ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛЕВИТАЦИЕЙ РОТОРА

Вертикальный электродвигатель е газодинамической
левитацией ротора
Полезная модель относится к электрическим машинам, а конкретнее к области бесконтактного подвеса ротора электродвигателя с вертикальной осью вращения.
Известны электрические машины, иснользуюшие опоры с газовой смазкой для бесконтактного удержания врашаюшегося ротора. (Опоры скольжения с газовой смазкой. Под редакцией С.А.Шейнберга.М.:Машиностроение,1979). В таких машинах, имеюших цилиндрический статор с уложенной в его пазах трёхфазной 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 создаётся газом, который подаётся в рабочий зазор под давлением, либо движущимся потоком газа, возбуждаемым самим левитируемым телом.
Применение газа как смазочной среды снимает многие ограничения связанные с температурой, высокими и малыми скоростями, загрязнением окружающей среды и т. п.
Основным недостатком таких машин является необходимость в наличии компрессора, обеспечивающего нагнетание газа в рабочий зазор.
Отмеченного недостатка лишён центробежный нагнетатель с газодинамическими упорными подщипниками со спиральными канавками, (Газовая смазка подшипников. Сб. докладов на совещании по газовой смазке подшипников. М.:Институт машиноведения.-1968,312с.) выбранный в качестве прототипа. 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 границе подщипника к другой.
Основным недостатком прототипа является то, что левитационная способность упорного газодинамического подщипника со спиральными канавками в связи с малой вязкостью газов резко уменьшается с увеличением зазора между подпяточной и упорной поверхностями.
MIIK-F 16С13/10
Задачей данной полезной модели является повышение эксплуатационной надёжности электродвигателя.
Указанная задача достигается тем, что вертикальный электродвигатель с газодинамической левитацией ротора, содержащий цилиндрический ротор, насаженный на вал, верхняя и нижняя цапфы которого установлены в радиальных подшипниках, жёстко закреплённых в торцевых фланцах внешнего статора, на внутренней поверхности которого уложена трёхфазная электрическая обмотка, а нижняя цапфа которого опирается на упорный механический подшипник имеет воздушный винт, насаженный на верхнюю цапфу вала ротора.
Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается посадкой воздушного винта на верхнюю цапфу вала ротора. Отмеченное отличие позволяет устранить необходимость в минимальности и точности изготовления рабочего зазора упорного подшипника.
На чертеже дан общий вид вертикального электродвигателя с газодинамической левитацией ротора; 1-ротор;
2-воздушный винт; 3-статор;
4,5-радиальные подшипники; 6-упорный механический подшипник; 7-обмотки статора.
Электродвигатель имеет ротор 1 с насаженным на верхнюю цапфу воздушным винтом 2. На статоре 3 расположены радиальные подшипники 4,5. Для компенсации силы тяжести ротора при пусках и остановках служит пщт упорного механического подшипника 6. Обмотки 7 создают вращающееся магнитное поле двигателя.
Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. Носле запитывания обмоток 7 статора 3 ротор 1 начинает вращаться, опираясь на упорный подщипник 6. В радиальном направлении ротор 1 удерживается с помощью радиальных подщипников 4,5. Вместе с ротором 1 начинает вращаться и воздущный винт 2. В результате взаимодействия лопастей винта и
окружающего газа создаётся сила тяги , где D-диаметр
диска винта 2, р -плотность газа, V-приращение скорости в струе, вызванное винтом 2. Так как сила тяги винта зависит только от параметров винта 2, отпадает необходимость в минимальности и точности изготовления рабочего зазора упорного подщипника 6.
Равенство силы тяги винта 2 силе тяжести ротора 1 достигается подбором соответствующих параметров випта 2 (угла атаки лопастей, количества лопастей, формы и площади лопастей).
Замена газового упорного подшипника со спиральными канавками воздушным винтом имеет важное значение в двигателях большой мощности, так как для получения требуемого значения силы левитации ротора подшипник со спиральными канавками необходимо изготавливать с малым зазором между упорной и подпяточной поверхностями, равным 10-20 мкм на сторону. В крупном электромашиностроении такая величина является технологическим допуском. Изготовление электрического двигателя с таким малым зазором в подшипнике представляет определённые трудности и возможно только при очень высоком уровне машиностроения.