Formula of the invention ko (z) Floating shaped bushing of high-frequency centering-fixing supports of magnetic bearings, which has an elastic bushing mounted in the grooves of a fixed element, which is distinguished by the fact that the working surface of the elastic bushing is made in the form of alternating petals and enlarged to the middle of the bushing, and the thickness of the petals is reduced to the periphery, and a profiled c cavity is made on the inner surface of the fixed element. 60 b5