ВЕРХНЯЯ МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИ
GAS CENTRIFUGE ROTOR TOP MAGNETIC BEARING

Изобретение относится к машиностроению, касается конструкции верхней магнитной опоры вертикальных быстровращающихся роторов и может быть использовано в газовых центрифугах с центральным газовым коллектором.
Известны различные конструкции и способы сборки верхней магнитной опоры вертикального ротора газовых центрифуг, содержащей кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником и ответную ферромагнитную втулку, расположенную соосно на роторе напротив нижнего торца магнита [1, 2, 3]. Эти конструкции многофункциональны, потому что не только разгружают нижнюю опору от осевой нагрузки, но обеспечивают радиальную жесткость и центровку ротора относительно центрального газового коллектора.
Улучшение параметров опоры достигается оптимизацией геометрических форм и размерных соотношений ее элементов, направленным смещением оси магнитного поля системы магнит-наконечник, которое определенным образом ориентируется при сборке центрифуги, а также изменением установочных базовых поверхностей элементов верхней магнитной опоры.
Так, например, известная магнитная опора по 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 патенте [2] описан способ сборки газовой центрифуги с верхней опорой, в которой полюсный наконечник с магнитом установлены на точной посадочной поверхности крышки корпуса. Известный способ [2] предусматривает предварительное центрирование по магнитному полю системы магнит-наконечник до определенной величины несоосности. Затем магнит с наконечником и коллектор с отборником определенным образом устанавливаются относительно друг друга при сборке газовой центрифуги с целью повышения точности центровки коллектора с отборником относительно стенки ротора. Это значительно усложняет и удорожает сборку. Но основной недостаток состоит в том, что достигаемая точность центровки коллектора с отборником относительно стенки ротора может быть нарушена смещением коллектора на величину необходимого сборочного зазора между базовой поверхностью коллектора и центральным отверстием в крышке корпуса. Это происходит потому, что ротор с ферромагнитной втулкой центрируется относительно наконечника с магнитом, а наконечник с магнитом, как следует из описания изобретения, установлен на точной посадочной поверхности крышки корпуса. Поэтому смещение коллектора в центральном отверстии крышки корпуса в пределах сборочного зазора всегда приводит к снижению точности центровки коллектора с отборником относительно стенки ротора. Именно это и делает такую трудоемкую специальную центровку системы магнит-наконечник и усложненную сборку газовой центрифуги менее эффективными.
Дальнейший этап улучшения характеристик верхней магнитной опоры, а именно повышение точности центровки ротора относительно центрального газового коллектора, отражается в известном решении [3], взятом за прототип настоящего изобретения. В этой конструкции кольцевой аксиально намагниченный магнит, как и в других известных конструкциях, установлен на крышке корпуса газовой центрифуги, а полюсный наконечник магнита, в отличие от других известных конструкций, установлен на базовой поверхности коллектора, относительно которой выставляется вылет трубки верхнего отборника. Этим достигается уменьшение разброса расстояния от трубки верхнего отборника до внутренней стенки ротора за счет уменьшения влияния существующих сборочных зазоров на разброс величины указанного расстояния.
Конструктивным недостатком прототипа является то, что магнит и наконечник установлены на разных базовых поверхностях. Такая «разнобазовая» установка элементов верхней магнитной опоры может привести к смещению оси магнита относительно оси наконечника на полусумму двух существующих сборочных зазоров: один - между базовой поверхностью коллектора и соответствующей поверхностью центрального отверстия в крышке корпуса газовой центрифуги, и другой - между базовой поверхностью коллектора и поверхностью центрального отверстия наконечника. А смещение оси магнита и, следовательно, его магнитной оси относительно оси наконечника приводит к смещению общей магнитной оси магнита с наконечником относительно оси наконечника и относительно оси базовой поверхности коллектора, на которой этот наконечник установлен. Так как относительно общей магнитной оси магнита с наконечником центрируется ферромагнитная втулка, размещенная соосно на роторе, то это приводит к смещению оси ротора относительно оси базовой поверхности коллектора. При этом в центрифугах изменяется расстояние от трубки верхнего отборника до внутренней стенки ротора. В результате возникает нестабильность гидравлических параметров центрифуг и снижение их производительности.
Техническая задача, которая решается настоящим изобретением, состоит в создании простой и одновременно более эффективной конструкции верхней магнитной опоры. С помощью предлагаемого изобретения решается задача уменьшить связанный с нерациональной установкой элементов верхней магнитной опоры на разных базовых поверхностях 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 относительно центрального газового коллектора путем устранения «разнобазовости» установки магнита и наконечника при одновременном уменьшении смещения оси магнита относительно оси наконечника, влияющее на повышение точности расстояния от трубки верхнего отборника до внутренней стенки ротора, за счет исключения влияния одного из двух существующих сборочных зазоров на смещение оси магнита относительно оси наконечника. В результате уменьшается нестабильность гидравлических параметров центрифуг и увеличивается их производительность.
Указанный технический результат достигается тем, что в верхней магнитной опоре ротора газовой центрифуги с центральным газовым коллектором, содержащей кольцевой аксиально намагниченный магнит, расположенный на крышке корпуса, полюсный наконечник магнита, установленный на базовой поверхности коллектора, относительно которой выставляется вылет трубки верхнего отборника, и ферромагнитную втулку, размещенную соосно на роторе напротив нижнего торца магнита, магнит дополнительно установлен так же, как и полюсный наконечник магнита, на той же базовой поверхности коллектора, относительно которой выставляется вылет трубки верхнего отборника.
Кроме того, магнит может быть установлен на базовой поверхности коллектора через промежуточную деталь, совместно обработанную с полюсным наконечником.
Кроме того, магнит с наконечником могут быть установлены на общей базовой поверхности коллектора с зазором, меньшим зазора между базовой поверхностью коллектора и соответствующей поверхностью центрального отверстия в крышке корпуса.
Кроме того, магнит с наконечником могут быть установлены на базовой поверхности коллектора без зазора.
Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.
На фиг.1 для наглядности сопоставления 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, где кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником установлены на общей базовой поверхности газового коллектора.
На фиг.3 показан возможный вариант верхней магнитной опоры в соответствии с предлагаемым изобретением, где магнит с наконечником установлены на общей базовой поверхности газового коллектора с зазором между общей базовой поверхностью коллектора и магнитом с наконечником.
На фиг.4 показан следующий вариант верхней магнитной опоры в соответствии с предлагаемым изобретением, где магнит с наконечником установлены на общей базовой поверхности газового коллектора через промежуточную деталь, совместно обработанную с наконечником.
На фиг.5 показан еще один вариант верхней магнитной опоры в соответствии с предлагаемым изобретением, где магнит с наконечником установлены на общей базовой поверхности газового коллектора через промежуточную деталь, совместно обработанную с наконечником, с зазором между общей базовой поверхностью коллектора и поверхностью центрального отверстия промежуточной детали.
базовый
базовый
Верхняя магнитная опора ротора газовой центрифуги согласно предлагаемому изобретению включает в себя кольцевой аксиально намагниченный магнит 1 и соосный с ним полюсный наконечник 2, которые установлены на общей базовой поверхности D газового коллектора 3, относительно которой выставляется вылет R трубки верхнего отборника 4. При этом магнит 1 с наконечником 2 расположены на крышке 5 корпуса 6 газовой центрифуги. Соосно с ротором 7 в его верхней части напротив нижнего торца магнита 1 установлена ферромагнитная втулка 8. Возможен вариант установки магнита 1 на общей базовой поверхности D газового коллектора 3 через промежуточную деталь 9, совместно обработанную с наконечником 2 (фиг.4 или фиг.5).
базовый
кол
В частных случаях выполнения магнитной опоры магнит 1 с наконечником 2 могут быть установлены на общей базовой поверхности D газового коллектора 3 с образованием зазора δ между базовой поверхностью коллектора 3 и установочной поверхностью магнита с наконечником (фиг.3) или между базовой поверхностью коллектора 3 и поверхностью центрального отверстия промежуточной детали 9 (фиг.5). При этом величина зазора δ определяется технологическими возможностями сборки узла верхней магнитной опоры газовой центрифуги и должна быть предельно минимизирована в отличие от зазора Δ между базовой поверхностью коллектора и поверхностью центрального отверстия крышки корпуса.
базовый
базовый
нак
кол
кол
В результате предлагаемого взаиморасположения элементов магнитной опоры в отличие от прототипа у кольцевого аксиально намагниченного магнита 1 с полюсным наконечником 2, относительно общей магнитной оси которых центрируется ферромагнитная втулка 8, и, следовательно, внутренняя стенка ротора 7, а также у вылета R трубки верхнего отборника 4 - единая базовая поверхность. При этом в предлагаемом изобретении смещение оси магнита 1 относительно оси наконечника 2, влияющее на изменение расстояния S от трубки верхнего отборника 4 до внутренней стенки ротора 7, может изменяться только до величины половины зазора δ между базовой поверхностью D газового коллектора 3 и установочной поверхностью магнита 1 с наконечником 2 (фиг.3) или между базовой поверхностью D газового коллектора 3 и центральным отверстием промежуточной детали 9, обработанной совместно с наконечником 2, на которой установлен магнит 1 (фиг.5), а в прототипе смещение оси магнита 1 относительно оси наконечника 2 может изменяться на существующую полусумму зазоров (δ+Δ), потому что в предлагаемом изобретении смещение газового коллектора 3 в центральном отверстии крышки 5 корпуса 6 в пределах зазора Δ не влияет на смещение оси магнита 1 относительно оси наконечника 2.
кол
max
нак.max
кол.max
Благодаря изменению местоположения магнита и установке его вместе с наконечником на общей базовой поверхности коллектора, исключается по сравнению с прототипом один сборочный зазор, а именно Δ, из рассматриваемых двух, ответственных за величину смещения оси магнита 1 относительно оси наконечника 2. Так как зазор δ или с учетом допусков δ, характерный для предлагаемого изобретения, меньше суммы зазоров (δ+Δ), характерной для прототипа, то на столько уменьшается и смещение оси магнита 1 относительно оси наконечника 2.
В возможном варианте установки магнита с наконечником (фиг.2) или магнита и наконечника, напрессованного на промежуточную деталь (фиг.4), по базовой поверхности газового коллектора центрифуги без зазора (δ=0) будет вообще исключено и его влияние на смещение оси магнита относительно оси полюсного наконечника.
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, B04B 9/12, B04B 5/08, F16C 32/04. Опубл. 20.02.1996.
2. Патент РФ №2154535, B04B 5/08, B04B 9/12. Опубл. 20.08.2000.
3. Патент РФ №2355478, B04B 5/08, F16C 32/04. Опубл. 20.05.2009.