RS66005B1 - Integrisani klizni ležaj - Google Patents

Description

Opis

Unakrsne reference na srodne prijave

[0001] Predmetna prijava zahteva prednost u odnosu na privremenu američku prijavu patenta sa serijskim brojem 62/337.555 koja je podneta 17. maja 2016.

Oblast tehnike

[0002] Predmetni pronalazak se odnosi na klizne ležajeve, a preciznije na ležajeve koji za nošenje opterećenja integrišu magnetne elemente i elemente sa fluidnim filmom koji su poznati iz, na primer, JP 2000002469 A.

Stanje tehnike

[0003] Ležajevi sa fluidnim filmom (FFB – Fluid Film Bearings) i aktivni magnetni ležajevi (AMB – Active Magnetic Bearing) su konkurentski uređaji koji postoje na tržištu. FFB, a posebno klizni ležajevi (JB – Journal Bearings), su superiorni elementi za nošenje opterećenja usled svoje veće nosivosti i svoje sposobnosti da uvedu pasivno prigušenje u sistemu rotora. Ipak, JB ležajevi ispoljavaju nestabilne vibracije pri velikim brzinama koje se zovu "uljni trzaji", koje se pobuđuju kada brzina rotora dostigne brzinu koja je oko dva puta veća od prve kritične brzine. Ova nestabilnost ograničava sposobnost rotora za povećanjem brzine rotacije.

[0004] AMB ležajevi, sa druge strane, poseduju beskontaktni oslonac rotora te pri velikim brzinama nemaju ove nagle nestabilnosti. Poseduju dodatnu karakteristiku koja je njihove mogućnosti kao kontrolnih elemenata. AMB ležajevi mogu da obezbede promenljivu i kontrolisanu krutost i prigušenje, a dodatno mogu da pruže i kontrolu neuravnoteženosti kao i mnoge druge kontrolne karakteristike. Ipak, AMB ležajevi imaju određene nedostatke. Za dizajnere AMB ležajeva su uvek posebno zabrinjavajuća pitanja pouzdanosti. U stvari, AMB ležajevi su uvek dizajnirani sa redundantnim sistemom ležajeva koji se naziva "rezervni ležaj", tako da rezervni ležaj nosi rotor u slučaju otkaza AMB ležajeva.

Izlaganje suštine pronalaska

[0005] Predmetni pronalazak obezbeđuje pametni integrisani ležaj visokih performansi koje u jednom integrisanom uređaju kombinuje ležajeve sa fluidnim filmom (FFB) sa elektromagnetnim aktuatorom (EMA). U svim slučajevima ležaj sa fluidnim filmom će nositi opterećenje, dok se elektromagnetni aktuator može koristiti kao čisti kontroler ili i kao kontroler i kao element za nošenje opterećenja. U poslednjem slučaju elektromagnetni aktuator se može smatrati aktivnim magnetnim ležajem (AMB).

[0006] Integracija AMB i JB ležaja u jedan uređaj, koji se ovde navodi kao integrisani klizni ležaj (IJB – Integrated Journal Bearing), ima jasne prednosti. IJB ležaj ima sve prednosti JB i AMB ležaja i izbegava sve nedostatke AMB i JB ležaja. IJB ležaj je superioran kao noseći element usled svog većeg kapaciteta za nošenje opterećenja i svoje sposobnosti da uvede pasivno prigušivanje u sistem rotora. Štaviše, on nema nestabilnosti vibracija pri velikim brzinama rotacije a poseduje kontrolne karakteristike. IJB ležaj može da obezbedi promenljivu i kontrolisanu krutost i prigušenje, a dodatno može da obezbedi kontrolu neuravnoteženosti kao i mnoge druge kontrolne karakteristike. Što je najvažnije, nema potrebe za rezervnim ležajem jer se rotor u svim slučajevima nosi na JB ležaju.

[0007] Opšti cilj predmetnog pronalaska je, stoga, da obezbedi poboljšani ležaj za rotacione mašine.

[0008] Dalji cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi ležaj sa fluidnim filmom koji je integrisan sa elektromagnetnim aktuatorom ograničenim u istom prostoru.

[0009] Drugi cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi ležaj sa fluidnim filmom koji je integrisan sa elektromagnetnim aktuatorom ograničenim u istom prostoru koji je ispunjen uljem.

[0010] Još jedan cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi elektromagnetni aktuator unutar integrisanog ležaja koji deluje kao aktivni magnetni ležaj.

[0011] Još jedan cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi aktivni magnetni ležaj unutar integrisanog ležaja koji može, ali i ne mora da nosi opterećenje.

[0012] Poseban cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi superiorni element koji nosi opterećenje.

[0013] Dodatni cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi element za nošenje opterećenja sa superiornim kapacitetom nošenja opterećenja.

[0014] Drugi cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi element za nošenje opterećenja koji može da uvede pasivno prigušivanje u sistem rotora.

[0015] Još jedan cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi element za nošenje tereta koji je oslobođen od nestabilnosti vibracija pri visokim brzinama rotacije.

[0016] Još jedan cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi element za nošenje opterećenja koji može da deluje kao kontroler.

[0017] Dalji cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi element za nošenje opterećenja koji može da pruži promenljivu i kontrolisanu krutost i prigušenje.

[0018] Dodatni cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi element za nošenje opterećenja koji može da obezbedi kontrolu neuravnoteženosti.

[0019] Dodatni cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi element za nošenje opterećenja koji može da obezbedi mnoge karakteristike aktivne kontrole.

[0020] Još uvek je dodatni cilj predmetnog pronalaska da obezbedi superiorni element za nošenje opterećenja koji može da pruži sve gore navedene karakteristike bez potrebe za pomoćnim ležajem.

[0021] Povoljno, integrisani klizni ležaj prema predmetnom pronalasku može istovremeno postići sve gore navedene ciljeve.

[0022] Prema poželjnom izvođenju magnetni ležaj okružuje lamelni rotor i održava sopstveni odgovarajući zazor. Dva nosača (moguće sa istim prečnikom kao i lamelni rotor) su sastavljena sa svake od strana AMB ležaja i održavaju lamele rotora na mestu. Dva JB ležaja su postavljena preko dva klizna ležaja sa svojim posebnim razmakom. Uljni vodovi uvode ulje u dva JB ležaja gde je ulju dozvoljeno da slobodno teče u prostor AMB ležaja. Uljne zaptivke se koriste za sprečavanje protoka ulja izvan integrisanog ležaja.

[0023] Ovo izvođenje postiže zahtevane ciljeve na jedinstven način. Kako bi se održala simetrija, dva klizna ležaja okružuju AMB ležaj u jednom ograničenom prostoru. Ulje se dovodi u ograničeni prostor i tako prekriva i AMB ležaj i FFB ležaj. Kontroler se zatim koristi za kontrolu AMB ležaja kako bi se postigle potrebne performanse.

[0024] Prema drugom aspektu koristi se samo jedan FFB ležaj i jedan AMB ležaj. Prema ovom izvođenju magnetni ležaj okružuje lamelni rotor i održava sopstveni odgovarajući zazor. Klizni ležaj (moguće sa istim prečnikom kao i lamelni rotor) je postavljen pored AMB ležaja i održava lamele rotora na mestu. JB ležaj je postavljen preko kliznog ležaja sa svojim posebnim zazorom. Uljni vodovi uvode ulje u JB ležaj, kojem je dozvoljeno da slobodno teče u prostor AMB ležaja. Uljne zaptivke se koriste za sprečavanje protoka ulja izvan integrisanog ležaja.

[0025] Moguća su i druga izvođenja sa dva AMB ležaja i jednim FFB ležajem, a osobe sa iskustvom iz predmetne oblasti tehnike mogu jasno da odaberu najpogodniji oblik koji odgovara konkretnoj primeni.

[0026] Trebalo bi da je jasno da za potrebe ove prijave nije važno da li je FFB ležaj JB ležaj ili eliptični ležaj ili radijalni ležaj ili ležaj sa dodirom u više tačaka ili čak samopodesivi ležaj. Slično tome, nije važno da li je AMB ležaj koji nosi opterećenje ili samo EMA aktuator. Određeni dizajn i oblast primene će diktirati tip FFB ležaja i AMB ležaja koji se koristi.

[0027] Pronalazač je u svom pronalasku prema američkom patentu broj 7.836.601 iz 2010. opisao mogućnost integracije FFB ležaja sa AMB ležajem u jednom uređaju. Ovo je bio veliki napredak. Do tog datuma niko pri zdravoj pameti ne bi razmišljao o dodavanju ulja u magnetni ležaj. U stvari, promoteri AMB ležaja su ih smatrali za uređaje bez ulja, tvrdeći da je to jedna od njihovih prednosti. Američki patent broj 7.836.601 je bio promena paradigme u razmišljanju gde se ulje uvodi u AMB ležaj.

[0028] Specifikacije američkog patenta broj 7.836.601 opisuju da integrisani ležaj može imati oblik jednog integrisanog ležaja koji ima ležaj sa fluidnim filmom unutar magnetnog ležaja, tako da fluid ležaja sa fluidnim filmom prolazi preko rotora magnetnog ležaja i unutar zazora koji postoji između rotora i statora u magnetnom ležaju.

[0029] Ipak, u ovom slučaju će se pojaviti problem dizajna, pošto će magnetnom ležaju biti potreban veliki zazor da bi rasipao generisanu toplotu, a ležaju sa fluidnim filmom će biti potreban mali zazor kako bi se poboljšao njegov kapacitet za nošenje opterećenja. Ovaj problem dizajna se može rešiti na dva načina, jedan je da se izabere kompromisni zazor između dva suprotstavljena zahteva, a drugi je da se koristi mali zazor za nošenje opterećenja u ležaju sa fluidnim filmom i da se koristi povećani tok fluida kako bi se disipirala toplota koja je stvorena u magnetnom ležaju.

[0030] Slično američkom patentu broj 7.836.601, predmetna prijava patenta smatra FFB ležaj i AMB ležaj integrisanim ležajem, ali suprotno američkom patentu broj 7.836.601, FFB ležaj i AMB ležaj nemaju isti zazor. Prema predmetnom pronalasku integrisani ležaj se sastoji od AMB ležaja i FFB ležaja koji su integrisani u jedan uređaj, ali nemaju zajednički zazor. Ipak, i AMB ležaj i FFB ležaj su natopljeni uljem.

[0031] Američki patent broj 7.836.601 opisuje da se pronalazak zapravo oslanja na prednosti i nedostatke oba uređaja. Pronalazak je da se kao primarni ležaj za nošenje opterećenja koristi ležaj sa fluidnim filmom (bilo da se radi o cilindričnom ležaju, eliptičnom ležaju, ležaju sa izmeštenom polovinom, ležaju sa dodirom u više tačaka ili samopodesivom ležaju, nije stvarno važno) i da se za kontrolu nestabilnosti koristi magnetni ležaj u kombinaciji sa ležajem sa fluidnim filmom. Ovo bi trebalo da bude prilično efikasna kombinacija, gde kombinacija rezultira ležajevima koji se mogu koristiti pri velikim brzinama bez problema sa stabilnošću ili pouzdanošću.

[0032] Štaviše, američki patent broj 7.836.601 se odnosi na mnoge patente koji pokrivaju magnetne ležajeve, na primer

6.737.777 Magnetni ležaj i njegova primena;

6.727.617 Postupak i uređaj za obezbeđivanje tro-osnog magnetnog ležaja sa trajnim magnetima postavljenim na radijalni stub;

6.720.695 Uređaj za okretanje rotora sa beskontaktnim, pasivnim, radijalnim ležajem za obrtni rotor;

6.717.311 Kombinovani magnetni radijalni i potisni ležaj;

6.707.200 Integrisani magnetni ležaj;

6.703.736 Magnetni ležaj;

6.653.756 Uređaj magnetnog ležaja; i

6.606.536 Uređaj magnetnog ležaja i uređaj za kontrolu magnetnog ležaja.

[0033] Ipak, nijedan od ovih patenata ne govori o upotrebi magnetnih ležajeva kao sredstva za kontrolu nestabilnosti kliznih ležajeva. U stvari, većina najnovijih i trenutno aktuelnih razvojnih napora kod magnetnih ležajeva je usmerena na korišćenje magnetnih ležajeva kao primarnog elementa za nošenje opterećenja i za korišćenje prekomerne kontrolne akcije kako bi se obezbedile neke poželjne prednosti stabilnosti u rotacionim mašinama.

[0034] Takođe, američki patent broj 7.836.601 se odnosi na mnoge patente koji pokrivaju ležajeve sa fluidnim filmom, na primer

6.089.756 Klizni ležaj;

5.879.085 Hidrodinamički samopodesivi ležaj za rotacione mašine;

5.795.076 Hidrodinamički samopodesivi ležaj za rotacione mašine;

5.772.334 Ležajevi sa fluidnim filmom;

5.743.657 Samopodesivi klizni ležaj;

5.743.654 Hidrostatički i aktivni kontrolni samopodesivi ležaj;

5.634.723 Hidrodinamički ležajevi sa fluidnim filmom;

5.549.392 Zaptivka vratila za jedinicu hidrodinamičkog ležaja;

5.531.523 Rotorski klizni ležaj sa podesivim ležištima;

5.516.212 Hidrodinamički ležaj sa kontrolisanom raspodelom pritiska maziva;

5.489.155 Samopodesivi ležajevi promenljive geometrije sa nagibnim oslanjanjem i postupci izrade istih;

5.480.234 Klizni ležaj;

5.322.371 Ležaj sa fluidnim filmom;

5.201.585 Ležaj sa fluidnim filmom sa prigušivačem sa stišljivim filmom za turbo mašine;

5.096.309 Sistem hidrodinamičkog ležaja;

5.032.028 Ležaj sa fluidnim filmom;

4.961.122 Hidrodinamički ležajni uređaj sa žljebovima;

4.828.403 Otporno postavljen sklop ležaja fluidnog;

4.880.320 Klizni ležajevi sa fluidnim filmom;

4.767.223 Hidrodinamički ležajevi;

4.597.676 Hibridni ležaj;

4.526.483 Ležajevi sa fluidnom folijom;

4.415.281 Hidrodinamički ležajevi sa fluidnim filmom;

4.300.808 Samopodesivi ležajevi;

4.034.228 Samopodesivi ležaj; i

3.969.804 Postupak sklapanja kućišta ležaja za velike brzine rotirajućih vratila.

[0035] Ipak, ni jedan od ovih patenata ne sugeriše upotrebu magnetnih ležajeva kao sredstva za kontrolu nestabilnosti fluidnog filma.

[0036] Zapravo, razvoj magnetnih ležajeva i razvoj ležajeva sa fluidnim filmom su dve potpuno odvojene stvari, a istraživači u obe oblasti ne cene razvoj u drugoj oblasti, kao da su u pitanju dva različita ostrva.

[0037] Američki patent broj 6.353.273, Hibridni magnetno-folijski ležaj je izuzetak. U tom pronalasku se predlaže da se i ležaj sa folijom i magnetni ležaj koriste kao elementi za nošenje opterećenja. To je moguće učiniti za nošenje velikog opterećenja, tako da svaki od ležaja sa folijom i magnetnog ležaja nose deo opterećenja. Međutim, po mišljenju ovog pronalazača to nije dobro rešenje. Hibridni magnetno-folijski ležaj, iako je sposoban da radi pri velikim brzinama, i dalje pati od istih nedostataka od kojih pate magnetni ležajevi.

[0038] Iako su ležajevi sa fluidnim filmom i magnetni ležajevi dobro poznati uređaji, ipak nije očigledno da se mogu koristiti u kombinovanom obliku pošto je trenutna tehnologija da su to konkurentni uređaji koji se ne dopunjuju uzajamno. Oba se smatraju uređajima za nošenje opterećenja koji imaju određene kontrolne mogućnosti (pasivna kontrola za ležajeve sa fluidnim filmom i aktivna kontrola za magnetne ležajeve). Stoga je pronalazak da se magnetni ležaj smatra samo kontrolnim uređajem, a ležaj sa fluidnim filmom samo uređajem za nošenje opterećenja. Njihov kombinovani efekat je da se dobijaju ležajevi sa prednostima velikog kapaciteta nosivosti, odlične pouzdanosti i primene pri velikim brzinama bez nestabilnosti, pored svih poznatih prednosti ležajeva sa fluidnim filmom i magnetnih ležajeva. Štaviše, pojaviće se dodatna prednost pošto se magnetni ležaj ne koristi kao element za nošenje opterećenja, biće smanjeni zahtevi za snagom, a samim tim se mogu koristiti manji i lakši magnetni ležajevi koji mogu pouzdano kontrolisati vibracije rotora.

Kratak opis slika nacrta

[0039] Na priloženim slikama:

Slika 1 prikazuje pogled sa prednje strane na poprečni presek jednog izvođenja pronalaska koji prikazuje integrisani klizni ležaj gde magnetni ležaj okružuje lamelni rotor i održava sopstveni odgovarajući zazor. Dva klizna ležaja (moguće sa istim prečnikom kao i lamelni rotor) su sastavljena sa svake od strana AMB ležaja i održavaju lamele rotora na mestu.

Slika 2 prikazuje pogled na rastavljeni sklop izvođenja prikazanog na Slici 1 koji prikazuje detalje komponenti. Ovo je izvođenje koje je izradio i testirao pronalazač.

Slika 3 prikazuje pogled sa prednje strane na poprečni presek različitog izvođenja pronalaska koji prikazuje integrisani klizni ležaj u obliku osovine gde magnetni ležaj okružuje lamelni rotor i održava sopstveni odgovarajući zazor, a klizni ležaj je sastavljen pored AMB ležaja i održava lamele rotora. na mestu. Slika 4 prikazuje pogled na rastavljeni sklop izvođenja prikazanog na Slici 3 koji prikazuje detalje komponenti.

Slika 5 prikazuje pogled na poprečni presek još jednog izvođenja pronalaska koji prikazuje integrisani ležaj u kome magnetni ležaj okružuje lamelni rotor i održava svoj odgovarajući zazor, a klizni ležaj je postavljen pored AMB ležaja i održava lamele rotora na mestu sa alternativnim načinom fiksiranja.

Slika 6 prikazuje pogled na rastavljeni sklop izvođenja prikazanog na Slici 5 koji prikazuje detalje komponenti.

Slika 7 prikazuje osnovno kontrolno kolo koje se koristi za upravljanje aktivnim magnetnim ležajem sa povratnom spregom iz stanja rotora i uključujući karakteristike kliznog ležaja.

Detaljan opis pronalaska

[0040] Predmetni pronalazak je pametni integrisani ležaj visokih performansi koji kombinuje ležaj sa fluidnim filmom (FFB) sa elektromagnetnim aktuatorom (EMA) u jednom integrisanom uređaju. U svim slučajevima će ležaj sa fluidnim filmom nositi opterećenja, dok se elektromagnetni aktuator može koristiti kao čisti kontroler ili i kao kontroler i kao element koji nosi opterećenje. U poslednjem slučaju elektromagnetni aktuator se može smatrati aktivnim magnetnim ležajem (AMB).

[0041] Integracija AMB ležaja i JB ležaja u jednom uređaju, integrisanom kliznom ležaju (IJB), ima jasne prednosti. IJB ležaj ima sve prednosti JB ležaja i AMB ležaja i izbegava sve nedostatke AMB ležaja i JB ležaja. IJB ležaj je superioran element sa stanovišta nosivosti opterećenja usled svojeg većeg kapaciteta nosivosti i svoje sposobnosti da uvede pasivno prigušenje u sistem rotora. Štaviše, nema nestabilnosti vibracija pri velikim brzinama rotacije a poseduje mogućnosti kontrolera. IJB ležaj može da obezbedi promenljivu i kontrolisanu krutost i prigušenje, a dodatno može i da obezbedi kontrolu neravnoteže i mnoge druge kontrolne karakteristike. Što je najvažnije, nema potrebe za rezervnim ležajem jer je rotor u svim slučajevima nošen od strane JB ležaja.

[0042] Slike 1 i 2 prikazuju poželjno izvođenje IJB ležaja. Prema ovom izvođenju lamele 40 rotora AMB ležaja su postavljene na osovinu, dok su spoljašnje lamele 30 držane na mestu od strane donjeg kućišta 10 IJB ležaja i gornjim kućištem 60. Zazor AMB ležaja je zapravo zazor između lamela 40 rotora i spoljašnjih lamela 30. Dve čaure 80 kliznog ležaja su postavljene na rotor sa obe strane lamela 40 rotora. Obloga 70 kliznog ležaja se drži na mestu okružujući čauru 80 kućištem 20 kliznog ležaja koje na mestu drži donje kućište 10 IJB ležaja i gornje kućište 60. Zazor kliznog ležaja je između čaure 80 i obloge 70. Ulje se dovodi i odvodi kroz vodove 120 i potapa i klizni ležaj i šupljine AMB ležaja. Zaptivke 50 sprečavaju da ulje izađe iz šupljine. Dve prihvatne čaure 90 se koriste za držanje čaura 80 kliznog ležaja na mestu na osovini. Adapter 100 za pričvršćivanje je zabravljen na svom mestu pomoću pričvrsne navrtke 110 na svakoj prihvatnoj čauri 90.

[0043] Slike 3 i 4 prikazuju drugu varijantu IJB ležaja. Prema ovom izvođenju lamele 180 rotora AMB ležaja su postavljene na osovinu, dok su spoljašnje lamele 160 držane na mestu od strane donjeg kućišta 140 IJB ležaja i gornjim kućištem 150. Zazor AMB ležaja je zapravo zazor između lamela rotora 180 i spoljašnjih lamela 160. Jedna čaura 190 kliznog ležaja je postavljena na rotor pored lamela 180 rotora. Obloga 130 kliznog ležaja se drži na mestu oko čaure 190 od strane donjeg kućišta 140 IJB ležaja i gornjeg kućišta 150. Zazor kliznog ležaja je između čaure 190 i obloge 130. Ulje se dovodi i odvodi kroz vodove 210 i potapa i klizni ležaj i šupljine AMB ležaja. Za držanje čaure 190 ležaja na mestu na osovini se koristi stezaljka 200. Potrebno je napomenuti da je ovo izvođenje pogodno za osovine sa ramenima, kao što je prikazano na slici 3, gde se lamele 180 rotora oslanjaju o rame osovine i drže na mestu od strane čaure 190 koja se zauzvrat drži na mestu pomoću stezaljke 200.

[0044] Isto izvođenje je prikazano na slici 5 i slici 6, ali sa drugačijim postupkom fiksiranja lamela rotora i čaure kliznog ležaja. Na slici 5 i slici 6 su lamele 230 rotora AMB ležaja postavljene na osovinu, dok se spoljašnje lamele 270 drže na mestu od strane donjeg kućišta 300 IJB ležaja i gornjeg kućišta 290. Zazor AMB ležaja je zapravo zazor između lamela 230 rotora i spoljašnjih lamela 270. Prihvatna čaura 250 se koristi za držanje lamela 270 rotora. Čaura 240 kliznog ležaja je umetnuta u prihvatnu čauru 250 i drži se na mestu pomoću zabravljujuće navrtke 260. Obloga 280 kliznog ležaja se drži na mestu okružujući čauru 240 od strane donjeg kućišta 300 IJB ležaja i gornjeg kućišta 290. Zazor kliznog ležaja je između čaure 240 i obloge 280. Ulje se dovodi i odvodi kroz vodove 320 i potapa i klizni ležaj i šupljine AMB ležaja. Ovo izvođenje je takođe pogodno za osovine sa ramenima, kao što je prikazano na slici 5, gde su lamele 230 rotora oslonjene o rame osovine i drže na svom mestu prihvatnu čauru 250 i navrtku 260.

[0045] Slika 7 prikazuje blok dijagram IJB sistema. Rotor je izložen delovanju spoljašnjih sila Fext, međutim stanja rotora x i x' utiču na JB ležaj koji zauzvrat obezbeđuje silu Fboslanjanja koja se dodaje sili magnetnog ležaja Fm. Stanja povratne sprege x i x' su elektronski usmereni na programabilni kontroler koji obezbeđuje struju kroz pojačalo snage do AMB ležaja, stvarajući tako magnetnu silu Fm.

[0046] Pronalazač je primenio mnogo kontrolnih algoritama sličnih blok dijagramu sa slike 7. U referenci 2, pronalazač i njegovi učenici razmatraju kontrolisanje uljne nestabilnosti pri velikim brzinama rotacije sprovodeći IJB ležaj kroz veći broj algoritama i pokazuju da je kontrola prigušenja efikasan način za kontrolu IJB ležaja, dok je u referenci 3 uvedena kontrola nestabilnosti i kontrola neuravnoteženosti pomoću IJB ležaja. Referenca 4 je važan doprinos koji pokazuje da ulje ne utiče negativno na performanse AMB ležaja. U stvari, pokazano je da ulje u AMB ležaju zapravo donosi neka manja poboljšanja u performansama AMB ležaja. Referenca 5 uvodi testiranje rotora na jednom IJB ležaju i jednom ležaju kotrljajućeg elementa koristeći PID kontrolu, dok referenca 6 uvodi fazi-logičku kontrolu u IJB ležaj, a referenca 7 uvodi H∞ kontrolu u IJB ležaj i razmatra o podeli nošenja opterećenja između AMB ležaja i JB ležaja. Referenca 8 uvodi testiranje rotora na dva IJB ležaja i mogućnost da se prevaziđe nestabilnost ulja pri velikim brzinama rotacije za prvi i drugi režim primenom PD kontrole. U stvari, referenca 8 je jasan pokazatelj uspeha IJB ležaja. To pokazuje da IJB ležaj može da nosi rotor sa velikim opterećenjem pri velikim brzinama rotacije i sa mogućnošću kontrole višestrukih nestabilnosti.

[0047] U svim gornjim eksperimentima se koristi programabilni kontroler raspoloživ kao gotov proizvod. Kontrolni algoritmi o kojima je bilo reči u prethodnom paragrafu su svi eksperimentalno implementirani i bili su prilično uspešni. Izbor kontrolnog algoritma je stvar izbora za svaku primenu. U mnogim slučajevima je važno dati uputstva magnetnom ležaju da ne ometa nošenje opterećenja od strane JB ležaja. U stvari, H∞ kontroler koji je predstavljen u referenci 7 zapravo ima tendenciju da preuzme nošenje dela opterećenja na AMB ležaju, dok PD kontroler teži da deluje samo kao kontroler. Problem je u tome što AMB ležaj voli da centrira rotor, dok JB ležaj teži da pomeri centar rotora nadole i bočno. Ova dva konkurentna uređaja zahtevaju kontroler koji je dizajniran da nosi opterećenje na JB ležaju i zadrži svu snagu AMB ležaja za kontrolu. Samo u posebnim okolnostima (poput premeštanja rezonanci) bi AMB ležaju trebalo da bude dozvoljeno da nosi opterećenje. Gore navedene reference pružaju obilje primera za primenu kontrolera. Ipak, stručnjak iz predmetne oblasti tehnike može razumno izabrati odgovarajući algoritam upravljanja. Trebalo bi razumeti da je prethodno samo detaljan opis jednog ili većeg broja izvođenja predmetnog pronalaska.

Prethodni opis, prema tome, nema za cilj da ograniči obim pronalaska. Umesto toga, obim pronalaska će biti određen samo priloženim patentnim zahtevima i njihovim ekvivalentima.

Reference:

[0048]

1) A. EI-Shafei, 2010, "Postupci kontrole nestabilnosti u ležajevima sa fluidnim filmom", američki patent 7.836.601.

2) A. EI-Shafei i A.S. Dimitri, 2010, "Kontrolisanje nestabilnosti kliznog ležaja pomoću aktivnog magnetnog ležaja", ASME Trans, Inženjerski žurnal za gasne turbine i snagu, vol.132 jan., No.1.

3) A.S. Dimitri i A. El-Shafei, 2010, "Kontrola nestabilnosti i kompenzacija neuravnoteženosti fleksibilnih rotora nošenih na kliznim ležajevima pomoću magnetnih ležajeva", Zbornik radova 8. međunarodne IFToMM konferencije o dinamici rotora 12-15 septembar, KIST, Seul, Koreja.

4) M. El-Hakim, A.S. Dimitri, T. Saqr, J. Mahfoud, A.A. Adly i A. EI-Shafei, 2012, „Numerička i eksperimentalna identifikacija kombinovanog kliznomagnetnog ležaja: Pametni integrisani ležaj", Zbornik radova 10. međunarodne IMechE konferencije o vibracijama kod rotirajućih mašina, London, Velika Britanija, str.399-407, 11-13 septembar.

5) A. EI-Shafei, A.S. Dimitri, T. Saqr i M. EI-Hakim, "Karakterizacija ispitne opreme i dinamičko testiranje pametnog elektro-magnetnog aktuatora integrisanog kliznog ležaja", Zbornik radova 9. međunarodne IFToMM konferencije o dinamici rotora, 22-25 septembar, Milan, Italija, 2014, Nauka o mehanizmima i mašinama vol.21, Springer.

6) A.S. Dimitri, J. Mahfoud i A. EI-Shafei, 2015, „Eliminacija uljnih nestabilnosti pri velikim brzinama rotacije primenom fazi-kontrolera“, Inženjerski žurnal za gasne turbine i snagu, vol.138, br.6.

7) A.S. Dimitri, A. EI-Shafei, A.A. Adly i J. Mahfoud, 2015, "Kontrola uljnih nestabilnosti ležaja pri velikim brzinama rotacije pomoću magnetnog aktuatora", IEEE transakcije o magnetici, vol. 51, br.11.

8) A. EI-Shafei, A.S. Dimitri i J. Mahfoud, 2016, "PD kontrola pametnog integrisanog elektro-magnetnog kliznog ležaja (IJB)", Zbornik radova 11. međunarodne IMechE konferencije o vibracijama kod rotirajućih mašina, Mančester, Velika Britanija, septembar 2016, rad C1030, str.239-250.

Claims (19)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Integrisani klizni ležaj, IJB, koji sadrži:

osovinu koja se pruža u aksijalnom pravcu;

kućište (20) kroz koje se osovina pruža u aksijalnom pravcu, gde kućište (20) okružuje osovinu u radijalnom pravcu;

elektromagnetni aktuator, EMA, koji je smešten unutar kućišta (20) i okružuje osovinu u radijalnom pravcu, gde EMA sadrži lamele (40) rotora postavljene na osovinu i spoljašnje lamele (30) smeštene u kućištu, radijalni EMA zazor koji se nalazi između lamela (40) rotora i spoljnih lamela (30); i

najmanje prvi ležaj sa fluidnim filmom, JB, smešten unutar kućišta (20) koji okružuje osovinu u radijalnom pravcu, pri čemu prvi JB ležaj sadrži prvu JB čauru (80) aksijalno postavljenu na osovinu pored slojeva lamela (40) rotora i oblogu (70) prvog JB ležaja smeštenu u kućištu (20), gde se radijalni zazor prvog JB ležaja nalazi između čaure (80) prvog JB ležaja i obloge (70); pri čemu su vodovi (120) za fluid formirani kroz kućište (20) i konfigurisani da dovode fluid u klizni ležaj i da odvode fluid iz kućišta (20);

naznačen time

što je fluid ulje koje može slobodno da teče između EMA ležaja i prvog zazora JB ležaja i ulazi u prostor EMA ležaja, pri čemu se ulje zadržava unutar kućišta (20) pomoću zaptivki (50) postavljenih između kućišta (20) i osovine.

2. IJB ležaj prema zahtevu 1, koji dalje sadrži drugi JB ležaj koji je smešten unutar kućišta i okružuje osovinu u radijalnom pravcu, gde drugi JB ležaj sadrži čauru drugog JB ležaja postavljenu na osovinu aksijalno neposredno do naspramne strane od lamele rotora čaure prvog JB ležaja i obloge drugog JB ležaja postavljenih u kućištu, gde se radijalni zazor drugog JB ležaja nalazi između čaure drugog JB ležaja i obloge; pri čemu su vodovi za ulje dalje konfigurisani da dovode i odvode ulje koje onda može slobodno da teče između EMA ležaja i zazora prvog JB ležaja.

3. IJB ležaj prema zahtevu 2, koji dalje sadrži prvu i drugu držeću čauru koje su postavljene na rotor aksijalno prema spolja respektivno od prvog i drugog JB ležaja.

4. IJB ležaj prema zahtevu 3, koji dalje sadrži prvu i drugu zaptivku koje su postavljene na rotor, gde je prva zaptivka smeštena aksijalno između prvog JB ležaja i prve držeće čaure, gde je druga zaptivka smeštena aksijalno između drugog JB ležaja i druge držeće čaure, gde su prva i druga zaptivka konfigurisane da spreče curenje ulja između osovine i kućišta.

5. IJB ležaj prema zahtevu 3, koji dalje sadrži prvi i drugi adapter za pričvršćivanje koji respektivno okružuju prvu i drugu držeću čauru, gde su prvi i drugi adapteri za pričvršćivanje respektivno držani na mestu pomoću prve i druge navrtke za pričvršćivanje.

6. IJB ležaj prema zahtevu 1, pri čemu osovina sadrži rame koje se pruža u radijalnom pravcu prema spolja, gde je strana lamela rotora koja je nasuprot čaure prvog JB ležaja aksijalno susedna ramenu.

7. IJB ležaj prema zahtevu 6, koji dalje sadrži stezaljku postavljenu na osovinu koja je aksijalno susedna strani čaure prvog JB ležaja nasuprot lamelama rotora.

8. IJB ležaj prema zahtevu 6, koji dalje sadrži držeću čauru postavljenu na osovinu, gde je držeća čaura smeštena radijalno između osovine i prve JB čaure i aksijalno je neposredno uz istu stranu lamela rotora kao i čaura prvog JB ležaja.

9. IJB ležaj prema zahtevu 8, koji dalje sadrži zabravljujuću navrtku spojenu na držeću čauru aksijalno uz stranu čaure prvog JB ležaja nasuprot lamelama rotora.

10. IJB ležaj prema zahtevu 1, koji dalje sadrži kontroler u signalnoj komunikaciji sa EMA ležajem i konfigurisan da mu dovede struju radi upravljanja EMA ležajem kontrolom magnetne sile koja se time generiše.

11. IJB ležaj prema zahtevu 10, pri čemu je kontroler konfigurisan da upravlja EMA ležajem tako da nosi opterećenje pored JB ležaja pri najmanje nekim uslovima osovine, tako da EMA ležaj funkcioniše kao aktivni magnetni ležaj (AMB).

12. IJB ležaj prema zahtevu 11, pri čemu je kontroler konfigurisan da prima povratne informacije o spoljašnjim silama koje deluju na osovinu tokom njenih različitih stanja i da prilagođava magnetnu silu u odgovoru na to.

13. IJB ležaj prema zahtevu 12, pri čemu je kontroler konfigurisan da kontroliše magnetnu silu koju generiše AMB ležaj tako da se u većini okolnosti ne ometa nosivost prvog JB ležaja.

14. IJB ležaj prema zahtevu 13, pri čemu je kontroler konfigurisan da kontroliše magnetnu silu koju generiše AMB ležaj tako da obezbeđuje promenljivu i kontrolisanu krutost i prigušenje.

15. IJB ležaj prema zahtevu 13, pri čemu je kontroler konfigurisan da kontroliše magnetnu silu koju generiše AMB ležaj tako da kompenzuje nestabilnost JB ležaja.

16. IJB ležaj prema zahtevu 13, pri čemu je kontroler konfigurisan da kontroliše magnetnu silu koju generiše AMB ležaj tako da kompenzuje neravnotežu osovine.

17. IJB ležaj prema zahtevu 13, pri čemu je kontroler konfigurisan da kontroliše magnetnu silu koju generiše AMB ležaj tako da kompenzuje poremećaje koji deluju na osovinu.

18. IJB ležaj prema zahtevu 1, pri čemu je EMA aktuator konfigurisan da obezbedi pasivno prigušenje.

19. Postupak za nošenje osovine za rotaciono kretanje, gde postupak sadrži:

nošenje radijalnih opterećenja od strane najmanje prvog JB ležaja sa fluidnim filmom postavljenim oko osovine;

kontrolisanje aktivnog magnetnog ležaja, AMB, koji se nalazi na osovini aksijalno pored prvog JB ležaja kako bi pomogao JB ležaju u nošenju radijalnog opterećenja pri barem nekim okolnostima; i

obezbeđivanje zajedničkog kućišta koje okružuje prvi JB ležaj i AMB ležaj, naznačen time

što je fluid prvog JB ležaja ulje koje može da slobodno teče između AMB ležaja i zazora prvog JB ležaja i unutar prostora AMB ležaja, i

što su predviđene zaptivke za zaptivanje između kućišta i osovine.