Вертикальная роторная установка с газостатической опорой
Владельцы патента RU 2246055:
Научно-производственное республиканское унитарное предприятие "НПО "Центр" (BY)
ЗАО "Урал-Омега" (RU)
Изобретение относится к роторным установкам с вертикальной осью вращения ротора и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения заключается в том, что установка содержит корпус, рабочий орган, установленный на валу, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с валом рабочего органа, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям. Установка также содержит подшипниковый узел, установленный на валу рабочего органа, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел и корпус и состоящий из подвижного опорного элемента, соединенного с подшипниковым узлом, неподвижного опорного элемента, соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между подвижным и неподвижным опорными элементами, 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. Вал рабочего органа установлен в подшипниковом узле таким образом, что между несущими поверхностями имеется зазор. Установка содержит второй 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 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. Между обечайкой и телами вращения имеется зазор. Техническим результатом является обеспечение упругого ограничения угловых колебаний ротора. 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 (ударно-центробежные, молотковые и бильные), 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 (роторный механизм центробежной установки) с газостатической опорой, содержащая 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, и привод с механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим [1].
Однако данная роторная установка обладает недостаточно высокой надежностью, т.к. при возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе и при резонансных частотах вращения возникают радиально-угловые колебания ротора, которые при осуществлении технологических процессов на высоких скоростях вращения могут привести к ударам и трению пяты о подпятник и выходу газостатического опорного узла из строя. Эти недостатки связаны со слабой радиальной и угловой устойчивостью ротора, вызванной отсутствием радиальной опоры. Кроме этого, выходу газостатического опорного узла из строя может привести падение ротора на подпятник при аварийном отключении системы газообеспечения.
Известна также вертикальная роторная (центробежная) установка с газостатической опорой, содержащая корпус, рабочий орган, установленный на валу, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с валом рабочего органа, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, подшипниковый узел, установленный на валу рабочего органа, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел и корпус и состоящий из подвижного опорного элемента, соединенного с подшипниковым узлом, неподвижного опорного элемента, соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между подвижным и неподвижным опорными элементами, 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, при этом вал рабочего органа установлен в подшипниковом узле таким образом, что между несущими поверхностями имеется зазор [2].
Однако данная роторная установка обладает недостаточно высокой надежностью работы, т.к. при режимном дисбалансе рабочего органа и резонансных частотах вращения возникает неуравновешенность ротора, обуславливающая высокоамплитудные колебания ротора и, соответственно, высокие переменные динамические нагрузки в радиальном и угловом направлениях на подшипниковый и упругий опорный узел и их достаточно быстрый выход из строя, особенно упругого опорного элемента. Эти недостатки связаны с тем, что опорные узлы, расположенные между рабочим органом и пятой, т.е. в средней части ротора, не обеспечивают получение технического результата, заключающегося в обеспечении упругого ограничения угловых колебаний ротора.
Задача изобретения состоит в значительном повышении надежности работы роторной установки за счет обеспечения снижения динамических нагрузок на опорные узлы, путем получения технического результата, заключающегося в обеспечении упругого ограничения угловых колебаний ротора.
Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи путем достижения указанного технического результата в вертикальной роторной установке с газостатической опорой, содержащей корпус, рабочий орган, установленный на валу, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с валом рабочего органа, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, подшипниковый узел, установленный на валу рабочего органа, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел и корпус и состоящий из подвижного опорного элемента, соединенного с подшипниковым узлом, неподвижного опорного элемента, соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между подвижным и неподвижным опорными элементами, 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, при этом вал рабочего органа установлен в подшипниковом узле таким образом, что между несущими поверхностями имеется зазор, согласно изобретению установка содержит второй 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 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 газостатической опорой содержит корпус 1, рабочий орган 2, установленный на валу 3, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята 4 которого соединена с валом 3, образуя с ним и рабочим органом 2 ротор, а подпятник 5 которого выполнен с центральным отверстием 6 для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, подшипниковый узел 7, установленный на валу 3, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел 7 и корпус 1 и состоящий из подвижного опорного элемента 8, соединенного с подшипниковым узлом 7, неподвижного опорного элемента 9, соединенного с корпусом 1, и упругого опорного элемента 10, расположенного между подвижным опорным элементом 8 и неподвижным опорным элементом 9, второй упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом 2 и состоящий из вращающегося опорного элемента 11, выполненного в виде обечайки и закрепленного на рабочем органе 2, тел 12 вращения в количестве не менее трех, снабженных упругим кольцеобразным элементом 13 и каждый из которых установлен на оси 14, и опорных элементов 15, каждый из которых соединен с корпусом 1 с возможностью радиальных перемещений и подпружинен к нему посредством пружины 16, а вторым концом - с осью 14 тела 12 вращения, систему газообеспечения 17, связанную с центральным отверстием 6 подпятника 5, и привод 18 с механической передачей 19, выполненной в виде трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей. При этом вал 3 рабочего органа 2 установлен в подшипниковом узле 7 таким образом, что между несущими поверхностями газостатического опорного узла имеется конструктивный зазор 20, а размеры тел 12 вращения и опорных элементов 15 таковы, что между обечайкой 11 и упругим элементом 13 тел 12 вращения имеется зазор с шириной, позволяющей осуществиться взаимодействию обечайки 11 и тел 12 вращения при колебаниях ротора.
Изобретение используют следующим образом.
Включают систему газообеспечения 17, содержащую, например, вентилятор. Поток газа (воздуха) через отверстие 6 подпятника 5 поступает к несущим поверхностям, создавая в зазоре 20 избыточное давление, под действием которого в нем создается воздушная подушка, являющаяся опорой для ротора.
Затем включают привод 18 и посредством механической передачи 19 придают вращение ротору с требуемой для осуществления данного технологического процесса и рабочего органа скоростью.
В качестве рабочего органа 2 установка может содержать любой роторный рабочий орган: центробежный ускоритель ударно-центробежных дробилок и мельниц, рабочий орган других роторных дробилок и мельниц, барабан центрифуг и сепараторов, паровая или газовая турбина, ротор электрогенератора, рабочий орган центробежных литейных машин и центробежных испытательных стендов и другие.
При прохождении резонансных частот вращения, возникающих при разгоне и торможении вращения ротора, а также при режимном дисбалансе, возникающем в рабочем органе 2, ротор приобретает неуравновешенность, вызывающую колебания и динамические нагрузки на опорные узлы в радиальном и угловом направлениях. При этом вращающийся рабочий орган 2 посредством обечайки 11 взаимодействует с кольцеобразным упругим элементом 13 тела 12 вращения, которое соединено посредством оси 14 с опорным элементом 15. Вращаясь вокруг своей оси, тело 12 вращения позволяет воспринимать дополнительному опорному узлу угловые колебания ротора и осуществлять их демпфирование в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, благодаря наличию кольцеобразного упругого элемента 13 и пружины 16.
Благодаря тому, что установка дополнительно содержит упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом 2, колебания ротора упруго ограничены, что позволяет значительно снизить динамические нагрузки на подшипниковый узел 7, упругий опорный элемент 10 опоры, расположенной между рабочим органом 2 и пятой 4, и существенно продлить сроки службы этих узлов.
Таким образом, отличительные признаки позволяют повысить надежность работы вертикальной роторной установки с газостатической опорой.
Источники информации
1. Патент РФ №2183136, В 02 С 13/14, опубл. 10.06.02.
2. Заявка на патент РБ №20010810, В 04 В 3/00, опубл. 30.03.03 (Официальный бюл. №1, 2003 г.).
1. Вертикальная роторная установка с газостатической опорой, содержащая корпус, рабочий орган, установленный на валу, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с валом рабочего органа, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, подшипниковый узел, установленный на валу рабочего органа, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел и корпус и состоящий из подвижного опорного элемента, соединенного с подшипниковым узлом, неподвижного опорного элемента, соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между подвижным и неподвижным опорными элементами, 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, при этом вал рабочего органа установлен в подшипниковом узле таким образом, что между несущими поверхностями имеется зазор, отличающаяся тем, что установка содержит второй 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 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.
