Система электромагнитных подшипников

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками и может быть использовано при создании газоперекачивающих агрегатов и других высокооборотных машин. Сущность полезной модели заключается в том, что параллельно обмоткам дополнительного подшипника установлены дополнительные элементы - конденсаторы переменной емкости.

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками и может быть использовано при создании газоперекачивающих агрегатов и других высокооборотных машин.

Известно изобретение «Магнитный подшипник», в котором описано устройство, направленное на решение задачи повышения демпфирующих свойств электромагнитного подшипника. Устройство по данному изобретению содержит в своем составе средства управления обмотками электромагнитов с выходными каскадами по числу электромагнитов, каждый из которых содержит транзисторы и диоды, соединенные по схеме неполного моста и установленные соответственно в противоположных плечах моста. Дополнительно каждый выходной каскад снабжен дросселем, включенным в диагональ моста, и конденсатором, включенным последовательно между диодом нижнего плеча моста и источником питания, а обмотка каждого электромагнита включена параллельно этому конденсатору.

Технический эффект от включения в выходной каскад аппаратуры управления магнитного подшипника дополнительных элементов заключается в увеличении мощности управления за счет повышения напряжения на обмотке электромагнита без изменения значения напряжения источника питания и улучшении демпфирующих свойств магнитного подшипника. (патент RU 2242646 от 27.12.2002)

К недостаткам данной конструкции относится недостаточная грузоподъемность при прохождении собственных резонансных частот вала на различных скоростях вращения,

Наиболее близким к решаемой задаче техническим решением является система электромагнитного подвеса с самодемпфированием, состоящая из основного и дополнительного электромагнитных подшипников. Причем дополнительный электромагнит запитан от источника постоянного напряжения.

Техническим эффектом от применения такой системы является самодемпфирование вращающегося вала при прохождении резонансных частот.(Митенков Ф.М. и др. Проблемы машиностроения и надежности машин, 3, 2004)

Недостатком данной схемы является увеличение габаритов электромагнитных подшипников.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение быстродействия дополнительного электромагнитного подшипника при радиальном смещении вала.

Решение поставленной задачи позволяет обеспечить устойчивую работу электромагнитных систем на резонансных частотах, что существенно расширяет диапазон применения электромагнитных подшипников.

Наиболее актуальным это является при применении электромагнитных подшипников в высокооборотных машинах.

Задача решается тем, что параллельно обмоткам дополнительного подшипника установлены дополнительные элементы - конденсаторы переменной емкости. Величина емкости каждого конденсатора (С) настраивается в зависимости от значения резонансной частоты вращающегося вала по формуле:

где:

- частота собственных изгибных колебаний вала,

L - индуктивность обмотки электромагнитного подшипника.

Величина сечения магнитопровода дополнительного электромагнита не превышает 10% от сечения основного электромагнита, что уменьшает индуктивность, следовательно, быстродействие системы увеличивается.

Установка на валу постоянного магнита, размещенного напротив дополнительного электромагнитного подшипника и намагниченного вдоль оси вала, приводит к упрощению системы управления при сохранении быстродействия системы.

Суть технического решения поясняется схемой, где:

на фиг.1 изображена система электромагнитных подшипников.

В состав системы входит:

Основной электромагнитный подшипник 7, установленный соосно вращающемуся валу 1, регулятор тока 4, управляемый ПИД-регулятором 3. ПИД-регулятор 3 соединен с датчиком 2, предназначенным для определения зазора между валом 1 и внутренней поверхностью корпусов электромагнитных подшипников 7 и 6. Дополнительный электромагнитный подшипник 6, установленный соосно вращающемуся валу 1 и параллельно основному электромагнитному подшипнику 7. Параллельно обмоткам дополнительного электромагнитного подшипника 6 подключен конденсатор 5, позволяющий повысить быстродействие системы. Основной электромагнитный подшипник 7 и дополнительный электромагнитный подшипник 6 предназначены для поддержания постоянного зазора между валом 1 и внутренней поверхностью корпусов электромагнитных подшипников 7 и 6 в номинальном режиме вращения вала 1, а также в режимах вращения вала 1 на резонансных частотах.

Источник постоянного напряжения может быть заменен постоянным магнитом, расположенным на валу напротив дополнительного электромагнита и намагниченный вдоль оси вала. что позволяет упростить систему управления при сохранении быстродействия системы.

Система электромагнитных подшипников работает следующим образом:

В номинальном режиме вращения вала 1 зазор, определяемый датчиком 2, между валом 1 и внутренней поверхностью электромагнитных подшипников 7 и 6 обеспечивается основным электромагнитным подшипником 7. Основной электромагнитный подшипник 7 управляется ПИД регулятором 3, который формирует сигнал заданного тока на регулятор тока 4. При приближении частоты вращения вала 1 к резонансной частоте, ЭДС, создаваемая колебаниями вала 1 возбуждает ток в дополнительным электромагнитном подшипнике 6 и снижает амплитуду колебаний вала 1. Конденсатор 5, величина емкости которого настроена на величину, кратную величине собственной резонансной частоты вала 1, обеспечивает увеличение тока в дополнительном электромагнитном подшипнике 6.

Применение предлагаемого устройства в высокооборотных машинах позволяет обеспечить устойчивую работу электромагнитных систем на резонансных частотах, что существенно расширяет диапазон применения электромагнитных подшипников.

1. Система электромагнитных подшипников, состоящая из основного и дополнительного электромагнитных подшипников, размещенных последовательно вдоль вращающегося вала, содержащих магнитопроводы с обмотками, причем питание основного электромагнитного подшипника осуществляется через систему управления от источника переменного напряжения, а питание дополнительного электромагнитного подшипника осуществляется от источника постоянного напряжения, отличающаяся тем, что параллельно каждой из обмоток дополнительного электромагнитного подшипника установлен как минимум один конденсатор переменной емкости, причем величина емкости (С) каждого конденсатора настроена в соответствии с расчетом по формуле:

,

где - частота собственных изгибных колебаний вала,

L - индуктивность обмоток электромагнитного подшипника.

2. Система электромагнитных подшипников по п.1, отличающаяся тем, что площадь поперечного сечения магнитопровода дополнительного электромагнитного подшипника составляет 10% от площади поперечного сечения магнитопровода основного электромагнитного подшипника.

3. Система электромагнитных подшипников по п.1, отличающаяся тем, что на валу установлен постоянный магнит, размещенный напротив дополнительного электромагнитного подшипника и намагниченный вдоль оси вала.