МАГНИТНАЯ ОПОРА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
MAGNETIC TURBOMACHINE ROTOR SUPPORT

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками для энергетических установок.
В качестве наиболее близкого аналога выбрана магнитная опора компрессора, содержащая корпус с установленными в нем радиальным активными магнитными подшипниками и осевыми электромагнитами, страховочными подшипниками, установленными с зазорами (см. RU 2251033 С2, опубл. 20.12.04, МПК F16C 32/04).
В известном техническом решении страховочный подшипник установлен с гарантированным внешним радиальным зазором по внутреннему кольцу. В период выбега в зависимости от вида движения ротора внутри внешнего зазора нагрузка на страховочные подшипники может превысить допустимые пределы. Инерционные силы, воздействующие на комплект тел качения и сепаратор при падении ротора на страховочные подшипники, могут привести к резкому возрастанию тепловых потерь в страховочных подшипниках и его заклиниванию. Ротор, войдя в соприкосновение с подшипником, под действием сил сухого трения начинает прецессировать с возрастающей скоростью в сторону, противоположенную вращению, скользя по поверхности подшипника. При этом возможен выход ротора на обкат и в худшем случае на обратное прецессионное движение, что приводит к высоким резонансным нагрузкам (вибрациям). Движение ротора при этом может сопровождаться ударами. После этого требуется замена страховочных подшипников, приводящая к финансовым затратам.
Задачей заявленного изобретения является создание магнитной опоры ротора турбомашины, лишенной вышеприведенных недостатков.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является повышение надежности работы опоры в целом за счет снижения/исключения ударных нагрузок на страховочный подшипник при отсутствии подачи электрического питания на радиальный активный магнитный подшипник (РАМП).
Указанные технические эффекты достигаются тем, что магнитная опора ротора турбомашины включает в себя корпус с установленными в нем радиальным активным магнитным подшипником и осевым электромагнитом, страховочный шариковый подшипник, установленный на валу и закрепленный внешним кольцом в корпусе, причем между торцами осевого электромагнита и внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника образован зазор, а посадочные поверхности внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника и вала выполнены коническими, при этом страховочный шариковый подшипник выполнен с возможностью осевого смещения посредством осевого электромагнита с образованием зазора между посадочными поверхностями внутреннего кольца страховочного шарикового подшипника и вала, кроме того, со стороны осевого электромагнита между торцами корпуса и внешнего кольца страховочного шарикового подшипника установлена осевая пружина, а с противоположенной стороны на корпусе установлен торцевой упор.
При таком конструктивном исполнении в момент отключения электроэнергии страховочный подшипник сдвигается и исчезает зазор между внутренним кольцом страховочного подшипника и ротором. Это снижает либо исключает ударные нагрузки на страховочный подшипник, а самое главное, минимизирует возможность образования обратной прецессии ротора. Все это повышает надежность работы заявленной магнитной опоры в целом.
На фиг.1 чертежа представлен продольный разрез заявленной магнитной опоры ротора турбомашины при отсутствии электропитания.
На фиг.2 чертежа представлен продольный разрез заявленной магнитной опоры ротора турбомашины при штатной работе.
Магнитная опора ротора турбомашины, включающая корпус 1 с установленными в нем радиальным активным магнитным подшипником 2 и осевым электромагнитом 3, страховочный шариковый подшипник 4, установленный на валу 5 и закрепленный внешним кольцом 6 в корпусе 7, причем между торцами осевого электромагнита 3 и внутреннего кольца 8 страховочного шарикового подшипника 4 образован зазор, а посадочные поверхности 9, 10 внутреннего кольца 8 страховочного шарикового подшипника 4 и вала 5 выполнены коническими относительно оси вращения вала 5, при этом страховочный шариковый подшипник 4 выполнен с возможностью осевого смещения посредством осевого электромагнита 3 с образованием зазора между посадочными поверхностями 9, 10 внутреннего кольца 8 страховочного шарикового подшипника 4 и вала 5, кроме того, со стороны осевого электромагнита 3 между торцами корпуса 1 и внешнего кольца 6 страховочного шарикового подшипника 4 установлена осевая пружина 11, а с противоположенной стороны внешнего кольца 6 страховочного шарикового подшипника 4 на корпусе 1 установлен торцевой упор 12.
Заявленная магнитная опора работает следующим образом:
При подаче электроэнергии на радиальный активный магнитный подшипник 2 и осевой электромагнит 3 происходит смещение страховочного подшипника 4 до полного контакта внутреннего кольца 8 с осевым электромагнитом 3. При этом пружина 11 сжимается, а между внутренним кольцом 8 и валом 5 образуется требуемый зазор.
При отключении электроэнергии, в том числе при аварийной ситуации, под действием осевой пружины 11 страховочный подшипник 4 смещается до торцевого упора 12. Исчезает зазор между внутренним кольцом 8 и валом 5. Это снижает либо исключает ударные нагрузки на страховочный подшипник, повышает надежность и экономичность опоры и установки в целом.