АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО-ДЕМПФЕР

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению, в частности, к средствам демпфирования колебаний быстровращающихся роторов, турбин, центробежных компрессоров и подобных устройств.
Известна магнитная опора, содержащая размещенные в общем корпусе и выполненные из сплошного материала два статорных сегментированных диска радиального активного магнитного подшипника с аксиальной обмоткой, скрепленные цилиндрическими стержнями, Т-образный кольцевой статор осевого активного магнитного подшипника с кольцевой обмоткой, скрепленный с дисками через немагнитную шайбу, и вложенную между указанными статорными частями радиального и осевого активных магнитных подшипников П-образную кольцевую цапфу, закрепленную на валу с зазорами относительно указанных статорных частей посредством разрезной втулки (Патент РФ №2577437 С1, дата приоритета 14.11.2014, дата публикации 20.03.2016, авторы: Кочевин Ф.Г. и др., RU)
Недостатком известного аналога является низкая надежность опоры при совместном использовании опор в радиальном направлении, повышенные габариты узла в указанном комбинированном исполнении.
Известна магнитная опора, содержащая вал, корпус, радиальную магнитную опору, статор и ротор осевой электромагнитной опоры, страховочные механические подшипники, датчики перемещения, при этом статор осевой электромагнитной опоры выполнен в виде четырех Ш-образных электромагнитов, установленных на кольце, а ротор осевой электромагнитной опоры выполнен в виде ферромагнитного диска, установленного на валу, радиальная магнитная опора выполнена в виде коаксиально расположенных одноименными полюсами относительно друг друга подвижных и неподвижных кольцевых постоянных магнитов (Патент РФ №2540215 С1, дата приоритета 08.10.2013, дата публикации 10.02.2015, авторы: Герасимов А.А. и др., RU).
Недостатком известного аналога является многокомпонентность конструкции и сложность в практической реализация совместного использования разного вида подшипников в одном корпусе.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является конструкция, реализующая способы управления неустойчивостью в гидродинамических подшипниках, используемых в узлах высокоскоростных роторов или валов, включающая магнитный подшипник в комбинации с гидродинамическим подшипником, причем гидродинамический подшипник использован в качестве подшипника, воспринимающего основную нагрузку, а магнитный подшипник использован в качестве средства управления неустойчивостью в гидродинамическом подшипнике. (Патент РФ №2399803 С2, дата приоритета 08.06.2005, дата публикации 20.09.2010, автор Эль-Шафеи Али, EG, прототип)
Недостатком прототипа является наличие сложной электрической системы автоматического управления, при выходе из строя которой необходима остановка всего устройства.
Технической проблемой является создание упрощенной конструкции, обеспечивающей пассивное управление устройством для гашения колебаний в быстровращающихся роторах.
Для решения технической проблемы предложено адаптивное устройство-демпфер, выполненное с возможностью демпфирования осевых колебаний быстровращающихся валов. Новым является то, что оно выполнено в виде осевого демпфера с пассивным регулятором, выполняющего функцию магнитной опоры, осевой демпфер образован из двух упругих частей с контактирующими коническими поверхностями, взаимодействующими между собой с помощью расположенных на них магнитных вставок при осевых колебаниях вращающегося вала. При этом в одной части конической поверхностью образован вогнутый конус, в другой части конической поверхностью образован выпуклый конус, причем вогнутый конус выполнен с меньшим углом конусности. Упругая часть с вогнутым конусом установлена на валу с возможностью вращения, а упругая часть с выпуклым конусом снабжена жестким подпятником и установлена с возможностью осевого перемещения на валу совместно с подпятником. На поверхности вогнутого конуса выполнены концентрично расположенные кольцевые канавки, в которых утоплены магнитные вставки в шахматном порядке и на одинаковом расстоянии от вогнутой конической поверхности. В упругой части с выпуклым конусом установлены выступающие над контактирующей поверхностью магнитные вставки, образующие концентричные ряды с расположением магнитных вставок в шахматном порядке для обеспечения ступенчатого взаимодействия с магнитными вставками, утопленными в соответствующих кольцевых канавках упругой части с вогнутым конусом, причем магнитные вставки в упругих частях установлены с расположением одноименных полюсов навстречу друг другу.
Согласно полезной модели, в качестве магнитных вставок использованы постоянные магниты цилиндрической формы.
Согласно полезной модели, упругие части осевого демпфера выполнены из резины.
Согласно полезной модели, каждая упругая часть осевого демпфера армирована металлическим стаканом.
На фиг. 1 схематично изображено адаптивное устройство-демпфер, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;. на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Заявляемое адаптивное устройство-демпфер представляет собой осевой демпфер с пассивным регулятором магнитной силы, выполняющий функцию магнитной опоры. Осевой демпфер образован из двух упругих частей 1, 2, выполненных, например, из резины, с контактирующими коническими поверхностями, взаимодействующими между собой при осевых колебаниях вращающегося вала 3, и образующими в упругой части 1 вогнутый конус 4, а в упругой части 2 - выпуклый конус 5, имеющие разные углы конусности. Упругая часть 1 с вогнутым конусом 4, имеющим меньший угол конусности установлена на валу 3 с возможностью вращения, а упругая часть 2 с выпуклым конусом 5 снабжена жестким подпятником 6 и установлена с возможностью осевого перемещения на валу 3 совместно с подпятником. Для противодействия осевому смещению при взаимодействии контактирующих конусов 4 и 5 в них соответственно установлены магнитные вставки 7, 8 в виде постоянных магнитов цилиндрической формы, причем магнитные вставки 7, 8 установлены с расположением одноименных полюсов навстречу друг другу. При этом на всей поверхности вогнутого конуса 4 выполнены концентрично расположенные, например, четыре кольцевые канавки 9, в которых утоплены магнитные вставки 7 в шахматном порядке и на одинаковом расстоянии от вогнутой конической поверхности. В упругой части 2 установлены выступающие над контактирующей поверхностью магнитные вставки 8, образующие четыре концентричных ряда с расположением магнитных вставок в шахматном порядке для обеспечения ступенчатого взаимодействия с магнитными вставками 7, утопленными в соответствующих кольцевых канавках 9 упругой части 1 с вогнутым конусом 4. Каждая упругая часть осевого демпфера для упрочнения и жесткости может быть армирована, например, металлическими стаканами соответственно 10, 11.
м
ос
Адаптивное устройство-демпфер работает следующим образом. В исходном нерабочем состоянии упругие части 1, 2 осевого демпфера, установленные на валу 3, разъединены, как показано на фиг. 1. В процессе запуска и работы при увеличении осевых колебаний подпятник 6 с установленной в нем упругой частью 2 перемещается в сторону вращающейся упругой части 1. В результате этого последовательно от периферии к центру в зависимости от амплитуды колебаний включаются магниты 7, 8, расположенные на контактирующих конусах 4, 5. При этом появляются и постепенно возрастают магнитные силы F, противодействующие осевому перемещению F - Амплитуда допустимых колебаний вала варьируется от 20 мкм до 80 мкм. Порядок включения в работу магнитов 8, установленных в четыре ряда в шахматном порядке, происходит последовательно при пересечении допустимых пределов колебаний. Для каждого ряда в направлении к оси вала имеется свой предел допустимых амплитуд колебаний:
min
A ~ 20 мкм
2
А ~ 40 мкм
3
А ~ 60 мкм
max
A ~ 80 мкм
В зависимости от того, сколько рядов включено в работу, определяется магнитная сила по соответствующим формулам:
где В - магнитная индукция;
S - площадь одного магнита;
1
2
3
4
n, n, n, n - количество магнитов в соответствующем ряду;
μ - магнитная проницаемость.
Таким образом, упрощенное конструктивное выполнение осевого демпфера обеспечивает пассивное управление устройством для гашения колебаний в быстровращающихся роторах.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в упрощении конструкции за счет пассивного регулирования управлением устройства и в расширении арсенала технических средств для гашения колебаний в быстровращающихся роторах.