ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОПОРА

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к бесконтактным опорным устройствам с магнитными подшипниками для различных роторных машин, и может быть использована при создании, например, компрессоров газоперекачивающих агрегатов (ГПА) природного газа.
Применение магнитных подшипников в сочетании с газодинамическими уплотнениями (ГДУ) является перспективным техническим решением, позволяющим снизить потери и улучшить обслуживание компрессоров, поскольку в магнитном подшипнике нет деталей, подверженных механическому износу.
По принципу действия магнитные подшипники являются системой автоматического управления положением ротора, которая состоит из электромагнитов и датчиков, установленных в компрессоре и представляющих собой электромагнитную опору (ЭМО), и электронной аппаратуры, регулирующей токи в катушках электромагнитов по сигналам датчиков, и обычно установленной в виде отдельного блока вне компрессора. Устойчивость работы и динамические свойства магнитных подшипников в значительной степени зависят от точности взаимного расположения электромагнитов и датчиков. Для обеспечения требуемой точности предпринимаются специальные меры, связанные с проведением
высокоточной механической обработки сопрягаемых деталей или выполнением регулировки положения деталей в процессе установки их на валу ротора и в корпусе компрессора.
Особо следует указать на необходимость снижения биений рабочих поверхностей ротора под электромагнитами и датчиками, поскольку это связано с обеспечением устойчивой работы магнитных подшипников при вращении ротора в различных эксплуатационных режимах, когда на ротор действуют динамические нагрузки.
В процессе эксплуатации компрессора проводится техническое обслуживание, как ГДУ так и других узлов, требующих полной разборки с демонтажем ЭМО и других устройств, установленных на концах вала. При этом необходимо сохранить точность установки узлов ЭМО при проведении многократных разборок и сборок в процессе эксплуатации.
При монтаже узлов ЭМО, например, в компрессоре природного газа основные регулировки связаны с обеспечением точности взаимного расположения узлов, как в осевом, так и в радиальном направлении. В радиальных электромагнитах и их датчиках точность зазора между статорными и роторными частями обеспечивается механической обработкой и радиальное положение ротора зависит от радиальных датчиков, а их показания - от биения поверхности ротора под датчиками. В осевых электромагнитах и их датчиках величина зазоров регулируется в зависимости от фактического расположения узлов на валу путем изменения толщины дистанционных шайб в статорных частях.
Известные ЭМО (Патенты RU №2115835, F16С 32/04, опубликован 20.07.98. Бюл. №20; №2129228, F16С 32/04, опубликован 19.03.97. Бюл. №11 и №2251033, F16С 32/04, опубликован 27.04.05.) содержат разъемный
корпус с установленными в нем радиальными и осевыми электромагнитами, а также осевыми и радиальными датчиками перемещений, а их роторы соответственно установлены на валу. Периодическое техническое обслуживание ГДУ и других узлов компрессоров природного газа требует многократного монтажа и демонтажа ЭМО. Многократный монтаж и демонтаж ЭМО компрессора приводит к повреждению посадочных поверхностей и повышенным биениям поверхностей роторов электромагнитов и датчиков, что приводит к снижению точности их установки, а, следовательно, к снижению долговечности и надежности компрессора в целом.
Наиболее приспособленной для многократного монтажа является ЭМО, принятая в качестве прототипа (Патент RU №2115835), содержащая разъемный корпус с установленными в нем радиальными и осевыми электромагнитами, а также радиальными и радиально-осевыми датчиками перемещений, роторы радиального и осевого электромагнита установлены на вал посредством втулок, на первой из которых расположены и роторы радиальных датчиков перемещений. Однако, при многократном монтаже и демонтаже ЭМО поверхности втулок подвержены повреждениям, и это приводит к недопустимому увеличению биений и несоосности узлов из-за износа посадочных поверхностей у каждого установочного узла и затрудняет регулировку осевых зазоров.
Таким образом, в конструкции ЭМО прототипа есть недостатки, которые при проведении технического обслуживании ГДУ и других работ, связанных с разборкой, снижают долговечность и надежность компрессоров природного газа.
Данная полезная модель решает техническую задачу по усовершенствованию конструкции ЭМО компрессора, направленную на повышение экономичности, надежности и долговечности за счет сохранения точности установки узлов в компрессоре при ревизиях ГДУ и других узлов, связанных с монтажом-демонтажом.
Технический результат, достигаемый данным техническим решением, заключается в обеспечении возможности проведения многократных сборок, разборок и регулировок ЭМО в процессе ревизии ГДУ и других работ по техническому обслуживанию при длительной эксплуатации компрессора с сохранением требований к динамическим свойствам ЭМО, сокращая при этом технологические простои оборудования и затраты на его обслуживание.
Поставленная задача достигается тем, что, в электромагнитной опоре компрессора, которая содержит разъемный корпус с установленными в нем радиальным и осевым электромагнитами, втулки роторов радиального и осевого электромагнитов, а также роторы радиальных и радиально-осевых датчиков перемещений, установленные на валу, между валом и роторами радиальных датчиков и/или втулками роторов радиально-осевых датчиков установлены демпфирующие ленты, обеспечивающие концентричное положение роторов и втулок датчиков относительно поверхности вала, причем осевая длина этих роторов и втулок больше ширины демпфирующей ленты, на которой они установлены, а центр тяжести каждого ротора расположен в плоскости, которая проходит через среднюю линию демпфирующей ленты или находится вблизи нее. Если осевая длина ротора и/или втулки более чем в два раза превышает ширину демпфирующей ленты, то любой из них установлен на вал, по меньшей мере, на две демпфирующие
ленты, причем центр тяжести каждого ротора расположен в плоскости, которая проходит через линию симметрии демпфирующих лент или находится вблизи нее. Втулки роторов радиального и осевого электромагнитов также могут быть установлены на вал, по меньшей мере, на одну демпфирующую ленту.
Установка на поверхности вала роторов радиальных датчиков и втулок роторов радиально-осевых датчиков на демпфирующих лентах обеспечивает снижение биения их рабочих поверхностей при многократном монтаже ЭМО в компрессоре при технических обслуживаниях, а также упрощает сборку и разборку ЭМО. Упругая деформация демпфирующей ленты обеспечивает строго концентричное положение роторов и втулок датчиков относительно поверхности вала и необходимую жесткость установки.
Установка втулки ротора осевого электромагнита на валу на демпфирующих лентах обеспечивает его радиальное центрирование относительно поверхности вала, а при вращении вала также и строго перпендикулярное положение боковых поверхностей ротора упорного подшипника относительно оси вращения вала. Это обеспечивается тем, что центр тяжести ротора упорного подшипника находится в плоскости, проходящей через центр (или находится вблизи него) демпфирующей ленты или ось симметрии нескольких демпфирующих лент.
Установка радиального электромагнита на демпфирующей ленте снижает жесткость подшипника и, следовательно, позволит, при необходимости, снизить критические частоты ротора компрессора и обеспечивает повышенное демпфирование при переходе через критические частоты.
Кроме того, демпфирующая лента позволяет выполнять «щадящий» монтаж втулки осевого подшипника и роторов датчиков на вал, не повреждая его посадочных поверхностей.
Таким образом, представленная совокупность признаков, характеризующая ЭМО компрессора, обеспечивает достижение указанного технического результата по сохранению точности при проведении многократных сборок, разборок и регулировок ЭМО в процессе технического обслуживания компрессора с обеспечением существующих требований к динамическим свойствам магнитных подшипников, а также повышает надежность и долговечность компрессора в целом.
На чертеже представлен общий вид ЭМО компрессора для одной из сторон ротора, где располагаются части радиально-осевого электромагнитного подшипника. С другой стороны ротора компрессора расположены узлы радиального магнитного подшипника (на чертеже не показан).
Статорные части ЭМО (радиальный 1 и осевой 2 электромагниты) установлены в корпус 3, который присоединен к корпусу компрессора 4. Суппорт 5 для размещения в нем радиальных датчиков перемещений установлен вблизи от радиального электромагнита, над ротором 6 радиальных датчиков. На внутренней поверхности ротора 6 размещена демпфирующая лента 7. Кроме того, к корпусу 3 крепится суппорт 8 с радиально-осевыми датчиками перемещения и опорный фланец 9 для осевого страховочного подшипника. Ротор 10 радиально-осевых датчиков перемещения установлен на втулке 11, которая в свою очередь установлена на поверхности вала 12 на демпфирующих лентах 13. На валу также расположена втулка 14 с ротором 15 радиального электромагнита, а также
втулка 16 с ротором-диском 17 осевого электромагнита. Втулки 14 и 16 установлены на поверхности вала на демпфирующих лентах 18 и 19, соответственно. ЭМО снабжена радиальным страховочным подшипником 20, установленным во фланце 21 корпуса компрессора.
Сборка ЭМО происходит следующим образом.
В исходном положении вал 12 находится в корпусе 4 компрессора. Установить и закрепить в корпусе 4 компрессора фланец 21 со страховочным подшипником 20. Установить демпфирующие ленты 18 необходимой жесткости во втулку 14 с ротором 15 радиального электромагнита и напрессовать на вал 12. Установить часть корпуса 3 с находящимся в нем статором 1 радиального электромагнита и суппортом 5 с радиальными датчиками перемещения. В расточку на внутреннем диаметре ротора 6 радиальных датчиков установить демпфирующую ленту 7 и напрессовать. Закрепить вторую часть корпуса 3 с одной стороной катушек осевого электромагнита 2. Напрессовать на вал втулку 16 с ротором-диском 17 осевого электромагнита, предварительно установив в них демпфирующие ленты 19, выдержав расчетное значение осевого воздушного зазора между установленными катушками осевого электромагнита и диском 17. Впрессовать в опорный фланец 9 страховочный осевой подшипник, выдержав равенство осевых зазоров. Установить опорный фланец 9 со второй стороны катушек осевого электромагнита 2, при этом выдержать расчетный зазор между катушками электромагнита и диском 17. Напрессовать на вал 12 втулку 11 с ротором 10 радиально-осевых датчиков, предварительно установив во втулку 11 демпфирующие ленты 13. Установить суппорт 8 с радиально-осевыми датчиками в центральное положение относительно выступов ротора 10.
Разборка ЭМО осуществляется в обратном порядке.
Таким образом, данная конструкция ЭМО компрессора позволяет производить многократную сборку-разборку для технического обслуживания или ревизии ГДУ и других узлов без повреждения посадочных поверхностей вала и ответных элементов с сохранением требований по точности их установки в течение длительной эксплуатации компрессора, обеспечивая при этом улучшение надежности и долговечности компрессора в целом.
Данное техническое решение может быть использовано и в других устройствах с электромагнитными опорами.