Способ предотвращения авторотации
AUTOROTATION PREVENTION METHOD

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых, обрабатывающей промышленности, машиностроения и энергетики.
Известны способы предотвращения нежелательного вращения, основанные на применении фрикционных тормозов с приводом, растормаживающим вал для обеспечения его вращения за счет применения внешнего управления (система рычагов, соленоидный привод) либо основанные на применении храповых механизмов.
Известен способ предотвращения авторации лопастей воздушного винта - Флюгирование [См. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BB%D1%8E%D0%B3%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5, Википедия - свободная энциклопедия]. Флюгирование винта - поворот (во время полета самолета) лопастей воздушного винта регулируемого шага в такое положение, при котором предотвращается авторотация винта, а вклад винта в лобовое сопротивление самолета становится минимальным. Требуемый эффект достигается при угле установки лопастей (относительно плоскости вращения) около 85-90°. Применяется в случаях, когда необходимо минимизировать сопротивление после отказа двигателя в полете.
Известен наиболее близкий способ предотвращения авторотации по прибору для предотвращения механизма качания от авторотации [Патент/заявка CN 203173720 (U), от 2013-09-04, МПК B66C 23/94]. Устройство основано на механизме поворота и, в частности, содержит электрический пропорциональный декомпрессионный клапан (Y1), переключающий клапан (Y2) и первый гидравлический управляющий компонент (3), в котором первый гидравлический управляющий компонент (3) расположен в масле проход от первого порта (А) ко второму отверстию для текучей среды (D); электрический пропорциональный декомпрессионный клапан (Y1) и переключающий клапан (Y2) расположены последовательно в масляном канале от первого отверстия (C) для текучей среды до третьего отверстия (E) для текучей среды; и начальные состояния электрического пропорционального декомпрессионного клапана (Y1) и переключающего клапана (Y2) являются электрически нейтральными. Перед запуском двигателя электрический клапан пропорционального снижения давления Y1 и переключающий клапан Y2 находятся в незаряженном состоянии. Когда начинается вращение, электромагнитный клапан Y2 запитывается в правильном положении, и давление масла проходит через электромагнитный клапан Y2 из первого отверстия C, но поворотная рукоятка в это время не приводится в действие, электрический пропорциональный редукционный клапан давления Y1 не находится под напряжением, давление за клапаном редукционного клапана также равно нулю, и поворотный тормоз 7 не открывается, что эффективно предотвращает автоматическое вращение поворотного механизма.
Недостатками известных на данный момент решений является то, что при удержании вала применяется механический контакт вращающихся и неподвижных частей механизма, в связи с чем возникает механический износ частей механизма, такой, как износ колодок, тормозных дисков, тормозных барабанов во фрикционных тормозах, храпового колеса и собачки в храповых механизмах.
Технической задачей изобретения является снижение износа частей рабочего механизма.
На Фиг. 1 представлен механизм с магнитные осями, расположенными радиально оси вращения механизма.
Фиг. 2 представлен механизм с магнитные осями, расположенными параллельно оси вращения механизма.
Техническая задача достигается за счет того, что на неподвижную опору 1 и вращающийся элемент 2 механизма закрепляют по одному или более постоянному магниту 3 с зазором 4 между ними, обеспечивающим магнитное сцепление, а магнитные оси располагают радиально или параллельно оси вращения механизма. Причем, зазоры 4 между подвижными и неподвижными постоянными магнитами 3 в процессе работы механизма могут быть увеличены.
Особенностью способа является то, что постоянные магниты 3 на вращающемся элементе 2 и неподвижной опоре 1 располагают попарно-симметрично относительно оси вращения.
Рассмотрим процесс осуществления способа исключения самопроизвольного вращения (авторотации) механизма.
На неподвижную опору 1 и на вращающийся элементы 2 механизма закрепляют радиально или параллельно оси вращения самого механизма по одному или несколько постоянных магнитов 3. Например, в полуобоймы располагают постоянные магниты 3 и закрепляют их на вращающийся элемент 2 механизма, например, вал двигателя, который приводит в движение лопасти механизма.
Располагают постоянные магниты 3 таким образом, что сдвиговые усилия, возникающие при взаимном воздействии (притяжении или отталкивании) постоянных магнитов 3 друг на друга создают на вращающемся элементе 2 (например, валу) механизма момент сопротивления, превышающий крутящий момент, вызывающий авторотацию.
При остановке (плановой/внеплановой) двигателя, например, вентилятора, вращающиеся элементы 2 механизма (лопасти вентилятора) самопроизвольно приводятся в движение под действием силы тяжести и потоков жидкостей или газов (вода, воздух, в том числе восходящие потоки воздуха, ветер и т.п.) и, соответственно, механизм переходит в режим самовращения. При прохождении постоянного магнита 3, закрепленного на вращающемся элементе 2 (например, валу) в процессе вращения мимо постоянного магнита 3, закрепленного на неподвижной опоре 1 возникают силы, стремящиеся привести вращающийся элемент 2 механизма в равновесное состояние (состояние покоя). В этот момент происходит сцепление постоянных магнитов 3 и за счет этого вращающиеся элементы 2 механизма переходят в состояние покоя.
При возврате механизма к рабочему режиму, привод механизма должен преодолеть момент, возникающий за счет магнитного сцепления. При этом, если не увеличивать зазор 4 между магнитами, когда вращать вал нужно, при взаимном перемещении постоянных магнитов 3, под действием токов Фуко, будет происходить их нагрев. Нагрев будет критичен не во всех случаях. Однако, в определенных условиях, при повышении температуры белее, чем до 80 градусов, возможен выход постоянных магнитов 3 из строя. Кроме того, за счет выделения тепла снижается общий КПД. Для предотвращения отрицательного влияния токов Фуко, если вал нужно вращать, возможно увеличивать зазор 4 между магнитами либо воздействием перемещаемой в процессе работы устройства среды (например, создаваемым потоком жидкости или газа) либо воздействием крутящего момента на вал со стороны внешнего движителя, приводящего устройство в состояние преднамеренного вращения либо внешним приводом 5, позволяющим изменять взаимное расположение постоянных магнитов 3 и управляемым самостоятельно (например, сервопривод).
Для предотвращения биений вращающегося элемента 2 механизма в процессе вращения, постоянные магниты 3 на вращающемся элементе 2 механизма и неподвижной опоре 1 располагаются попарно-симметрично относительно оси вращения, обеспечивая разгрузку за счет возникновения равных по значению и противоположно направленных усилий.