Центробежная установка с газостатическим опорным узлом Российский патент 2004 года по МПК B02C13/14 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к центробежным установкам с вертикальным ротором (дробилки, мельницы, центрифуги различного назначения, центробежные испытательные стенды), и может быть использовано для осуществления центробежных технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность ротора.

Известна центробежная установка с газостатическим опорным узлом (центрифуга), содержащая корпус, рабочий орган, установленный внутри корпуса, газостатический вертикальный опорный узел с полусферическими несущими поверхностями, пята которого соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник (статор) которого имеет отверстия для подвода и отвода газа, систему газообеспечения на основе компрессора, 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 центробежная установка обладает низкой надежностью и не позволяет добиться значительного снижения динамических воздействий ротора на опорный узел и фундамент установки при осуществлении центробежных 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 центробежная установка с газостатическим опорным узлом, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого беззазорно соединена с рабочим органом, образуя ротор, и имеет центр кривизны несущих поверхностей выше центра масс ротора, а подпятник выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, содержащую, по крайней мере, один вентилятор в качестве устройства для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного 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 центробежная установка обладает недостаточно высокой надежностью из-за возникающей динамической неуравновешенности ротора при осуществлении высокоинтенсивных центробежных технологических процессов и на резонансных частотах вращения ротора, что может привести к трению рабочего органа о корпус и выходу его из строя. Эти недостатки связаны с низкой радиальной и угловой устойчивостью ротора, вызванной отсутствием радиальной опоры, и с тем, что геометрические характеристики установки не оптимизированы с учетом расположения центра кривизны несущей поверхности пяты. Кроме этого, в известной установке возможно падение ротора на подпятник при аварийном отключении газостатического опорного узла.

Задача изобретения состоит в повышении надежности работы установки путем исключения трения рабочего органа о корпус при осуществлении высокоинтенсивных центробежных технологических процессов и на резонансных частотах вращения ротора за счет повышения радиальной и угловой устойчивости ротора, оптимизации геометрических характеристик установки и в обеспечении предотвращения падения ротора на подпятник при аварийном отключении газостатического опорного узла.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи в центробежной установке с газостатическим опорным узлом, содержащей корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого объединена с рабочим органом, образуя ротор, и имеет центр кривизны несущей поверхности выше центра масс ротора, а подпятник выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, содержащую, по крайней мере, одно устройство для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного 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, отличием является то, что установка дополнительно содержит вертикальный вал, установленный в роторе между рабочим органом и пятой, и радиальное опорное устройство, связывающее ротор с корпусом и содержащее подшипниковый узел, установленный на вертикальном валу, и упругий опорный узел, состоящий из верхнего опорного основания, жестко соединенного с подшипниковым узлом, нижнего опорного основания, жестко соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между опорными основаниями, при этом пята установлена на валу с образованием зазора между несущими поверхностями, а расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и центром масс ротора определяется уравнением, м:

А = (0,2 - 0,8) R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и большим основанием пяты определяется уравнением, м:

Н = (0,25 - 0,6) R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и соединением двух верхних валов механической передачи определяется уравнением, м:

H₁ =(0,1-1,0) R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и плоскостью, в которой взаимодействуют верхнее опорное основание и упругий опорный элемент, определяется отношением, м:

Н₂ ≤ 0,5 R,

где R - радиус несущей поверхности пяты, м.

Изобретение поясняется чертежом - общий вид установки в разрезе.

Центробежная установка с газостатическим опорным узлом содержит корпус 1, рабочий орган 2 на вертикальном валу 3, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята 4 которого соединена с валом 3, а подпятник 5 выполнен с центральным отверстием 6 для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения (на чертеже не показана), связанную с центральным отверстием 6 подпятника 5, радиальное опорное устройство, связывающее ротор, состоящий из рабочего органа 2, вертикального вала 3 и пяты 4, с корпусом 1 и привод 7 с механической передачей 8.

Радиальное опорное устройство содержит подшипниковый узел 9, установленный на вертикальном валу 3, и упругий опорный узел, состоящий из верхнего опорного основания 10, жестко соединенного с подшипниковым узлом 9, нижнего опорного основания 11, жестко соединенного с корпусом 1, и упругого опорного элемента 12, расположенного между опорными основаниями 10 и 11.

Механическая передача 8 состоит из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим.

Пята 4 установлена на валу 3 с образованием зазора 13 между несущими поверхностями и имеет радиус R несущей поверхности, обеспечивающий расположение центра Or кривизны выше центра Cm масс ротора.

Система газообеспечения содержит, по крайней мере, одно устройство для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного.

При этом:

- расстояние между центром Or кривизны несущей поверхности пяты 4 и центром Cm масс ротора определяется уравнением, в м:

А = (0,2- 0,8) R, (1)

- расстояние между центром Or кривизны несущей поверхности пяты 4 и ее большим основанием определяется уравнением, в м:

Н = (0,25 - 0,6) R, (2)

- расстояние между центром Or кривизны несущей поверхности пяты 4 и соединением двух верхних валов механической передачи 8 определяется уравнением, в м:

H₁ =(0,1-1,0) R, (3)

- расстояние между Or и плоскостью, в которой взаимодействуют верхнее опорное основание 10 и упругий опорный элемент 12, определяется отношением, в м:

Н₂ ≤ 0,5R, (4)

где R - радиус несущей поверхности пяты 4, м.

Геометрические характеристики по уравнению (1) обеспечивают высокую устойчивость ротору, особенно при максимальном значении. По уравнению (2) обеспечивается угловая устойчивость ротора. По уравнению (3) обеспечиваются минимальные нагрузки на радиальный опорный узел, особенно при минимальном значении. По отношению (4) обеспечиваются минимальные нагрузки на механическую передачу 8.

Изобретение работает следующим образом.

Включают систему газообеспечения, содержащую, например, в качестве устройства для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного вентилятор, соединенный с отверстием 6 подпятника 5. Рабочее тело через отверстие 6 поступает в зазор 13 между несущими поверхностями и создает избыточное давление, под действием которого ротор установки приподнимается, а в зазоре 13 создается опорная воздушная подушка.

Затем включают привод 7 (электродвигатель) с механической передачей 8 и придают вращение ротору с требуемой скоростью.

При вращении ротора в рабочем органе 2 возникает поле центробежных сил, посредством которого осуществляют различные центробежные технологические процессы: ускорение дробимого материала в ускорителях ударно-центробежных дробилок и мельниц, разделение, смешивание, сушка, пропитка, очистка и т. п. процессы в рабочих органах центрифуг и сепараторов, испытание деталей на центробежных испытательных стендах, центробежное литье в центробежных литейных машинах.

При прохождении резонансных частот, возникающих при разгоне и торможении скорости вращения ротора, а также при динамической неуравновешенности, возникающей в рабочем органе 2, ротор начинает совершать радиальные и угловые колебания с большой амплитудой. Благодаря тому, что установка дополнительно содержит радиальный опорный узел, соединяющий ротор с корпусом 1, а ротор выполнен с оптимизированными геометрическими характеристиками обеспечивается высокая радиальная и угловая устойчивость ротора и, соответственно, повышается надежность работы установки за счет предотвращения трения рабочего органа 2 о корпус 1 и пяты 4 о подпятник 5.

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.

Изобретение предназначено для осуществления технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность ротора. Установка содержит корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с валом, а подпятник выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, радиальное опорное устройство, содержащее подшипниковый узел и упругий опорный узел, состоящий из верхнего опорного основания, жестко соединенного с подшипниковым узлом, нижнего опорного основания, жестко соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между опорными основаниями. Механическая передача состоит из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим. Пята установлена с образованием зазора между несущими поверхностями и имеет радиус несущей поверхности, обеспечивающий расположение центра кривизны выше центра масс ротора. Изобретение позволяет повысить надежность работы установки. 1 ил.

Центробежная установка с газостатическим опорным узлом, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого объединена с рабочим органом, образуя ротор, и имеет центр кривизны несущей поверхности выше центра масс ротора, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, содержащую, по крайней мере, одно устройство для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного 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, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит вертикальный вал, установленный в роторе между рабочим органом и пятой, и радиальное опорное устройство, связывающее ротор с корпусом и содержащее подшипниковый узел, установленный на вертикальном валу, и упругий опорный узел, состоящий из верхнего опорного основания, жестко соединенного с подшипниковым узлом, нижнего опорного основания, жестко соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между опорными основаниями, при этом пята установлена на валу с образованием зазора между несущими поверхностями, а расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и центром масс ротора определяется уравнением, м

А = (0,2 - 0,8)R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и большим основанием пяты определяется уравнением, м

Н = (0,25 - 0,6)R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и соединением двух верхних валов механической передачи определяется уравнением, м

H₁=(0,1-1,0)R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и плоскостью, в которой взаимодействуют верхнее опорное основание и упругий опорный элемент, определяется отношением, м

Н₂ ≤ 0,5R,

где R - радиус несущей поверхности пяты.