Упругодемпферная опора ротора

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к упругим демпфирующим устройствам. Сущность изобретения заключается в том, что упругодемпферная опора ротора включает упругий элемент, напоминающий по форме беличье колесо, и демпфер вязкого трения в виде кольцевого слоя вязкой жидкости между вибратором и корпусом турбомашины, а также элементы уплотнений. Упругий элемент выполнен в виде зигзагообразной тросовой пряди, свернутой в кольцо и жестко закрепленной по краям в обоймах, представляющих собой по два коаксиально установленных один относительно другого стакана с кольцевой канавкой и продольными цилиндрическими отверстиями для укладки и крепления тросовой пряди. Одна обойма жестко связана с вибратором, а вторая - с корпусом, а демпфер вязкого трения выполнен в виде кольцевого зазора между наружной поверхностью одного из стаканов, установленного на вибраторе, и корпусом, ограниченного по краям уплотнительными элементами. Техническим результатом является увеличение диссипативных свойств в опоре. 7 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к упругим демпфирующим устройствам, и может быть использовано в любой области техники для снижения уровня вибрации роторов машин и механизмов, приборов и оборудования.

Известен “Демпфер”, содержащий кольцеобразный корпус, заполненный рабочей средой, размещенное в нем кольцо, устанавливаемое на невращающуюся обойму подшипника, и пластинчатый гофрированный пакет, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности корпус демпфера и кольцо имеют П-образную форму поперечного сечения и совмещены таким образом, что пластинчатый пакет размещен между внутренней стенкой кольца и внутренней стенкой корпуса, а демпфер снабжен разгрузочным устройством, включающим опорный элемент и подпружиненный в направлении действия статической силы башмак, взаимодействующий с кольцом [1].

Этот демпфер по своей сути представляет собой комбинацию пластинчатого гофрированного демпфера сухого трения и демпфера вязкого трения, выполненного в виде П-образной кольцевой щели между вибратором и корпусом.

К его недостаткам относится сложность конструкции и значительные радиальные размеры, поэтому он не нашел к настоящему времени применения в серийном производстве. Кроме того, демпфер имеет сложную расчетную схему и его подбор для конкретного двигателя связан с большим объемом экспериментальных исследований.

Известен упругодемпферный подшипник конструкции П.Л. Капицы, состоящий из собственно подшипника любого типа (качения, скольжения, гидростатического подшипника скольжения и т.д.), упругого элемента в виде втулки с прорезями и элемента вязкого трения в виде кольцевого слоя вязкой жидкости между цапфой демпфера (вибратора) и корпусом турбомашины. Упругий элемент по своей форме напоминает беличье колесо и выполняется фрезеровкой продольных пазов в тонкостенной втулке с фланцами [2].

Этот упругодемпферный подшипник выбран в качестве прототипа.

К недостаткам данной конструкции можно отнести практически полное отсутствие демпфирования в упругом элементе, а также сложность изготовления самой конструкции опоры.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данного изобретения, является значительное увеличение диссипативных свойств в опоре за счет выполнения упругого элемента в виде тросовых балочек, зажатых по краям и работающих на изгиб. При воздействии нагрузок балочки изгибаются, что приводит к проскальзываниям проволочек в тросовых прядях друг относительно друга и рассеиванию энергии вибрации за счет работы сил сухого трения. При этом эффективность подавления вибрации демпфера сухого трения соизмерима с эффективностью демпфера вязкого трения.

Предлагаемая конструкция проста и технологична в изготовлении и легко поддается расчетам.

Технический результат достигается тем, что упругий элемент выполнен в виде зигзагообразной тросовой пряди, свернутой в кольцо и жестко закрепленной по краям в обоймах, представляющих собой по два коаксиально установленных один относительно другого стакана с кольцевой канавкой и продольными цилиндрическими отверстиями для укладки и крепления тросовой пряди, причем одна обойма жестко связана с вибратором, а вторая с корпусом, а демпфер вязкого трения выполнен в виде кольцевого зазора между наружной поверхностью одного из стаканов, установленного на вибраторе, и корпусом, ограниченного по краям уплотнительными элементами.

Принципиальным отличием предлагаемой конструкции является высокая эффективность подавления вибрации за счет комбинации тросового демпфера сухого трения и демпфера вязкого трения, оригинальность конструкции, позволяющая выполнить опору с высокой технологичностью изготовления и максимальной простотой, а также простота расчетной модели.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 показан фронтальный разрез конструкции опоры;

на фиг.2 показан поперечный разрез (А-А), поясняющий конструкцию обоймы демпфера вязкого трения и подвод масла;

на фиг.3 показан поперечный разрез (по Б-Б), поясняющий укладку тросовой пряди между стаканами и фиксацию одного стакана относительно другого от окружных перемещений;

на фиг.4 показано развернутое цилиндрическое сечение, поясняющее укладку тросовой пряди внутри стакана;

на фиг.5 показан внешний вид готового изделия;

на фиг.6 показана зигзагообразная тросовая прядь перед сборкой;

на фиг.7 показан кондуктор для заневоливания тросовой пряди.

Упругодемпферная опора ротора (см.фиг.1 и фиг.2) включает зигзагообразную тросовую прядь 1, свернутую в кольцо и жестко закрепленную по краям в обоймах, выполненных из стаканов 2, 3 и 4, 3.

При этом стакан 2 жестко закреплен в корпусе 5 с помощью болтов 6, а стакан 4 установлен на наружную обойму подшипника 7 ротора 8. Подшипник 7 зафиксирован от осевых перемещений резьбовыми гайками 9 и 10. Демпфер вязкого трения выполнен в виде кольцевой щели 11, ограниченной по краям уплотнительными элементами 12. Стаканы 3 и 4 зафиксированы от окружных перемещений штифтами 13 (см. фиг.3), концы 14 и 15 тросовой пряди 1 заведены в радиальные отверстия стаканов 2 и 4 и развальцованы с обратной стороны.

Упругодемпферная опора работает следующим образом.

Колебания вала гасятся демпфером сухого трения, при этом энергия вибрации переходит в тепло за счет работы сил сухого трения при проскальзывании проволочек друг относительно друга в отрезках тросовой пряди. Одновременно с демпфером сухого трения энергию вибрации поглощает и демпфер вязкого трения.

При этом так как торцы рабочего зазора уплотнены, демпфер вязкого трения (гидродинамический демпфер) работает как длинный демпфер со сдавливаемой пленкой, обеспечивая нормальную работу двигателя на рабочих режимах.

Совместная работа двух демпферов обеспечивает высокую эффективность подавления вибрации.

Упругая подвеска ротора в опоре выполнена с первоначальным расчетным эксцентриситетом, который компенсирует радиальные смещения стакана 4 относительно корпуса 5 под действием веса ротора.

Это мероприятие предотвращает нарушение коаксиальности кольцевой щели гидродинамического демпфера и позволяет ему работать с высокой эффективностью на любых режимах.

Расчетные схемы гидродинамического демпфера [3] и демпфера сухого трения [4] позволяют быстро и с достаточной степенью точности рассчитать параметры вновь проектируемой опоры.

Предлагаемая конструкция опоры технологична в изготовлении и сборке.

Сборка демпфера осуществляется следующим образом.

Тросовая прядь заневоливается в кондукторе, представляющем собой плоскую поверхность с установленными на ней в определенном порядке жесткими пальцами (см. фиг.7). Далее тросовая прядь свертывается в кольцо.

Затем последовательно заводят сначала левую сторону пряди на стакан 2, завальцовывают концы пряди 1 и 15 в радиальных отверстиях стакана 2, зажимают стаканом 3, а затем и правую сторону пряди зажимают между стаканами 3 и 4.

Демпфер готов к установке в опору.

Кольцо 4 устанавливают между наружной обоймой подшипника 7 и корпуса 5, а кольцо 2 крепят с помощью болтов 6 на корпусе 5. Через радиальные отверстия 9 в корпусе 5 (см. фиг.1) подают смазку под давлением в гидродинамический демпфер (кольцевую щель 11, ограниченную по торцам уплотнениями 12).

Упругодемпферная опора ротора готова к работе.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом изобретении “Упругодемпферная опора ротора”, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию “Новизна”.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию “Изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить отличительные признаки заявляемого изобретения, совпадающие с признаками прототипа.

Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенных признаков заявляемого изобретения, направленных на достижение технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию “Изобретательский уровень”.

Критерий “Промышленная применимость” подтверждается тем, что предлагаемое изобретение может быть использовано в транспортном машиностроении, легкой промышленности, других отраслях техники и осуществлено с помощью известных и описанных в заявке средств.

Предлагаемая конструкция проста, имеет высокую эффективность подавления вибрации, технологична в изготовлении и сборке, имеет малые радиальные размеры, легко поддается расчетам. Все это подтверждает ее соответствие современному уровню развития науки и техники.

Формула изобретения

Упругодемпферная опора ротора, включающая упругий элемент, напоминающий по форме беличье колесо, и демпфер вязкого трения в виде кольцевого слоя вязкой жидкости между вибратором и корпусом турбомашины, а также элементы уплотнений, отличающаяся тем, что упругий элемент выполнен в виде зигзагообразной тросовой пряди, свернутой в кольцо и жестко закрепленной по краям в обоймах, представляющих собой по два коаксиально установленных один относительно другого стакана с кольцевой канавкой и продольными цилиндрическими отверстиями для укладки и крепления тросовой пряди, причем одна обойма жестко связана с вибратором, а вторая - с корпусом, а демпфер вязкого трения выполнен в виде кольцевого зазора между наружной поверхностью одного из стаканов, установленного на вибраторе, и корпусом турбомашины, ограниченного по краям уплотнительными элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7