Дисковый элемент ротора

 

Изобретение касается конструкций дискового элемента высокооборотного ротора центробежной машины и может быть использовано, например, в торцевых крышках полого ротора центрифуги. Сущность: дисковый элемент содержит профилированный диск с полуосью, имеющий переменный по радиусу угол наклона срединной поверхности к оси вращения и участок с отрицательным углом наклона этой поверхности, толщина которого уменьшается с уменьшением его радиуса. Такое выполнение дискового элемента снижает в нем уровень напряжений, что повышает надежность работы. 2 ил.

Изобретение относится к элементам конструкции высокооборотного ротора центробежной машины и может быть использовано, например, для торцевых крышек полого ротора газовой центрифуги.

При работе центробежной машины с полым ротором в его дисковых элемента (например, в торцевых крышках) возникают значительные радиальные и окружные напряжения. Для повышения прочности элементов высокооборотных роторов усиливают их конструкцию за счет утолщения или применения бандажных колец [1] Однако в высокоскоростных центробежных машинах заметно проявляется неблагоприятное влияние радиальной деформации боковой стенки полого ротора от действия центробежных сил с одновременным уменьшением его длины (эффект Пуассона) на работу подшипниковых опор. В целях сохранения неизменной подшипниковой базы ротора необходимо компенсировать уменьшение длины ротора за счет аксиальной деформации других элементов ротора, направленной в сторону, противоположную осевой деформации боковой стенки.

Известна торцевая крышка полого ротора, выполненная в виде дискового элемента, имеющего вогнутую коническую форму, с полуосью для опоры ротора, а по периферии соединенного с боковой обечайкой, причем угол между образующей конуса и осью вращения ротора меньше 90^о [2] Данный вогнутый конический дисковый элемент имеет положительный угол наклона срединной поверхности профиля и при вращении ротора под действием центробежных сил деформируется в осевом направлении так, что угол раствора конуса увеличивается и его вершина перемещается в сторону, противоположную направлению осевой деформации боковой обечайки, благодаря чему положение опорной полуоси дискового элемента (торцевой крышки) относительно неподвижного элемента опоры остается практически неизменным. Наиболее близкой к изобретению является торцевая крышка полого цилиндрического ротора, выполненная в виде дискового элемента, содержащего профилированный диск с полуосью, имеющий переменный по радиусу угол наклона срединной поверхности к оси вращения, и по меньшей мере один участок этой поверхности с отрицательным углом наклона [3] Данный дисковый элемент (крышка ротора), как и в известном решении [2] при вращении за счет наличия участка профилированного диска с положительным углом наклона срединной поверхности деформируется в осевом направлении противоположно осевой деформации боковой стенки ротора и тем самым компенсирует уменьшение длины ротора, что сохраняет практически неизменным относительное положение опорных элементов ротора. Однако в известных решениях толщина дисковых элементов либо постоянна, либо уменьшается от центра диска к периферии, что не является оптимальным решением с точки зрения величины и распределения напряжений в дисковом элементе.

Задача изобретения повышение надежности работы дисковых элементов высокооборотного ротора за счет уменьшения величины напряжений в них и в местах их соединения с боковой стенкой ротора.

Для решения поставленной задачи предлагается дисковый элемент ротора, содержащий профилированный диск с полуосью и центральным отверстием, имеющий переменный по радиусу угол наклона срединной поверхности к оси вращения и участок с отрицательным углом наклона этой поверхности, толщина которого уменьшается с уменьшением его радиуса.

Как обнаружено расчетным и экспериментальны путем, такое выполнение дискового элемента при использовании его в качестве торцевых крышек полого высокоскоростного ротора улучшает их напряженное состояние за счет снижения величины напряжений в крышках и в местах их соединения с обечайкой ротора.

На фиг. 1 изображен меридиональный разрез ротора с торцевыми дисковыми элементами постоянной толщины; на фиг. 2 то же, с переменной по радиусу толщиной.

Цилиндрическая обечайка 1 ротора по торцам соединена с дисковым элементом 2, имеющим полуось 3 с центральным отверстием 4 для опоры вращения ротора относительно оси 5. Согласно изобретению (фиг. 2) профилированный диск дискового элемента 2 выполнен с переменной по радиусу толщиной сечения и имеет участок 6 с положительным углом наклона 7 срединной поверхности 8 профиля к оси вращения 5 и участок 9 с отрицательным углом наклона 10 его срединной поверхности 11 к оси вращения 5. Толщина профилированного диска на участке 9 уменьшается с уменьшением его радиуса, т.е. для участка 9 выполняется условие: T1<T2 при R1<R2, где Т1 толщина профилированного диска на радиусе R1, а Т2 толщина профилированного диска на радиусе R2.

При вращении ротора под действием центробежных сил обечайка 1 деформируется в радиальном направлении. При этом увеличение радиуса обечайки сопровождается согласно эффекту Пуассона уменьшением ее длины. Однако связанный с обечайкой 1 дисковый элемент 2 при вращении ротора также радиально деформируется и благодаря наличию в профилированном диске участка 6 с положительным углом наклона 7 срединной поверхности 8 к оси вращения 5 центральная часть дискового элемента 2 с полуосью 3 перемещается по оси 5 в направлении, противоположном направлению укорочения обечайки 1, и компенсирует тем самым осевую деформацию обечайки, сохраняя неизменной подшипниковую базу ротора. Профилированный диск имеет участок 9 с отрицательным углом наклона 10 его срединной поверхности 11, выполненный с уменьшающейся к центру диска толщиной. Такое выполнение дискового элемента 2 благоприятно влияет на распределение напряжений в нем и при прочих равных условиях позволяет существенно снизить величину максимальных напряжений.

Расчеты показали, что для дисковых элементов известной и предлагаемой конструкции при одинаковой величине, компенсирующей способности и оптимизации дискового элемента по массе и максимальным напряжения, разница в величине максимальных напряжений достигает 10% Более низкие напряжения в предлагаемом дисковом элементе высокооборотного ротора повышают его надежность при эксплуатации.

Формула изобретения

ДИСКОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ РОТОРА, содержащий профилированный диск с полуосью и центральным отверстием, имеющий переменный по радиусу угол наклона срединной поверхности к оси вращения и участок с отрицательным углом наклона этой поверхности, отличающийся тем, что толщина указанного участка профилированного диска уменьшается с уменьшением его радиуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2