Вертикальная роторная установка с газостатическим опорным узлом
Изобретение относится к роторным установкам с вертикальной осью вращения ротора. Вертикальная роторная установка с газостатическим опорным узлом содержит корпус, рабочий орган, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого непосредственно соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, связанную с центральным отверстием подпятника, упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом и состоящий из вращающегося опорного элемента, выполненного в виде обечайки и закрепленного на рабочем органе, тел вращения в количестве не менее трех, каждое из которых снабжено упругим кольцеобразным элементом и установлено на оси, и опорных элементов, каждый из которых одним концом соединен с корпусом с возможностью радиальных перемещений и подпружинен к нему посредством пружины, а вторым концом - с осью тела вращения, причем между обечайкой и упругими элементами тел вращения имеется зазор. Изобретение позволяет повысить надежность работы роторной установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к роторным установкам с вертикальной осью вращения ротора и может найти применение в различных отраслях машиностроения: дробилки и мельницы с роторным рабочим органом, центрифуги и сепараторы различного назначения, центробежные испытательные стенды, турбины, электрогенераторы, двигатели, станки и другие роторные установки с преимущественно высокоскоростным рабочим органом для осуществления технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность ротора.
Известна вертикальная роторная установка (центрифуга) с газостатическим опорным узлом, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с полусферическими несущими поверхностями, пята которого непосредственно соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник (статор) которого имеет отверстия для подвода и отвода газа, систему газообеспечения, содержащую компрессор, связанную с подпятником, и пневмопривод, взаимодействующий с опорным узлом с возможностью радиальных и угловых смещений ротора, при этом центр кривизны несущих поверхностей совпадает или расположен выше центра масс ротора [1].
Однако известная роторная установка обладает низкой надежностью и не позволяет добиться значительного снижения динамических воздействий ротора на опорный узел и фундамент установки при осуществлении технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность ротора при высоких удельных энергозатратах, вследствие того, что функциональные характеристики опорного узла (параметры несущих поверхностей и величина зазора между несущими поверхностями), системы газообеспечения (параметры газового потока) и привода (вращательный момент, передаваемый на ротор) не оптимизированы.
Известна также вертикальная роторная установка с газостатическим опорным узлом, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого непосредственно соединена с рабочим органом, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, содержащую, по крайней мере, один вентилятор и связанную с центральным отверстием подпятника, и привод с механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим [2].
Однако данная роторная установка обладает недостаточно высокой надежностью работы, т.к. при возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе и на резонансных частотах вращения возникает неуравновешенность ротора, обуславливающая высокоамплитудные радиальные и угловые колебания ротора, которые могут привести к трению и ударам пяты о подпятник и выходу газостатического опорного узла из строя. Эти недостатки связаны с низкой радиальной и угловой устойчивостью ротора, вызванной отсутствием упругого ограничения радиальных и угловых колебаний ротора.
Задача изобретения состоит в повышении надежности работы роторной установки путем предотвращения ударов и трения пяты о подпятник при возникновении неуравновешенности ротора за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении радиальной и угловой устойчивости ротора путем обеспечения упругого ограничения радиальных и угловых колебаний ротора.
Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи вертикальная роторная установка с газостатическим опорным узлом, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого непосредственно соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, связанную с центральным отверстием подпятника, и привод с механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим, согласно изобретению содержит упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом и состоящий из вращающегося опорного элемента в виде обечайки, установленного на рабочем органе, тел вращения в количестве не менее трех, каждое из которых установлено на оси, и опорных элементов, каждый из которых одним концом соединен с корпусом с возможностью радиальных перемещений и подпружинен к нему, а вторым концом - с осью тела вращения, причем между обечайкой и телами вращения имеется зазор. Кроме этого, тела вращения снабжены упругим кольцеобразным элементом.
Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид установки в разрезе, фиг.2 - вид А на фиг.1.
Вертикальная роторная установка с газостатическим опорным узлом содержит корпус 1, рабочий орган 2, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята 3 которого непосредственно соединена с рабочим органом 2, образуя ротор, а подпятник 4 которого выполнен с центральным отверстием 5 для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения (не показана), связанную с центральным отверстием 5 подпятника 4, упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом 2 и состоящий из вращающегося опорного элемента 6, выполненного в виде обечайки и закрепленного на рабочем органе 2, тел 7 вращения в количестве не менее трех, каждое из которых снабжено упругим кольцеобразным элементом 8 и установлено на оси 9, и опорных элементов 10, каждый из которых одним концом соединен с корпусом 1 с возможностью радиальных перемещений и подпружинен к нему посредством пружины 11, а вторым концом - с осью 9 тела 7 вращения, причем между обечайкой 6 и упругими элементами 8 тел 7 вращения имеется зазор, и привод 12 с механической передачей 13, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим.
Изобретение работает следующим образом.
Включают систему газообеспечения (не показана), содержащую, например, вентилятор, связанную с отверстием 5 подпятника 4. Газ (воздух) через отверстие 5 поступает к несущим поверхностям и создает между ними избыточное давление, под действием которого ротор приподнимается (“всплывает”), создавая технологический зазор. В зазоре создается воздушная подушка, обеспечивающая ротору опору в осевом и радиальном направлениях.
Затем включают привод 12 (электродвигатель) с механической передачей 13 и придают ротору вращение с требуемой для данного технологического процесса и рабочего органа 2 скоростью.
При прохождении резонансных частот, возникающих при разгоне и торможении вращения ротора, а также при режимном дисбалансе, возникающем в рабочем органе 2, ротор совершает радиальные и угловые колебания, амплитуда и сила которых зависит от скорости вращения ротора. При этом вращающийся рабочий орган 2 посредством обечайки 6 взаимодействует с упругим кольцеобразным элементом 8 тела 7 вращения, которое соединено посредством оси 9 с упругим опорным элементом 10. Вращаясь вокруг своей оси, тела 7 вращения позволяют воспринимать упругому опорному узлу радиально угловые колебания ротора в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и осуществлять их гашение. Таким образом достигается ограничение амплитуды радиальных и угловых колебаний ротора, что позволяет предотвратить удары и трение пяты 3 о подпятник 4.
Источники информации
1. Патент Великобритании №839622, В 04 В 9/12, опубл. 1960.
2. Патент РФ №2183136, В 02 С 13/14, опубл. 10.06.2002.
Формула изобретения
1. Вертикальная роторная установка с газостатическим опорным узлом, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого непосредственно соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, связанную с центральным отверстием подпятника, и привод с механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим, отличающаяся тем, что установка содержит упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом и состоящий из вращающегося опорного элемента в виде обечайки, установленного на рабочем органе, тел вращения в количестве не менее трех, каждое из которых установлено на оси, и опорных элементов, каждый из которых одним концом соединен с корпусом с возможностью радиальных перемещений и подпружинен к нему, а вторым концом с осью тела вращения, причем между обечайкой и телами вращения имеется зазор.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что тела вращения снабжены упругим кольцеобразным элементом.
