ВЕРХНЯЯ МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИ
UPPER MAGNETIC SUPPORT OF GAS CENTRIFUGE ROTOR

Изобретение относится к машиностроению, касается конструкции верхней магнитной опоры вертикальных быстровращающихся роторов и преимущественно может быть использовано в газовых центрифугах с центральным газовым коллектором.
Известны различные конструкции верхней магнитной опоры вертикального ротора газовых центрифуг, содержащие кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником и ответную ферромагнитную втулку, расположенную соосно на роторе напротив нижнего торца магнита [1, 2, 3]. Улучшение параметров опоры достигается, как правило, оптимизацией геометрических форм и размерных соотношений ее элементов, их взаимного расположения, выбором соответствующих магнитных материалов. Эти конструкции многофункциональны, поскольку не только разгружают нижнюю опору от осевой нагрузки, но и обеспечивают радиальную жесткость и центровку ротора относительно корпуса.
В частности, магнитная опора согласно патенту [1] с полюсным наконечником магнита в виде кольца с радиальной полкой у торца позволяет уменьшить нагрузку на нижнюю опору и стабилизировать ось вращения ротора путем повышения концентрации магнитного потока в рабочем зазоре за счет выполнения радиального выступа на ферромагнитной втулке и подбора характерных размеров наконечника, втулки и магнита.
В другом известном из патента [2] выполнении опоры решается задача дальнейшего повышения поперечной жесткости и уменьшения нагрузки на нижнюю опору без усложнения конструкции магнитной опоры, благодаря выбору формы наконечника в виде кольца с поперечным сечением в форме прямоугольника и соответствующих размерных соотношений и магнитных свойств используемых материалов.
Следующий этап улучшения указанных выше характеристик верхней магнитной опоры, а именно повышения поперечной жесткости и уменьшения нагрузки на нижнюю опору, отражается в известном решении [3], взятом за прототип настоящего изобретения. В магнитной опоре согласно прототипу кольцевой аксиально намагниченный магнит с примыкающим к нижнему торцу полюсным наконечником в виде кольца прямоугольной формы сечения установлен на корпусе, и выбраны определенные и наиболее рациональные для этого случая соотношения геометрических размеров наконечника и ферромагнитной втулки.
нак
кол
Общим конструктивным признаком и одновременно недостатком указанных известных конструкций, включая прототип, является то, что магнит и, самое главное, полюсный наконечник, как концентратор магнитной энергии, установлены на корпусе центрифуги, а именно на крышке, в центральном отверстии которой установлен по своей базовой поверхности газовый коллектор. Относительно базовой поверхности коллектора устанавливается с высокой точностью вылет трубки верхнего отборника, чтобы обеспечить требуемое расстояние до внутренней стенки ротора. А относительно полюсного наконечника магнита, как концентратора магнитной энергии, центрируется ферромагнитная втулка ротора и, следовательно, внутренняя стенка ротора. Таким образом, существуют два учитываемых необходимых для сборки центрифуги диаметральных зазора: зазор Δ между наконечником магнита и соответствующей посадочной поверхностью на крышке корпуса, а также зазор Δ между базовой поверхностью коллектора и центральным отверстием в крышке корпуса.
нак
кол
нак.max
кол.max
В пределах этих двух зазоров Δ и Δ возможны при сборке центрифуг крайние неблагоприятные смещения наконечника магнита и коллектора. При этом расстояние от трубки верхнего отборника до внутренней стенки ротора может изменяться вплоть до суммарного значения максимальных с учетом допусков на изготовление соответствующих деталей, величин этих зазоров (Δ+Δ), что значительно больше величины допуска вылета трубки верхнего отборника относительно базовой поверхности коллектора. Таким образом, существует большой разброс требуемого расстояния S от трубки верхнего отборника до внутренней стенки ротора, несмотря на высокую точность установки вылета трубки верхнего отборника, что соответственно вызывает нестабильность гидравлических параметров центрифуг и снижение производительности.
Известный из патента [4] способ сборки центрифуги с верхней опорой, в которой магнит и его полюсный наконечник расположены на крышке корпуса, направленный на повышение точности центровки коллектора с трубкой верхнего отборника относительно внутренней стенки ротора, предусматривает использование специального стенда для предварительной центровки по магнитному полю системы магнит-наконечник. Наличие дополнительного оборудования значительно усложняет и удорожает сборку. Кроме того, достигаемая точность расстояния между трубкой верхнего отборника коллектора и внутренней стенкой ротора может быть нарушена значительной величиной зазора между базовой поверхностью коллектора и центральным отверстием в крышке корпуса, что делает эту трудоемкую специальную центровку системы магнит-наконечник менее эффективной.
Техническая задача, которая решается настоящим изобретением, состоит в том, чтобы с его помощью уменьшить связанный со сборкой центрифуги разброс требуемого расстояния от трубки верхнего отборника до внутренней стенки ротора, что особенно актуально для высокоскоростных центрифуг.
Технический результат от использования предлагаемой конструкции верхней магнитной опоры ротора газовой центрифуги заключается в повышении точности центровки ротора путем повышения точности расстояния от трубки верхнего отборника до внутренней стенки ротора за счет уменьшения влияния существующих сборочных зазоров на разброс величины указанного расстояния практически без ужесточения допусков на изготовление соответствующих деталей. А это в свою очередь приводит к уменьшению нестабильности гидравлических параметров центрифуг и, как следствие, увеличению производительности.
Указанный технический результат достигается тем, что в верхней магнитной опоре ротора газовой центрифуги с центральным газовым коллектором полюсный наконечник установленного на крышке корпуса кольцевого аксиально намагниченного магнита, напротив которого соосно на роторе расположена ответная ферромагнитная втулка, установлен на базовой поверхности коллектора, относительно которой устанавливается вылет трубки верхнего отборника ротора.
Полюсный наконечник магнита может быть установлен на базовой поверхности коллектора через промежуточную деталь, совместно обработанную с полюсным наконечником.
Кроме того, полюсный наконечник магнита установлен на базовой поверхности коллектора с зазором, меньшим зазора между базовой поверхностью коллектора и соответствующей поверхностью центрального отверстия в крышке корпуса, или может быть установлен на базовой поверхности коллектора без зазора.
Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.
Для наглядности сопоставления на фиг.1 схематично изображен продольный разрез верхней магнитной опоры ротора газовой центрифуги согласно известному решению, взятому за прототип.
На фиг.2 схематично показан продольный разрез верхней магнитной опоры ротора газовой центрифуги в соответствии с предлагаемым изобретением. Фиг.3 иллюстрирует вариант установки полюсного наконечника непосредственно на базовой поверхности коллектора.
базовый
Верхняя магнитная опора ротора газовой центрифуги включает в себя кольцевой аксиально намагниченный магнит 1, установленный в крышке 2 корпуса 3, полюсный наконечник 4, напрессованный на промежуточную деталь 5 и обработанный с нею совместно, который установлен на базовой поверхности D газового коллектора 6, относительно которой устанавливается вылет R трубки верхнего отборника 7. Соосно с ротором 8 в его верхней части напротив нижнего торца магнита 1 установлена ферромагнитная втулка 9.
нак.max
базовый
нак. max
кол. max
кол
В результате предлагаемого взаиморасположения элементов магнитной опоры в отличие от известных конструкций у полюсного наконечника 4, относительно которого центрируется ферромагнитная втулка 9, и, следовательно, внутренняя стенка ротора 8, и у вылета R трубки верхнего отборника 7 общая база. При этом расстояние S от трубки верхнего отборника 7 до внутренней стенки ротора 8 может изменяться только до величины зазора δ между базовой поверхностью D газового коллектора 6 и центральным отверстием сборки промежуточной детали 5, обработанной совместно с наконечником 4, а не на существующую в прототипе сумму зазоров (Δ+Δ), потому что смещение газового коллектора 6 в центральном отверстии крышки 2 корпуса 3 в пределах зазора Δ не влияет на изменение расстояния S.
кол
кол
кол. max
нак.max
нак.max
нак.max
кол.max
нак.max
Благодаря изменению местоположения полюсного наконечника магнита, обеспечившему «привязку» отвечающих за центровку ротора элементов магнитной опоры к единой базовой поверхности, исключается по сравнению с предшествующими конструкциями один сборочный зазор, а именно Δ, из рассматриваемых двух, ответственных за величину разброса расстояния S. Поскольку величина зазора Δ или с учетом допусков Δ больше величины каждого из зазоров: зазора δ - характерного для прототипа, и зазора Δ - характерного для предлагаемого изобретения, и сумма зазоров (Δ+Δ) значительно больше зазора δ, то очевидно и существенно уменьшается составляющая часть от рассматриваемых зазоров в разбросе требуемого расстояния S от трубки верхнего отборника 7 до внутренней стенки ротора 8 без ужесточения допусков на изготовление соответствующих деталей.
нак
В возможном варианте установки наконечника на базовой поверхности газового коллектора центрифуги без зазора (δ=0) будет вообще исключено и его влияние на разброс требуемого расстояния S от трубки верхнего отборника 7 до внутренней стенки ротора 8.
Хотя предпочтительные воплощения проиллюстрированы и описаны, следует понимать, что здесь могут быть сделаны изменения и модификации без отступления от изобретения в его общих чертах.
Источники информации
1. Патент РФ №2054334, В04В 9/12, В04В 5/08, F16C 32/04. Опубл. 20.02.1996.
2. Патент РФ №2242288, В04В 9/12. Опубл. 04.04.2003.
3. Патент РФ №2272676, В04В 9/12, F16C 32/04. Опубл. 27.03.2006.
4. Патент РФ №2154535, В04В 5/08, В04В 9/12. Опубл. 20.08.2000.