Вертикальная центробежная установка с газостатической опорой

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВЕРТИКАЛЬНАЯ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ УСТАНОВКА С ГАЗОСТАТИЧЕСКОЙ ОПОРОЙ(71) Заявитель Щголев Владимир Константинович(72) Автор Щголев Владимир Константинович(73) Патентообладатель Щголев Владимир Константинович(57) Вертикальная центробежная установка с газостатической опорой, включающая корпус, рабочий орган, газостатический опорный узел, содержащий пяту с несущей поверхностью и подпятник с несущей поверхностью, при этом пята соединена с рабочим органом, а подпятник выполнен с каналом для подвода газа и накладками, систему газообеспечения и привод рабочего органа, обеспечивающий его угловые и радиальные перемещения, отличающаяся тем, что каждая несущая поверхность выполнена в виде двух разнопрофильных и соединенных между собой частей, причем одна часть выполнена в виде боковой поверхности усеченного конуса, а другая часть - в виде шарового слоя, при этом вершина несущей боковой поверхности усеченного конуса совпадает с центром сферы шарового слоя, а привод рабочего органа содержит электродвигатель, ротор которого выполнен в виде шарового слоя несущей поверхности пяты, а статор - в виде шарового слоя несущей поверхности подпятника. 9407 1 2007.06.30 Изобретение относится к машиностроению, в частности к центробежной технике, и может найти применение в производстве центрифуг с газостатической опорой для осуществления различных центробежных технологических процессов, имеющих значительную динамическую неуравновешенность вертикального рабочего органа пропитка древесины,дробление, классификация, сушка и др. Известна вертикальная центробежная установка (центрифуга), содержащая корпус,рабочий орган, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде конуса,пята которого соединена с рабочим органом, а подпятник выполнен с каналами для подвода газа к несущим поверхностям систему газообеспечения, связанную с подпятником, и привод (Патент США 3958753, МПК В 04 В 9/04, 1976). Однако из-за выполнения опорного узла только в виде конусных несущих поверхностей невозможно создать широкий рабочий зазор между этими поверхностями с приемлемыми энергозатратами на систему газообеспечения, а следовательно, амплитуда угловых и радиальных перемещений ограничена, в связи с чем известная установка обладает низкой надежностью при осуществлении технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность. Известен роторный механизм центробежной вертикальной установки, содержащий рабочий орган, газостатический опорный узел, состоящий из пяты, соединенной с рабочим органом, образуя ротор подпятника с отверстиями для подвода газа, и привод, содержащий механическую трехзвенную вальную передачу, позволяющую ротору совершать угловые и радиальные перемещения (Патент РФ 2183136, МПК В 02 С 13/14, В 04 В 9/12, 7/08, 2002). Однако, из-за выполнения несущих поверхностей пяты и подпятника только в виде сферических поясов известный механизм обладает низкой надежностью вследствие того,что не имеет угловой стабилизации ротора в режиме работы разгон- торможение. Ротор при прохождении резонансных частей вращения на данном режиме работы, когда значение стабилизирующего гироскопического момента не велико, а из-за наличия технологического дисбаланса, неточности изготовления, залегания материала, износа и т.д., а также наличия вальной трехзвенной передачи, которая при отклонении от вертикальной оси вращения создает возмущающую силу, действующую на ротор, и других факторов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность, начинает совершать угловые колебания, переходящие в автоколебания, которые, поглощая энергию привода, препятствуют разгону, вследствие чего установка прекращает набирать обороты и технологический процесс центрифугирования прекращается. Известна центробежная установка с газостатической опорой, содержащая корпус, рабочий орган, упругую механическую опору, содержащую вертикальный вал, на котором установлен рабочий орган, подшипниковый узел, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел с корпусом, вертикальный газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, систему газообеспечения и привод с гибким валом,обеспечивающим угловые и радиальные перемещения рабочего органа (Патент РФ 2220782, МПК В 04 В 9/04, 2004 (прототип). Однако, известная установка обладает низкой надежностью из-за того, что на подшипниковый узел и на упругий опорный узел действуют значительные силы как от угловых, так и от радиальных перемещений рабочего органа. Это силы возникают из-за динамической неуравновешенности, связанной с технологическими причинами (неравномерность движения материала, износ, неточность изготовления и др.), кроме того, возникает возмущающая сила, действующая на эти узлы со стороны гибкого вала при его отклонении от вертикальной оси вращения, и, как следствие, в процессе эксплуатации подшипниковый узел изнашивается, упругая опора ломается и установка выходит из строя. Задача изобретения состоит в повышении надежности работы центробежной вертикальной установки при осуществлении центробежных технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность за счет создания газовым 2 9407 1 2007.06.30 потоком угловой и линейной стабилизации рабочего органа в разнопрофильных несущих поверхностях пяты и подпятника (при достаточно широком рабочем зазоре между этими поверхностями), а изготовление электродвигателя привода рабочего органа в шаровых слоях пяты и подпятника позволяет исключить из установки гибкий (карданный) вал, создающий возмущающую силу, действующую на рабочий орган. Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи в вертикальной центробежной установке, включающей корпус, рабочий орган, газостатический опорный узел, содержащий пяту с несущей поверхностью и подпятник с несущей поверхностью, при этом пята соединена с рабочим органом, а подпятник выполнен с каналом для подвода газа и накладками, систему газообеспечения и привод рабочего органа,обеспечивающий его угловые и радиальные перемещения, отличием является то, что каждая несущая поверхность выполнена в виде двух разнопрофильных и соединенных между собой частей, причем одна часть выполнена в виде боковой поверхности усеченного конуса, а другая часть - в виде шарового слоя, при этом вершина несущей боковой поверхности усеченного конуса совпадает с центром сферы шарового слоя, а привод рабочего органа содержит электродвигатель, ротор которого выполнен в виде шарового слоя несущей поверхности пяты, а статор - в виде шарового слоя несущей поверхности подпятника. Изобретение поясняется чертежами фиг. 1 - общий вид установки в исходном положении с образованным зазором В между несущими поверхностями усеченных конусов,фиг. 2 - общий вид установки с образованными зазорами - А между несущими поверхностями шаровых слоев и Б между несущими поверхностями усеченных конусов, а точка О - центр сфер шаровых слоев, в которой совпадают вершины конусов несущих поверхностей пяты и подпятника. Вертикальная центробежная установка содержит корпус 1, рабочий орган 2, газостатический опорный узел рабочего органа 2, у которого пята 3 с несущей поверхностью 7 в виде шарового слоя и несущей поверхностью 5 в виде боковой поверхности усеченного конуса соединена с рабочим органом 2 и установлена на подпятнике 4 с несущей поверхностью 8 в виде шарового слоя и несущей поверхностью 6 в виде боковой поверхности усеченного конуса, при этом вершины несущих боковых поверхностей 5 и 6 усеченных конусов в рабочем состоянии совпадают в точке О - с центром сфер шаровых слоев несущих поверхностей 7 и 8, кроме этого подпятник 4 имеет канал 11 для подвода газа и накладки 10 и 9 из антифрикционного диэлектрического материала. Установка также содержит систему газообеспечения с воздуходувной машиной (на чертежах не показана), связанную с каналом 11 подпятника 4, и привод рабочего органа 2,содержащий электродвигатель, ротор которого выполнен в виде шарового слоя несущей поверхности 7 пяты 3, а статор - в виде шарового слоя несущей поверхности 8 подпятника 4. Установка работает следующим образом. Включают воздуходувную машину системы газообеспечения (на чертежах не показана), соединенную с каналом 11. Газовый поток через канал 11, действуя на несущие поверхности 5 и 7 пяты 3, соединенной с рабочим органом 2, приподнимает их на величину зазора А и Б над подпятником 4. Затем подается электрический ток на обмотки статора электродвигателя, выполненного в виде несущей поверхности 8 подпятника 4, и создается электромагнитное поле, которое взаимодействует с ротором электродвигателя, выполненным в виде несущей поверхности 7 пяты 3, и приводит его во вращение, а следовательно,и пяту 3 с рабочим органом 2. Создается поле центробежных сил в рабочем органе 2, с помощью которого осуществляют различные центробежные технологические процессы пропитку древесины, классификацию, сушку, ускорение дробильного сырья в рабочем органе ударно-центробежных дробилок и мельниц и т.д. При разгоне и торможении, а также при возникновении динамической неуравновешенности на резонансных частотах вращения рабочий орган 2 и пята 3 имеют возможность колебаться в радиальном и угловом направлениях в пределах зазора А и Б. 3 9407 1 2007.06.30 Благодаря тому, что несущие поверхности пяты 3 и подпятника 4 выполнены разнопрофильными - одна часть в виде шаровых слоев 7 и 8, а другая - в виде боковых поверхностей 5 и 6 усеченных конусов, имеется возможность в исходном положении получить зазор В (фиг. 1) в несущих поверхностях 5 и 6, выполненных в виде боковых поверхностей усеченных конусов, в которых после подачи газа в канал 11 образуется достаточно широкий зазор Б (фиг. 2), необходимый для осуществления технологических процессов,создающих значительную динамическую неуравновешенность. А поток газа, проходя между несущими поверхностями 5 и 6, выполненными в виде боковых поверхностей усеченных конусов, позволяет получить угловую стабилизацию рабочего органа 2. Кроме этого, выполнение электродвигателя привода рабочего органа 2 в шаровых слоях 7 и 8 пяты 3 и подпятника 4 позволяет исключить возмущающую силу, действующую на рабочий орган 2 со стороны гибкого (карданного) вала аналогичных конструкций. Следовательно, наличие этих отличительных признаков позволяет повысить надежность работы центробежной установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4