УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ УСТАНОВКИ ВАЛА
DEVICE FOR MAGNETIC SHAFT INSTALLATION

Изобретение касается устройства для магнитной установки вала.
Установка (опирание) вращающегося вала может выполняться с помощью подшипников скольжения или подшипников качения. В частности, для высоких опорных реакций и скоростей вращения и для очень больших диаметров подшипников, соответственно, диаметров валов подходит гидродинамический подшипник скольжения. При этом, несущая способность подшипника чаще всего пропорциональна вращающейся массе, которую она должны нести. Исключительно при разгоне и остановке (движении по инерции) гидродинамический подшипник невыгодно нагружается таким образом, что возникают явления износа. Также являются недостатком дополнительно созданные, например, по сравнению с подшипниками качения, затраты на изготовление и техобслуживание, например, для смены масла.
Поэтому, задачей настоящего изобретения является предоставить устройство для установки вала, которое преодолевает указанные недостатки.
Задача решается с помощью устройства согласно пункту 1 формулы изобретения.
Соответствующее изобретению устройство для установки вала включает в себя окружающее вал магнитное ярмо с U-образным профилем, причем отверстие (проем) U-образного профиля указывает на вал. Кроме того, оно включает в себя, по меньшей мере, одно первое средство для создания магнитной цепи, причем магнитная цепь выполнена с возможностью формирования от магнитного ярма к валу. При этом, вал установлен с эксцентриситетом в окружающем магнитном ярме таким образом, что первый вертикально верхний промежуток между валом и магнитным ярмом является меньшим, чем второй вертикально нижний промежуток между валом и магнитным ярмом.
Здесь, «вертикально внизу» и «вертикально вверху» относится к преобладающей соответственно на месте гравитации. Посредством магнитной цепи и различным промежутками между валом и магнитным ярмом подшипник разгружается, т.к. образуется сила, которая действует в соответствующем месте установки противоположно силе тяжести. Таким образом, подшипник предпочтительно уже меньше нагружается весом вала уже при начале движения подшипника, вследствие чего уменьшаются явления износа. Даже во время эксплуатации подшипника подшипник разгружается. Вследствие этого, явления износа во время эксплуатации также предпочтительно уменьшаются и увеличивается максимальный срок службы. Вследствие наличия разгрузки подшипника при начале движения, а также во время эксплуатации величину подшипника предпочтительно можно уменьшать. Вследствие этого, предпочтительным образом может экономиться материал подшипника.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения первое средство включает в себя кольцеобразную катушку. Эта катушка расположена внутри отверстия U-образного профиля магнитного ярма вокруг вала. В таком случае, магнитная цепь осуществляется, как уже описывалось, от магнитного ярма к валу и образует силу, которая действует противоположно силе тяжести. Предпочтительно, эта сила может действовать уже перед началом движения подшипника, так что разгон подшипника поддерживается гидростатически. Катушка может быть медной катушкой или сверхпроводящей катушкой. Предпочтительно, сверхпроводящая катушка может поддерживать (нести) более высокий вес, то есть, в частности, тяжелые валы.
В одном другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, первое средство включает в себя, по меньшей мере, один первый и один второй постоянные магниты. Эти постоянные магниты присоединяются к первому и второму радиально расположенным плечам U-образного профиля магнитного ярма. Здесь, «аксиально» означает параллельно валу, а «радиально» означает перпендикулярно валу. Предпочтительно, здесь также уже до запуска подшипника образуется сила, которая действует противоположно силе тяжести. Вследствие этого, явления износа подшипника, предпочтительно, уменьшаются.
В одном другом варианте осуществления изобретения полярность первого постоянного магнита на первом плече является обратной полярности второго постоянного магнита на втором плече. Вследствие этого, магнитная цепь (магнитный контур) от магнитного ярма к валу образуется таким образом, что возникает сила, которая действует противоположно силе тяжести. Вследствие этого, подшипник предпочтительным образом разгружается и явления износа уменьшаются.
В одном другом предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство включает в себя второе средство для смещения магнитного ярма относительно вала. Предпочтительно, вследствие этого, расположение вала в окружающем магнитном ярме может изменять так, что сила магнитной цепи может оптимально действовать противоположно силе тяжести. Также термические расширения вала могут компенсироваться посредством смещения.
В одном другом предпочтительном усовершенствовании изобретения второе средство жестко соединено с магнитным ярмом. Вследствие этого, смещение может осуществляться прямо и непосредственно.
В одном другом предпочтительном варианте осуществления изобретения первый и второй промежуток между магнитным ярмом и валом заполнен текучей средой. Особенно предпочтительно текучая среда представляет собой воздух. Эта текучая среда может иметься при давлении окружающей среды или пониженном давлении (разряжение) в подшипнике. Текучая среда альтернативно может быть жидкостью.
В одном другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, устройство включает в себя управляющий блок для регулирования магнитной цепи, причем первый и второй промежуток выполнены с возможность настройки посредством этого управляющего блока. Предпочтительно, вследствие этого, могут регулироваться, например, термическое расширение вала или же колебания (вибрации) вала. Это также предпочтительно уменьшает явления износа подшипника.
Изобретение на основании прилагаемых чертежей еще раз поясняется более подробно посредством конкретных примеров осуществления изобретения.
Показанные примеры представляют собой предпочтительные варианты осуществления изобретения. Функционально похожие элементы на фигурах имеют одинаковые ссылочные позиции. Чертежи показывают:
Фиг.1 вид сбоку магнитного ярма с валом и выравнивающим устройством;
Фиг.2 вид в разрезе магнитного ярма с катушкой и валом;
Фиг.3 вид сбоку магнитного ярма с постоянными магнитами, валом и выравнивающим устройством;
Фиг.4 вид в разрезе магнитного ярма с постоянным магнитом и валом.
Фиг.1 показывает вид сбоку на подшипник для вала 3. Подшипник включает в себя магнитное ярмо 1, катушку 2, вал 3 и выравнивающее устройство 5. Фиг.1 наглядно показывает, что магнитное ярмо 1 расположено вокруг вала 3. Кроме того, становится понятно, что первый промежуток 6 между валом 3 и магнитным ярмом 1 меньше, чем второй промежуток 7 между валом 3 и магнитным ярмом 1. Катушка 2 может быть медной катушкой или сверхпроводящей катушкой. В случае медной катушки, первый промежуток 6 обычно составляет 1 мм, в случае сверхпроводящей катушки, первый промежуток 6 обычно составляет от 1 мм до 5 см. Второй промежуток 7 составляет, в частности, 80% от первого промежутка 6. Диаметр вала 3 составляет, в частности, между 5 см и 3 м. Наружный диаметр магнитного ярма 1 на 20% - 30% больше, чем диаметр вала 3.
Фиг.2 показывает, что катушка 2 расположена внутри U-образного профиля магнитного ярма 1. Магнитная цепь 4 замыкается через магнитное ярмо 1, первый промежуток 6, в частности воздушный зазор, и вал 3. Кроме того, фиг.2 наглядно показывает, что первый промежуток 6 меньше, чем второй промежуток 7. Посредством магнитных цепей 4 становится заметно, что действует противоположная силе тяжести магнитная сила. Эта сила разгружает подшипник. В частности, при разгоне подшипника этот подшипник разгружается так, что явления износа отчетливо уменьшаются.
Вал 3 обычно является ферромагнитным стальным валом. Чтобы уменьшить в магнитной цепи 4 потери в результате вихревых токов, наружный слой вала 3 выполняется в виде пакета металлических листов. Этот пакет металлических листов служит в качестве изолирующего слоя и препятствует прохождению тока. Альтернативно является возможным формировать вал 3 из неэлектропроводного, соответственно, почти не электропроводного материала. Обычно, в качестве материалов используются волокнистый композиционный материал или высококачественная сталь.
Для магнитного ярма 1 и выравнивающего устройства 5 в качестве материала обычным образом используется сталь.
Фиг.3 и 4 показывают другой пример осуществления подшипника. На фиг.3 можно видеть, что подшипник кольцеобразно полностью окружает вал. В отличие от фиг.1 и 2, магнитное поле создается постоянными магнитами 9, 10. На фиг.4 можно видеть, что эти постоянные магниты 9, 10 расположены таким образом, что они продолжают плечи (полки) U-образного профиля магнитного ярма 1 в направлении вала 3. Обычно, постоянные магниты включают в себя феррит и/или неодим. Кроме того, полярность первого и второго постоянных магнитов 9, 10 относительно вала 3 является противоположной. Это является целесообразным случаем для того, чтобы магнитная цепь 4 формировалась через магнитное ярмо 1 и вал 3. Также здесь можно видеть, что первый промежуток 6 между магнитным ярмом 1 и валом 3 меньше, чем второй промежуток 7. Вследствие этого образуется магнитная сила, которая действует противоположно силе тяжести и разгружает подшипник, соответственно, вал 3. Явления износа предпочтительным образом уменьшаются.
Диаметр вала 3 составляет, в частности, между 5 см и 3 см. в таком случае, наружный диаметр магнитного ярма 1, аналогично примеру осуществления на фиг.1 и 2, на 20% - 30% больше, чем диаметр вала 3.