Упругодемпферная опора роторной машины
Владельцы патента RU 2303143:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции упругих опор роторных машин с изменяемой податливостью. Упругодемпферная опора турбомашины содержит подшипник, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость. Статорный элемент и обечайка выполнены с уступами и установлены относительно друг друга с возможностью контактирования по их коническим посадочным поверхностям. Разрезная втулка выполнена с прорезями, наклонными относительно продольной оси опоры. Изобретение позволяет путем изменения осевой нагрузки изменять податливость опоры непосредственно в процессе работы роторной машины, тем самым изменяя амплитудно-частотную характеристику ротора, обеспечивая постоянную работу ротора на некритических частотах его вращения и снижая вибрации роторной машины, а также уменьшить осевые габариты опоры. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции упругих опор роторных машин с изменяемой податливостью.
Известна упругодемпферная опора ротора турбомашины, содержащая подшипник, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, при этом статорный элемент и обечайка выполнены с уступами и установлены относительно друг друга с возможностью контактирования по посадочной поверхности уступов (Патент RU № 2265728, МПК F01D 25/16, 10.12.2005).
В известной опоре обечайка контактирует со статорным элементом по поверхности торцевых уступов в плоскости, перпендикулярной продольной оси ротора. Такая конструкция не позволяет передавать радиальную нагрузку от подшипника на статорный элемент непосредственно через обечайку, а не через разрезную втулку и поэтому не предусматривает возможности директивного изменения податливости опоры, необходимого в случае работы двигателя в области критических частот вращения ротора с целью снижения динамических прогибов роторов и вибрационных нагрузок на опоры.
Кроме того, известная опора имеет существенные габариты в осевом направлении.
Задачей изобретения является снижение вибраций турбомашины путем изменения податливости упругодемпферной опоры при одновременном снижении габаритов опоры.
Задача решается тем, что в упругодемпферной опоре роторной машины, содержащей подшипник, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, причем статорный элемент и обечайка выполнены с уступами и установлены относительно друг друга с возможностью контактирования по посадочным поверхностям уступов, посадочные поверхности уступов выполнены коническими, а разрезная втулка выполнена с прорезями, наклонными относительно продольной оси опоры.
Выполнение посадочных поверхностей уступов обечайки и статорного элемента коническими позволяет осуществить передачу радиальной нагрузки с подшипника на статорный элемент непосредственно через обечайку, минуя разрезную втулку, обеспечивая в случае необходимости возможность изменения податливости опоры непосредственно в процессе работы роторной машины, что позволяет изменить значение критической частоты вращения ротора и снизить вибрации роторной машины при работе в области критических частот вращения ротора.
Выполнение разрезной втулки с прорезями, наклонными относительно продольной оси опоры, обеспечивает работу втулки как пружины в осевом направлении, что при увеличении осевой нагрузки обеспечит контактирование уступов обечайки и статорного элемента по конической поверхности и позволит изменять податливость опоры. Кроме того, это позволяет уменьшить габариты опоры в осевом направлении.
Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 представлена упругодемферная опора (продольный разрез), а на фиг.2 - вид А фиг.1.
Упругодемпферная опора роторной машины содержит шарикоподшипник 1, на наружном кольце которого закреплена обечайка 2, соединенная со статорным элементом 3 посредством разрезной втулки 4. Втулка 4 выполнена с рядом наклонных прорезей 5, образующих балочки 6. Обечайка 2 образует со статорным элементом 3 демпфирующую полость 7, ограниченную уплотнениями 8 и 9. Обечайка 2 и статорный элемент 3 выполнены с уступами 10 и 11 и установлены с возможностью контактирования друг с другом по коническим поверхностям уступов 10 и 11.
Опора работает следующим образом.
При вращении ротора с некритической частотой вращения контакт статорного элемента 3 с обечайкой 2 по коническим поверхностям уступов 10, 11 отсутствует, и радиальная нагрузка с подшипника 1 на статорный элемент 3 передается через разрезную втулку 4.
При достижении частоты вращения ротора значения критической частоты вращения и, как следствие, увеличении вибраций турбомашины изменяют осевую нагрузку, воспринимаемую шарикоподшипником 1. Осевая сила смещает ротор, в результате чего втулка 4, работая как пружина (за счет наклонных прорезей 5 разрезной втулки 4 происходит деформация балочек 6), начинает поджимать поверхность уступа 11 обечайки 2 к поверхности уступа 10 статорного элемента 3. Обечайка 2 и статорный элемент 3 начинают контактировать между собой по поверхностям уступов 10 и 11, и нагрузка с наружного кольца шарикоподшипника 1 начинает передаваться на статорный элемент непосредственно через обечайку 2, минуя разрезную втулку 4. Таким образом, изменяется податливость опоры (опора становится из упругой жесткой). Это приводит к изменению амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ротора и, как результат, к изменению критической частоты вращения ротора.
Когда ротор проходит зону критических частот вращения, осевую нагрузку уменьшают. При этом балочки 6 втулки 4 выпрямляются, и между уступами 10 и 11 образуется зазор, после чего радиальная нагрузка с наружного кольца шарикоподшипника 1 будет передаваться через разрезную втулку 4. Таким образом, податливость опоры увеличится до первоначального значения.
Возможен вариант, когда опора изначально работает как жесткая, т.е. осевая сила обеспечивает контакт статорного элемента 3 с обечайкой 2 по поверхности уступов 10 и 11. В этом случае при достижении ротора значения критической частоты вращения осевую силу уменьшают, что приводит к раззазориванию уступов 10 и 11 и повышению податливости опоры. Аналогично вышеописанному происходит изменение АЧХ ротора и уменьшение вибраций турбомашины.
Изобретение позволяет путем изменения осевой нагрузки изменять податливость опоры непосредственно в процессе работы роторной машины, тем самым изменяя АЧХ ротора, обеспечивая постоянную работу ротора на некритических частотах его вращения и снижая вибрации роторной машины, а также уменьшить осевые габариты опоры.
Упругодемпферная опора турбомашины, содержащая подшипник, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, причем статорный элемент и обечайка выполнены с уступами и установлены относительно друг друга с возможностью контактирования по посадочным поверхностям уступов, отличающаяся тем, что посадочные поверхности уступов выполнены коническими, а разрезная втулка снабжена прорезями, выполненными наклонными относительно продольной оси опоры.
