ВЕРТИКАЛЬНАЯ РОТОРНАЯ УСТАНОВКА С ОПОРОЙ НА ПОДУШКЕ ИЗ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2006 года по МПК B04B9/12 F16C32/06 

Изобретение относится к роторным установкам с вертикальной осью вращения ротора с газостатическими, газодинамическими, гидростатическими или гидродинамическими опорными узлами рабочего органа и может найти применение в различных областях машиностроения: центробежная техника (дробилки, мельницы, сепараторы, центрифуги, центробежные литейные машины и др.), электроэнергетика (электрогенераторы), турбостроение, станкостроение, двигателестроение и в других установках с роторным рабочим органом на опорной подушке из текучей среды.

Известна вертикальная роторная установка с газостатической опорой, содержащая корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа в виде газостатического опорного узла с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, вращающаяся часть которого соединена с рабочим органом, образуя ротор, а неподвижная часть которого выполнена с центральным отверстием для подвода рабочего тела к несущим поверхностям опорного узла и соединена с корпусом, устройство для подачи газообразного рабочего тела, связанное с центральным отверстием неподвижной части опорного узла, и привод (Патент РФ №2183136, В 02 С 13/14, опубл. 10.06.2002).

Однако известная роторная установка обладает низкой надежностью, т.к. не позволяет предупредить повреждение установки вплоть до выхода ее из строя из-за ударов вращающейся части об неподвижную часть и рабочего органа о корпус, которые могут осуществиться при возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе и при прохождении резонансных частот вращения ротора. Данный недостаток связан с тем, что установка не содержит устройство для защиты ее от аварийных колебаний ротора.

Известна также вертикальная роторная установка с опорой на подушке из текучей среды, содержащая корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого имеет центральное отверстие для подвода текучего рабочего тела к несущим поверхностям и соединен с корпусом, устройство для подачи текучего рабочего тела, связанное с отверстием подпятника, привод с карданной передачей, состоящей из нижнего, среднего и верхнего валов, соединенных с возможностью пересечения осей посредством универсальных шарниров, и устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора, состоящее из источника тока и блока вторичной аппаратуры, при этом подпятник соединен с корпусом через электроизоляционную прокладку, источник тока устройства релейной защиты электрически связан с подпятником, а блок вторичной аппаратуры электрически связан с источником тока и с корпусом (Патент РФ №2241546, В 04 В 9/12, опубл. 10.12.2004).

Однако известная установка не обладает достаточно высокой надежностью работы и не позволяет исключить повреждение опорного узла рабочего органа из-за того, что определение предаварийных колебаний ротора основано на касании и трении пяты о подпятник.

Задача изобретения состоит в повышении надежности работы установки путем исключения повреждения опорного узла рабочего органа за счет достижения определения предаварийных колебаний ротора без использования касания и трения пяты о подпятник.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи путем достижения указанного технического результата вертикальная роторная установка с опорой на подушке из текучей среды, содержащая корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа с несущими поверхностями, в виде части сферы, пята которого соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого имеет центральное отверстие для подвода текучего рабочего тела к несущим поверхностям и соединен с корпусом, устройство для подачи текучего рабочего тела к несущим поверхностям, связанное с отверстием подпятника, привод с карданной передачей, состоящей из нижнего, среднего и верхнего валов, соединенных с возможностью пересечения осей посредством универсальных шарниров, и устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора, состоящее из источника тока, электрически связанного с элементом установки, и блока вторичной аппаратуры, электрически связанного с источником тока и с элементом установки, отличается тем, что содержит узел подобия опорного узла рабочего органа, состоящий из подвижного кольца, закрепленного на верхнем валу карданной передачи, и неподвижного кольца, закрепленного на корпусе через электроизоляционную прокладку и соприкасающегося с подвижным кольцом, при этом соприкасающиеся поверхности колец выполнены в виде сферических поясов, центр кривизны которых совпадает с центром кривизны несущих поверхностей опорного узла, неподвижное кольцо электрически связано с устройством релейной защиты установки, а между несущими поверхностями пяты и подпятника имеется конструктивный зазор, равный 0,1-0,5 мм. Кроме этого, подвижное кольцо закреплено на верхнем валу карданной передачи посредством подшипникового узла.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид вертикальной роторной установки в исходном состоянии, в разрезе; фиг.2 - тоже, что и на фиг.1, но с созданным рабочим зазором между несущими поверхностями опорного узла и с созданным рабочим зазором между кольцами узла подобия опорного узла; фиг.3 - тоже, что и на фиг.2, но с предаварийным колебанием ротора.

Вертикальная роторная установка с опорой на подушке из текучей среды содержит корпус 1, рабочий орган 2, опорный узел рабочего органа 2 с несущими поверхностями в виде части сферы, пята 3 которого соединена с рабочим органом 2, образуя ротор, а подпятник 4 которого имеет центральное отверстие 5 для подвода рабочего тела к несущим поверхностям и соединен с корпусом 1, устройство 6 для подачи рабочего тела, связанное с отверстием 5 подпятника 4, привод, узел подобия опорного узла рабочего органа 2 и устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора, при этом между несущими поверхностями пяты 3 и подпятника 4 имеется конструктивный зазор S₁, равный 0,1-0,5 мм (фиг.1).

Привод содержит электродвигатель 7 и карданную передачу, состоящую из нижнего, среднего и верхнего валов 8, 9, 10, соответственно, соединенных с возможностью пересечения осей посредством универсальных шарниров 11 и 12.

Узел подобия опорного узла рабочего органа 2 содержит подвижное кольцо 13, закрепленное на валу 10, и неподвижное кольцо 14, закрепленное на корпусе 1 через электроизоляционную прокладку 15 и посредством кольцевого кронштейна 16 и соприкасающееся с подвижным кольцом 13, при этом соприкасающиеся поверхности колец 13 и 14 выполнены в виде сферических поясов, центр кривизны которых совпадает с центром О кривизны несущих поверхностей опорного узла рабочего органа 2 (фиг.2). Подвижное кольцо 13 может быть закреплено непосредственно на валу 10 (не показано) или посредством подшипникового узла 17. При закреплении подвижного кольца 13 непосредственно на валу 10 карданной передачи кольца 13 и 14 изготавливают из материалов, не вызывающих задиры соприкасающихся поверхностей при трении на небольших угловых скоростях, на которых вращаются кольца 13 и 14, например сталь-чугун.

Устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора содержит источник 18 тока, электрически связанный линией 19 с выключателем 20 с неподвижным кольцом 14, и блок 21 вторичной аппаратуры, электрически связанный линией 22 с источником 18 тока и линией 23 с корпусом 1. Блок 21 вторичной аппаратуры состоит из электронного реле 24 времени и источника 25 светового сигнала - лампы (и/или источника звукового сигнала, на чертежах не показан).

В качестве текучего рабочего тела могут быть использованы газ, сжатый газ, перегретый пар и диэлектрическая жидкость.

Конкретное выполнение частей устройства для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора может быть следующим:

- источник 18 тока - трансформатор ОСМ - 0,063 220/24 В.

- выключатель 20 - ПЕ,

- электронное реле 24 времени - 3RP 1513 (ФРГ, Сименс).

Конструктивно устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора расположено в блоке управления установкой (не показан).

Изобретение используют следующим образом.

Перед введением установки в рабочее состояние определяют работоспособность устройства релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора. Для этого включают выключатель 20. При работоспособности устройства лампа 25 загорается. В дальнейшем выключатель 20 оставляют включенным.

Для введения установки в рабочее состояние к несущим поверхностям опорного узла через центральное отверстие 5 подпятника 4 с помощью устройства 6 подают текучее рабочее тело. Так как поступление рабочего тела в опорный узел превышает выход из него, то между несущими поверхностями создается избыточное давление. Ротор (рабочий орган 2 и пята 3) «всплывает», увеличивая конструктивный зазор S₁ до рабочей величины, в котором создается опорная подушка из текучей среды, и образуя рабочий зазор S₂ между кольцами 13 и 14 узла подобия опорного узла рабочего органа 2 (фиг.2), величина которого определяется равенством:

S₂=S₁-(0,1÷0,5 мм), где:

S₂ - рабочий зазор между поверхностями колец 13 и 14 узла подобия опорного узла рабочего органа 2, в мм;

S₁ - рабочий зазор между несущими поверхностями опорного узла рабочего органа 2, в мм.

Затем включают электродвигатель 7, который посредством карданной передачи приводит во вращение ротор. Рабочим органом установки может быть ускоритель ударно-центробежных дробилок и мельниц, барабан центрифуг и сепараторов, электрогенератор и другие роторные рабочие органы.

При возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе 2 или при прохождении резонансных частот вращения ротор совершает колебания в радиальном и угловом направлениях (фиг.3). Интенсивные и с высокой амплитудой колебания ротора могут привести к сильным ударам рабочего органа 2 о корпус 1 и ударам несущей поверхностью пяты 3 о несущую поверхность подпятника 4, их значительному повреждению и выходу установки из строя. Вместе с ротором угловые и радиальные смещения осуществляет подвижное кольцо 13. При первых касаниях взаимодействующих поверхностей колец 13 и 14 друг с другом осуществляется электрический контакт. Электрические линии 19 и 23 соединяются и включается электронное реле 24 времени и лампа 25. Если подвижное кольцо 13 закреплено на валу 10 посредством подшипникового узла 17, то трения между соприкасающимися поверхностями колец 13 и 14 не происходит. Благодаря тому, что зазор S₂ между взаимодействующими поверхностями колец 13 и 14 меньше зазора S₁ между несущими поверхностями опорного узла на 0,1-0,5 мм, электронное реле 24 времени блока 21 вторичной аппаратуры срабатывает раньше касания друг с другом несущих поверхностей опорного узла и выдает управляющий сигнал на выключение для исполнительного органа выключателя (не показаны) электродвигателя 7. Таким образом предотвращается касание, трение и удары несущих поверхностей опорного узла, а также рабочего органа 2 о корпус 1 при защите установки от аварийных колебаний ротора.

Электронное реле 24 времени настраивают с учетом технологического процесса, осуществляемого рабочим органом 2. Например, для ударно-центробежной дробилки эти параметры будут следующими: минимальная пауза между касаниями - 0,1 сек (предел регулировки 0,1-5 сек), предельное время касаний - 30 сек (предел регулировки - 20-120 сек). При превышении этих показателей электронное реле 24 времени срабатывает и выдает управляющий сигнал на выключение для исполнительного органа выключателя (не показаны) электродвигателя 7.

При окончании технологического процесса отключают электродвигатель 7, а затем, когда вращение ротора прекращается, отключают устройство 6 для подачи текучего рабочего тела и выключатель 20.

Предложенное решение относится к машиностроению, в частности к роторным установкам с вертикальной осью вращения, и применяется в центробежной технике, электроэнергетике, турбостроении, станкостроении, двигателестроении и других установках. Вертикальная роторная установка содержит узел подобия опорного узла рабочего органа, который состоит из подвижного кольца, закрепленного на верхнем валу карданной передачи, и неподвижного кольца, закрепленного на корпусе через электроизоляционную прокладку и соприкасающегося с подвижным кольцом. Соприкасающиеся поверхности колец выполнены в виде сферических поясов, центр кривизны которых совпадает с центром кривизны несущих поверхностей опорного узла. Неподвижное кольцо электрически связано с устройством релейной защиты установки, а между несущими поверхностями пяты и подпятника имеется конструктивный зазор, равный 0,1-0,5 мм. Данная конструкция установки позволяет повысить ее надежность. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вертикальная роторная установка с опорой на подушке из текучей среды, содержащая корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого имеет центральное отверстие для подвода текучего рабочего тела к несущим поверхностям и соединен с корпусом, устройство для подачи текучего рабочего тела к несущим поверхностям, связанное с отверстием подпятника, привод с карданной передачей, состоящей из нижнего, среднего и верхнего валов, соединенных с возможностью пересечения осей посредством универсальных шарниров, и устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора, состоящее из источника тока, электрически связанного с элементом установки и блока вторичной аппаратуры, электрически связанного с источником тока и с элементом установки, отличающаяся тем, что содержит узел подобия опорного узла рабочего органа, состоящий из подвижного кольца, закрепленного на верхнем валу карданной передачи, и неподвижного кольца, закрепленного на корпусе через электроизоляционную прокладку и соприкасающегося с подвижным кольцом, при этом соприкасающиеся поверхности колец выполнены в виде сферических поясов, центр кривизны которых совпадает с центром кривизны несущих поверхностей опорного узла, неподвижное кольцо электрически связано с устройством релейной защиты установки, а между несущими поверхностями пяты и подпятника имеется конструктивный зазор, равный 0,1-0,5 мм.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подвижное кольцо закреплено на верхнем валу карданной передачи посредством подшипникового узла.