Устройство разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с нагрузочной массой

Полезная модель относится к энергетическому машиностроению, а именно к компрессорным машинам, насосам, двигателям и т.д., имеющими опорные подшипники для вращающегося вала с нагрузочной массой.
Известны электрические машины, использующие опоры с газовой смазкой для бесконтактного удержания вращающегося ротора (см. Опоры скольжения с газовой смазкой. Под редакцией С.А. Шейнберга. – М.: Машиностроение, 1979). В таких машинах, имеющих цилиндрический статор с уложенной в его пазах трехфазной электрической обмоткой, ротор, насаженный на вал, верхняя и нижняя цапфы которого в радиальном направлении удерживаются посредством радиальных подшипников, а нижняя цапфа которого опирается на упорный механический подшипник, сила левитации создается газом, который подается в рабочий зазор под давлением, либо движущимся потоком газа, возбуждаемым самим ливитируемым телом.
Применение газа как смазочной среды снимает многие ограничения, связанные с температурой, высокими и малыми скоростями, загрязнением окружающей среды и т.д.
Основным недостатком таких машин является необходимость в наличии компрессора, обеспечивающего нагнетание газа в рабочий зазор.
Отмеченного недостатка лишен центробежный нагнетатель с газодинамическими упорными подшипниками со спиральными канавками (см. Газовая смазка подшипников. Сб. докладов на совещании по газовой смазке подшипников. М.: Институт машиностроения. - 1968, - 312 с.). Устройство имеет на подпяточных поверхностях области, профилированные спиральными канавками. Эти канавки представляют собой как бы встроенные микрокомпрессоры, которые обеспечивают повышение давления в несущем смазочном слое и позволяют создавать направленный поток газа от одной границы подшипника к другой.
Основным недостатком указанного устройства является то, что левитационная способность упорного газодинамического подшипника со спиральными канавками в связи с малой вязкостью газов резко уменьшается с увеличением зазора между подпяточной и упорной поверхностями.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вертикальный электродвигатель с газодинамической левитацией ротора, содержащий цилиндрический ротор, насаженный на вал, верхняя и нижняя цапфы которого установлены в радиальных подшипниках, жестко закрепленных в торцевых фланцах внешнего статора, на внутренней поверхности которого уложена трехфазная электрическая обмотка, нижняя цапфа которого опирается на упорный механический подшипник, при этом на верхнюю цапфу вала ротора насажен воздушный винт (см. патент RU на полезную модель №14703, М.кл.: Н02K 29/00, 2000 год).
Недостатком указанного устройства является то, что весовому усилию вала создают нарастающее встречное усилие с началом вращения вала. В момент начала вращения вала опорный подшипник не разгружен.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является разгрузка опорного подшипника до начала вращения вала или в момент начала его вращения с обеспечением возможности регулирования величины компенсации веса вала с нагрузочной массой.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с нагрузочной массой, содержащее вал с нагрузочной массой, опорный и радиальные подшипники, дополнительно содержит жестко установленный электромагнит с возможностью взаимодействия с дополнительно введенным ярмом, жестко установленным на нижней цапфе вала.
На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство разгрузки опорных подшипников вращающегося вала с нагрузочной массой, где позицией 1 показан вал с нагрузочной массой 2, например, 60 тонн, например телескоп, антенна, радиолокатор, гидроагрегат и т.д., подшипниковый узел 3, включающий радиальный и опорный подшипник, радиальный подшипник 4, ярмо 5, выполненное из магнитомягкого материала, жестко установленное на нижней цапфе вала, и электромагнит 6. Связь вала 1 с приводным электродвигателем, например, через редуктор или непосредственно (вал является элементом электродвигателя) не показана. Электромагнит 6 может быть снабжен регулируемым источником тока (на чертеже не показан).
Устройство работает следующим образом.
До включения электродвигателя включают электромагнит. Между электромагнитом 6 и ярмом 5 возникает сила, частично или почти полностью компенсирующая вес вала 1 с нагрузочной массой 2. После этого включается электродвигатель (на чертеже не показан). Этим самым обеспечивается разгрузка опорных подшипников.
Повышение надежности разгрузки опорного подшипника за счет включения усилий, компенсирующих вес вала и нагрузочной массы до включения электродвигателя, а также обеспечение возможности регулирования величины компенсации веса вала с нагрузочной массой является достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.