Самоустанавливающаяся роторная система электромашины с коническими газостатическими подшипниками

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности конструкции узлов вращения электромашин.
Наиболее близким к данной полезной модели устройством является газовая опора, содержащая приводной вал, смонтированный в корпусе на двух радиально-упорных подшипниках, образованных коническими поверхностями вала и охватывающими их коническими поверхностями втулок, которые разделены между собой газовым зазором, а также систему подачи смазки. Одна втулка установлена в корпусе жестко, а вторая втулка - через регулировочное кольцо с возможностью осевого перемещения посредством устройства смещения, воздействующего на торцевую поверхность этой втулки, а на конических поверхностях вала выполнены глухие продольные сегментные канавки переменной глубины, которые увеличиваются к торцам подшипников. При этом вторая втулка со стороны корпуса опирается на герметичную шариковую кассету. Устройство смещения выполнено в виде группы пружин с различной жесткостью (патент RU 2408802 С2 МПК F16C 32/06, опубликовано 10.01.2011 г.).
Недостатками данного устройства являются высокие требования к точности изготовления посадочных поверхностей опорных узлов в статорный узел для обеспечения приемлемой соосности конических опор, что накладывает существенные ограничения на максимальную длину статора, и соответственно ротора, и как следствие на мощность электромашины. Также, невозможность точной регулировки параметров каналов истечения смазочного воздуха для компенсации погрешности в расчетах и несовершенства изготовления опор и вала ротора. Жесткость пружин данного устройства должна быть меньше жесткости газового слоя, для обеспечения возможности подстройки опоры в осевом направлении, что может привести к потере устойчивости несущего слоя, и появлению эффекта «пневмомолота».
Перечисленные недостатки не позволяют получить технический результат, который достигается при использовании предложенной полезной модели.
Технический результат: возможность нивелирования технологических недостатков, возникающих при изготовлении и сборке роторной системы, что приводит к повышению качества и надежности ее работы.
Поставленный технический результат достигается тем, самоустанавливающаяся роторная система электромашины с коническими газостатическими подшипниками содержит ротор, смонтированный в корпусе на двух радиально-упорных подшипниках, образованных коническими поверхностями вала, а также систему подачи смазки. Радиально-упорные подшипники выполнены регулируемыми газостатическими, со сменными проставками. При этом подшипник содержит корпус, имеющий коническую внутреннюю поверхность заданной длины с несколькими вложенными втулками, имеющими внутренние конические поверхности заданной длины, набор проставок, имеющих различные геометрические размеры, расположенных между втулками и корпусом, и крышку, обеспечивающую запирание внутренней поверхности подшипника с выходом для системы подачи смазки, и установлен по цилиндрической поверхности в шар шаровой опоры, состоящей из внешнего корпуса, с размещенными в нем шаром с дистанционным кольцом, имеющим три угловые степени свободы, и двумя седлами, одно из которых устанавливается неподвижно, а второе имеет возможность линейного перемещения по внутренней цилиндрической поверхности корпуса, подвижное седло поджимается резьбовым кольцом, фиксируя шар в заданном положении, корпус шаровой опоры установлен в крышке статорной части электромашины. На кольцо дистанционное установлена регулировочная крышка с внутренней резьбой.
Конструктивное исполнение радиально-упорного газостатического подшипника (далее подшипник), содержащим набор проставок различных геометрических размеров, расположенных между втулками и корпусом, позволяет выполнять точную регулировку размеров щелей для истечения смазывающего воздуха в рабочий зазор между коническими поверхностями подшипника и валом ротора, что компенсирует погрешности при расчете и изготовлении деталей электромашины, увеличивая несущую способность опор, что приводит к более прогнозируемой и стабильной работе электромашины, повышая качество и надежность ее работы.
Установка подшипника по цилиндрической поверхности в шар шаровой опоры, имеющим три угловые степени свободы, позволяет ему самоустанавливаться по оси наружной цилиндрической поверхности вала ротора, устраняя перекос вала ротора и формируя равномерный смазочный слой, что влияет на надежность работы системы в целом.
Точность перемещения и фиксация подшипника обеспечивается регулировочной крышкой, соединенной с дистанционным кольцом резьбовым соединением, за счет накручивания или откручивания обеспечивая его линейное перемещение вдоль цилиндрической поверхности шара, что позволяет высоко точно установить рабочий зазор между коническими поверхностями вала и подшипника, что влияет на надежность системы в целом.
Сущность полезной модели поясняется на примере роторной системы с коническими газостатическими опорами обратимой электрической машины с ротором на постоянных магнитах.
На чертеже фиг.1 показан общий вид электромашины в продольном разрезе, а на фиг.2 местный вид одного конца роторной системы в продольном разрезе.
Роторная система содержит ротор, представляющий из себя индуктор, включающий цельнометаллический вал 1, постоянные магниты 2, полюса 3 и немагнитные клинья (на фиг.1, 2 не показаны). Внешняя поверхность ротора закрыта немагнитным бандажом 4, изготовленном, например, из угольного волокна, пропитанного синтетической смолой, с последующей механической обработкой. Конические поверхности вала 1 охватываются коническими поверхностями радиально-упорных газостатических подшипников, посредством газового смазочного слоя.
Подшипник состоит из корпуса 5, имеющего коническую внутреннюю поверхность заданной длины с несколькими вложенными втулками 6, имеющими внутренние конические поверхности заданной длины, набора проставок 7, имеющих различные геометрические размеры, расположенных между втулками 6 и корпусом 5, и крышки 8, обеспечивающей запирание внутренней поверхности подшипника с выходом для системы подачи смазки 9. ГСП устанавливается по цилиндрической поверхности в шар 10 шаровой опоры, состоящей из внешнего корпуса 11, с размещенными в нем шаром 10, имеющим три угловые степени свободы, и двумя седлами 12, 13, одно из которых устанавливается неподвижно 12, относительно шара 10, а второе 13 имеет возможность линейного перемещения, относительно шара 10 по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 11. Подвижное седло 13 поджимается резьбовым кольцом 14, фиксируя шар 10 в заданном положении. Корпус шаровой опоры 11 устанавливается в крышку 15 статорной части электромашины 16. Регулировочная крышка 17 имеет внутреннюю резьбу, и за счет накручивания или откручивания на кольцо дистанционное 18 обеспечивает линейное перемещение корпуса 5 подшипника вдоль цилиндрической поверхности шара 10.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
На стадии сборки роторной системы электромашины путем подбора проставок 7 из набора, устанавливаются такие проставки 7 между корпусом 5, имеющим коническую внутреннюю поверхность заданной длины и несколькими вложенными втулками 6, имеющими внутренние конические поверхности заданной длины, которые обеспечивают наилучшие несущие характеристики данной сборки роторной системы.
Внешний корпус шаровой опоры 11, с размещенными в нем шаром 10 с дистанционным кольцом 18, имеющим 3 угловые степени свободы, и двумя седлами 12, 13, одно из которых устанавливается неподвижно 12, относительно шара 10, а второе 13 имеет возможность линейного перемещения, относительно шара 10, по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 11, устанавливается в крышку 15 статорной части электромашины 16. Подвижное седло 13 при этом не зажимается. Ротор укладывается внутрь статора 16, так чтобы его внешние конические поверхности симметрично выступали над крышками 15 статорной части электромашины 16. Подшипник вставляется в шар 10 по цилиндрической поверхности. Линейное перемещение пары подшипников до упора внутрь электромашины при не зажатом шаре 10 обеспечивает их базирование по коническим поверхностям вала 1 ротора, таким образом, происходит самоустановление осей внутренних конических поверхностей подшипников с осями внешних конических поверхностей вала 1, после чего подвижное седло 13 поджимается резьбовым кольцом 14, фиксируя шар 10 в установленном положении. Линейное перемещение подшипника в обратном направлении освобождает вал 1 ротора и устанавливает рабочий воздушный зазор между коническими поверхностями подшипника и вала 1 ротора. Точность перемещения и фиксация подшипника обеспечивается регулировочной крышкой 17, соединенной с дистанционным кольцом 18 резьбовым соединением.
Предложенная самоустанавливающаяся роторная система электромашины с коническими газостатическими подшипниками позволяет нивелировать технологические недостатки, возникающие при изготовлении и сборке роторной системы, что приводит к повышению качества и надежности ее работы.