Демпфер

 

Изобретение относится к быстровращающимся в упругодемпферных опорах вертикальным роторам машин и приборов, например газовых центрифуг, в частности к демпфирующим опорам таких машин. Демпфер содержит корпус, подвижный элемент с установленным на нем подшипником для опоры вала ротора, камеру с демпфирующей жидкостью, выполненную в подвижном элементе, установленный в камере демпфирующий элемент, и снабжен центрирующими пружинами. Дно подвижного элемента установлено на шарнире в корпусе, а центрирующие пружины размещены в верхней части подвижного элемента для удержания его в вертикальном положении. Демпфирующий элемент также установлен вертикально в камере на шарнире. Дополнительно демпфер снабжен магнитом, установленным в корпусе, а демпфирующий элемент в своей нижней части выполнен из ферромагнитного материала для взаимодействия с магнитом. Кроме того, демпфер снабжен дополнительным демпфирующим элементом, подвешенным на гибкой нити внутри подвижного элемента. В конструкции демпфера достигается эффективное демпфирование колебаний ротора и исключается попадание паров демпфирующей жидкости в другие полости ротора. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в упруго-демпферных опорах высокоскоростных роторов с вертикальной осью вращения, например в газовых центрифугах, в турбомолекулярных насосах.

Известны демпферы быстровращающихся вертикальных роторов [1, 2], содержащие упруго установленные в резервуаре с демпфирующей жидкостью цилиндрические или конические демпфирующие элементы с подшипниками для опоры роторов.

Известен также демпфер газовой центрифуги [3], содержащий шарнирно установленный в резервуаре с маслом подвижный элемент в виде конусообразного демпфирующего элемента с подшипником для опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части демпфирующего элемента.

В упомянутых выше демпферах масляный резервуар не изолирован от окружающего пространства, вследствие чего возможна нежелательная миграция частиц масла в обычно вакуумируемое зароторное пространство и в другие центрифуги.

Наиболее близким является демпфер колебаний вертикального высокоскоростного ротора [4], содержащий установленный в корпусе соосно с ротором подвижный элемент ступенчатой формы с подшипником для опоры вала ротора в верхней части, нижняя утолщенная часть которого в виде демпфирующего цилиндра расположена в полости корпуса с демпфирующей жидкостью и верхним торцом соединена с упругой поперечной мембраной, являющейся опорой для подвижного элемента, а внутри демпфирующего цилиндра выполнена камера, заполненная демпфирующей жидкостью, в которой упруго установлен второй демпфирующий элемент.

В данном демпфере демпфирующая жидкость находится в герметичных камерах, что исключает попадание ее паров в зароторное пространство и в рабочие полости ротора. Однако демпфер не обеспечивает требуемой стабильности параметров демпфирования из-за изменяющегося перепада давления на мембране на величину ее деформаций.

Задачей изобретения является сохранение стабильного частотного диапазона эффективного демпфирования в демпфере колебаний высокоскоростного ротора, имеющем герметично изолированный от других полостей ротора объем демпфирующей жидкости.

Указанный технический результат достигается тем, что демпфер, содержащий корпус, подвижный элемент с установленным на нем подшипником для опоры вала ротора, камеру с демпфирующей жидкостью, выполненную в подвижном элементе, и установленный в камере демпфирующий элемент, снабжен центрирующими пружинами, дно подвижного элемента установлено на шарнире в корпусе, а центрирующие пружины размещены в верхней части подвижного элемента для удержания его в вертикальном положении; демпфирующий элемент установлен вертикально в камере на шарнире. При этом демпфер снабжен магнитом, установленным в корпусе, а демпфирующий элемент по меньшей мере в своей нижней части выполнен из ферромагнитного материала для взаимодействия с магнитом. Кроме того, демпфер снабжен дополнительным демпфирующим элементом, подвешенным на гибкой нити внутри подвижного элемента, демпфирующий элемент имеет проточку, причем дополнительный демпфирующий элемент расположен в проточке демпфирующего элемента с зазором относительно него, заполненным демпфирующей жидкостью; подвижный элемент, демпфирующий элемент и дополнительный демпфирующий элемент выполнены в форме тел вращения.

Известно, что демпфер быстровращающегося в упругодемпферных опорах ротора должен обеспечивать подавление низкочастотных колебаний ротора при прохождении пусковых частот и при выбеге, а также низкочастотных и высокочастотных нутационных колебаний ротора на рабочей скорости вращения. Если для подавления низкочастотных колебаний ротора требуется оптимальное сочетание упругих и демпфирующих сил из-за слабой зависимости оптимальных параметров от массы демпфирующего элемента, приведенной к подшипнику опоры, то для гашения высокочастотной неустойчивости требуется максимальное уменьшение приведенной массы демпфирующего элемента. Одновременно с этим для некоторых конструкций высокоскоростных роторов важным является исключение попадания паров демпфирующей жидкости в зароторное пространство и в рабочие полости пустотелых роторов.

В предлагаемом демпфере демпфирующая жидкость полностью изолирована во внутренней герметичной камере подвижного элемента, вследствие чего пары жидкости не могут мигрировать в полости ротора, а изменение перепада давлений на прочных стенках камеры не будет оказывать влияния на упругие и демпфирующие характеристики демпфера, как это имеет место в известных демпферах, в которых одна из стенок камеры с демпфирующей жидкостью выполнена упругоподатливой и выполняет функцию опоры подвижного элемента. Расположение опорных шарниров в средних частях подвижного и демпфирующего элементов и совмещение центров вращения шарниров уменьшает приведенные массы упомянутых элементов, что расширяет диапазон эффективно гасимых высокочастотных колебаний ротора. Введение в конструкцию демпфера дополнительного демпфирующего элемента, расположенного также в камере подвижного элемента, исключает возможное появление зоны нечувствительности демпфера в случае, когда частота вращения ротора совпадает с собственной частотой колебаний демпфирующего элемента.

На чертеже схематично показан вертикальный разрез нижней части ротора с демпфером.

Ротор 1 с валом 2 опирается на подшипник 3 опоры, установленный в верхней части 4 подвижного элемента ступенчатой формы, нижняя утолщенная часть которого образует замкнутую внутреннюю камеру 5 с демпфирующей жидкостью 6. Дно 7 подвижного элемента установлено на шарнире 8 в корпусе 9. Подвижный элемент удерживается в вертикальном положении центрирующими пружинами 10. В камере 5 подвижного элемента на шарнире 11 установлен демпфирующий элемент 12. В проточке 13 демпфирующего элемента 12 расположен дополнительный демпфирующий элемент 14, подвешенный на гибкой нити 15 внутри камеры 5. Камера 5 заполняется демпфирующей жидкостью через отверстие 16 с пробкой 17. Под нижней частью демпфирующего элемента 12 установлен магнит 18 с фокусирующим магнитопроводом 19.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При приведении ротора 1 во вращение его низкочастотные колебания, например, колебания при разгоне от неуравновешенности ротора, и высокочастотные колебания на рабочей скорости вращения передаются через вал 2 и подшипник 3 на верхнюю часть подвижного элемента 4, в результате чего подвижный элемент перемещается в корпусе 9, качаясь на шарнире 8. При таких движениях подвижного элемента возникают упругая восстанавливающаяся сила при деформации центрирующих пружин 10 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости, главным образом, в зазоре между внутренними стенками камеры 5 подвижного элемента и наружной поверхностью демпфирующего элемента 12. Движение демпфирующей жидкости в зазоре 6 возникает в результате относительного перемещения подвижного и демпфирующего элементов, так как подвижный элемент перемещается соответственно перемещению ротора, а демпфирующий элемент стремится сохранить свое вертикальное положение в пространстве под влиянием сил инерции, силы тяжести (если центр тяжести демпфирующего элемента 12 выполнен ниже шарнира 11), силы магнитного притяжения нижнего конца демпфирующего элемента, выполненного из ферромагнитного материала, к магнитопроводу 18 с магнитом 17. Если скорость вращения ротора достаточно велика, то при разгоне скорость вращения ротора может совпадать с собственной частотой колебаний демпфирующего элемента 12 на упругой магнитной связи. При этом подвижный элемент и демпфирующий элемент перемещаются синхронно и движение демпфирующей жидкости в зазоре 6 отсутствует. В этом случае демпфирование осуществляется за счет относительного перемещения дополнительного демпфирующего элемента 14, имеющего другую частоту собственных колебаний, и демпфирующего элемента 12 и движения жидкости в зазоре между ними.

За счет выбора величин демпфирующих зазоров, величин масс и величин упругих связей подвижного, демпфирующего элемента и дополнительного демпфирующего элемента обеспечивается эффективное гашение колебаний ротора во всем диапазоне его скоростей вращения, причем полость с демпфирующей жидкостью герметично изолирована от других полостей ротора.

Источники информации 1. Патент Германии N 1136644, B 04 B, опубл. 23.09.62.

2. Патент Германии N 1143150, B 04 B, опубл. 30.01.63.

3. Патент Германии N 1071593, B 04 B 5/08, опубл. 09.06.60.

4. Патент Германии N 1775168, F 16 F 15/02, опубл. 12.08.71 - прототип.

Формула изобретения

1. Демпфер, содержащий корпус, подвижный элемент с установленным на нем подшипником для опоры вала ротора, камеру с демпфирующей жидкостью, выполненную в подвижном элементе, и установленный в камере демпфирующий элемент, отличающийся тем, что он снабжен центрирующими пружинами, дно подвижного элемента установлено на шарнире в корпусе, а центрирующие пружины размещены в верхней части подвижного элемента для удержания его в вертикальном положении.

2. Демпфер по п. 1, отличающийся тем, что демпфирующий элемент установлен вертикально в камере на шарнире.

3. Демпфер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен магнитом, установленным в корпусе, а демпфирующий элемент по меньшей мере в своей нижней части выполнен из ферромагнитного материала для взаимодействия с магнитом.

4. Демпфер по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным демпфирующим элементом, подвешенным на гибкой нити внутри подвижного элемента, демпфирующий элемент имеет проточку, причем дополнительный демпфирующий элемент расположен в проточке демпфирующего элемента с зазором относительного него, заполненным демпфирующей жидкостью.

5. Демпфер по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что подвижный элемент и демпфирующий элемент выполнены в форме тел вращения.

6. Демпфер по п. 4 или 5, отличающийся тем, что дополнительный демпфирующий элемент выполнен в форме тела вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1