ДЕМПФЕР Российский патент 2007 года по МПК F16F5/00 F16F15/23 

Изобретение относится к машиностроению, к устройствам подавления механических колебаний роторных систем, и может быть использовано в качестве элемента демпфирующей нижней опоры быстровращающихся машин и приборов с вертикальной осью вращения, например, в накопителях энергии, ультрацентрифугах.

Совершенствование центрифужных технологий неразрывно связано с ростом значений рабочих скоростей вращения роторов и увеличением числа их звеньев, что предполагает вращение роторов в закритической области. Следствием этих тенденций является появление дополнительных зон неустойчивости вращающегося ротора, которые характеризуются сложными совместными колебаниями его элементов одновременно и в радиальном и в аксиальном направлениях. Последнее обстоятельство приводит к увеличению ширины эксплуатационного частотного диапазона, внутри которого могут проявиться все свойственные данной системе проблемы с устойчивостью и, как следствие, к невозможности справиться с этими проблемами при помощи демпфирующих устройств, имеющих ограниченное количество собственных реализуемых степеней свободы.

Известен демпфер ротора центрифуги [патент RU 2044936, F16F 9/10, 15/023, 03.07.1992], состоящий из подвижного цилиндра с подшипником для опирания ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый нижней частью в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью. Демпфирование осуществляется за счет перемещения жидкости в зазоре между корпусом и цилиндром. Конструкция описанного демпфера позволяет подавлять низкочастотные радиальные колебания ротора при прохождении им «пусковых» частот и прецессионные колебания на рабочей скорости вращения.

Недостаток известной конструкции состоит в том, что конструкция демпфера обеспечивает демпфирование только в радиальном направлении и только в двух зонах частот, что не приемлемо для подавления колебаний многочастотных роторных систем.

Известен также демпфер для высокоскоростных роторов [патент ФРГ 2337190, F16F 15/02, 21.07.1973], состоящий из подвижного цилиндра в виде двухстороннего стакана, опертого нижней стороной дна на пружину, установленную в корпусе опоры, заполненном демпфирующей жидкостью и имеющим внутренний ответный стакан меньшего диаметра, с подшипником для опирания ротора, смонтированным в дне стакана, с его верхней стороны. Демпфирование осуществляется за счет перемещения жидкости в зазорах между стенками корпуса, стакана и цилиндра. Конструкция описанного демпфера позволяет проходить через 2-3 «критических» скорости при разгоне ротора до его рабочей скорости вращения.

Недостаток известной конструкции состоит в том, что, несмотря на упругое опирание подвижного стакана демпфера и расширенный частотный диапазон демпфера, демпфирование осуществляется в нем только в радиальном направлении, что не обеспечивает подавления сложных (радиальных и аксиальных) колебаний многочастотных роторных систем.

Настоящее изобретение направлено на увеличение общей эффективности демпфирования и расширение частотного диапазона эффективного демпфирования в радиальном направлении, и на реализацию дополнительного демпфирования в аксиальном направлении.

Это решается за счет того, что в демпфере, содержащем корпус, установленный в его полости, заполненной демпфирующей жидкостью, основной подвижный элемент в виде тела вращения, снабженный дополнительным демпфирующим элементом и шарнирно опертый своей нижней частью через опорную иглу и подпятник на упругий элемент, центрирующие пружины, закрепленные в верхней части основного подвижного элемента, подшипник для опирания ротора, дополнительный демпфирующий элемент расположен с демпфирующими зазорами в кольцевой проточке корпуса и охватывает основной подвижный элемент, и присоединен к основному подвижному элементу через упругий подвес, вертикальное расположение которого определено настройкой демпфера по частоте.

Кроме того, дополнительный демпфирующий элемент может быть выполнен в виде втулки.

Кроме того, дополнительный демпфирующий элемент может быть выполнен в виде нескольких концентрических втулок, вертикальное расположение которых определено одной настройкой демпфера по частоте, при этом упругий подвес закреплен к основному подвижному элементу в одной горизонтальной плоскости.

Кроме того, дополнительный демпфирующий элемент может быть выполнен в виде нескольких концентрических втулок, вертикальное расположение которых определено разными настройками демпфера по частоте, при этом упругий подвес закреплен к основному подвижному элементу в разных горизонтальных плоскостях.

Кроме того, дополнительный демпфирующий элемент может быть выполнен в виде нескольких втулок, вертикально разнесенных друг по отношению к другу, вертикальное расположение которых определено разными настройками демпфера по частоте.

Кроме того, упругий подвес может быть выполнен в виде диска.

Кроме того, в диске могут быть выполнены отверстия.

Кроме того, упругий подвес может быть выполнен в виде спиц.

Кроме того, упругий подвес может быть выполнен в виде гофра.

Кроме того, упругий подвес может быть выполнен в виде скоб.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 - вертикальный разрез демпфера;

фиг.2 - вертикальный разрез демпфера с несколькими концентрическими втулками, с креплением упругих подвесов к основному подвижному элементу в одной горизонтальной плоскости;

фиг.3 - вертикальный разрез демпфера с несколькими концентрическими втулками, с креплением упругих подвесов к основному подвижному элементу в разных горизонтальных плоскостях;

фиг.4 - вертикальный разрез демпфера с несколькими втулками, вертикально разнесенных друг по отношению к другу;

фиг.5 - вертикальный разрез демпфера с упругим подвесом в виде диска с отверстиями;

фиг.6 - горизонтальный разрез демпфера с упругим подвесом в виде спиц;

фиг.7 - вертикальный разрез демпфера с упругим подвесом в виде гофра;

фиг.8 - горизонтальный разрез демпфера с упругим подвесом в виде скоб;

фиг.9 - вертикальный разрез демпфера с упругим подвесом в виде скоб.

Демпфер содержит корпус 1, основной подвижный элемент 2 в виде тела вращения, установленный в полости 3 корпуса 1, заполненной демпфирующей жидкостью 4, подшипник 5 для опирания ротора 6, центрирующие пружины 7, закрепленные в верхней части основного подвижного элемента 2, который шарнирно оперт своей нижней частью через опорную иглу 8 и подпятник 9 на упругий элемент 10, допускающий перемещение в осевом направлении и обеспечивающий жесткую центровку в радиальном направлении. В корпусе 1 выполнена, по крайней мере, одна кольцевая проточка 11, в которую с демпфирующими зазорами 12 с корпусом 1 и демпфирующими зазорами 13 с основным подвижным элементом 2 помещен один дополнительный демпфирующий элемент 14, присоединенный к основному подвижному элементу 2 через упругий подвес 15, вертикальное расположение которого определено его минимальным изгибом при вынужденных колебаниях основного подвижного элемента 2 и дополнительного демпфирующего элемента 14 в радиальном направлении при заданном гармоническом усилии на подшипник 5 от ротора 6 в горизонтальной плоскости.

Дополнительный демпфирующий элемент 14 может быть выполнен в виде втулки.

Дополнительный демпфирующий элемент может быть выполнен в виде нескольких концентрических втулок 14, 16 в кольцевой проточке 11 корпуса 1 с креплением упругих подвесов 15, 17 к основному подвижному элементу 2 в одной горизонтальной плоскости, положение которой определено минимальным изгибом упругих подвесов 15, 17 при одном гармоническом усилии на подшипник 5 от ротора 6 в горизонтальной плоскости, с демпфирующими зазорами 12, 13, 18 по отношению к корпусу 1, основному подвижному элементу 2 и друг к другу соответственно.

Дополнительный демпфирующий элемент может быть выполнен в виде нескольких концентрических втулок 14, 16 в кольцевой проточке 11 корпуса 1 с креплением упругих подвесов 15, 17 к основному подвижному элементу 2 в разных горизонтальных плоскостях, положения которых определены минимальным изгибом упругих подвесов 15, 17 в отдельности для разных гармонических усилий на подшипник 5 от ротора 6 в горизонтальной плоскости, с демпфирующими зазорами 12, 13, 18 по отношению к корпусу 1, основному подвижному элементу 2 и друг к другу соответственно.

Дополнительный демпфирующий элемент может быть выполнен в виде нескольких втулок 14, 19, каждая в своей кольцевой проточке 11, 20 корпуса 1 с демпфирующими зазорами 12, 21 с корпусом 1 и демпфирующими зазорами 13, 22 с основным подвижным элементом 2 с креплением упругих подвесов 15, 23 к основному подвижному элементу 2 в разных горизонтальных плоскостях, положения которых определены минимальным изгибом упругих подвесов 15, 23 в отдельности для разных гармонических усилий на подшипник 5 от ротора 6 в горизонтальной плоскости.

Упругий подвес 15 может быть выполнен в виде диска.

Упругий подвес может быть выполнен в виде диска с отверстиями 24.

Упругий подвес может быть выполнен в виде спиц 25.

Упругий подвес может быть выполнен в виде гофра 26.

Упругий подвес может быть выполнен в виде скоб 27.

Работа демпфера происходит следующим образом.

При приведении ротора 6 во вращение на различных скоростях вращения могут возникать его радиальные и аксиальные колебания. При этом ротор 6 через подшипник 5 приводит в радиальное или аксиальное колебательное движение основной подвижный элемент демпфера 2. Связанный с ним дополнительный демпфирующий элемент 14 также приходит в радиальное или аксиальное колебательное движение. Таким образом, перемещаясь совместно в полости 3 и кольцевой проточке 11, заполненной демпфирующей жидкостью 4, оба подвижных элемента осуществляют демпфирование как в радиальном, так и в аксиальном направлении.

При собственных колебаниях ротора 6 в радиальном направлении с частотами, близкими к частоте настройки демпфера, которая обеспечивается настройкой дополнительного элемента 14, возникает гармоническое усилие на подшипнике 5, при котором на упругом подвесе 15 усилие минимально, т.е. дополнительный демпфирующий элемент 14 перемещается с минимальным запаздыванием относительно основного подвижного элемента 2 по всем обобщенным координатам. В результате чего при данном гармоническом усилии дополнительный демпфирующий элемент 14, основной подвижный элемент 2 и демпфирующая жидкость 4 в демпфирующем зазоре 13 могут рассматриваться как одно твердое тело, работа сил диссипации увеличивается, что приводит к повышению эффективности демпфирования на частотах, близких к частоте настройки демпфера, которая обеспечивается настройкой дополнительного элемента 14.

При собственных колебаниях ротора 6 в радиальном направлении с частотами, не совпадающими с частотой настройки демпфера, которая обеспечивается настройкой дополнительного элемента 14, на основном подвижном элементе 2 возникает дополнительное упругое усилие через упругий подвес 15, которое увеличивает частоту настройки основного подвижного элемента 2, что позволяет расширить диапазон частот эффективной работы демпфера.

Дополнительные демпфирующие элементы 14, 16, 19 также являются дополнительными динамическими гасителями колебаний как в радиальном, так и в аксиальном направлениях со своей собственной настройкой.

При реализации дополнительного демпфирующего элемента в виде нескольких дополнительных колебательных контуров возможны следующие варианты:

- нескольких концентрических втулок 14, 16 в кольцевой проточке 11 корпуса 1 с креплением упругих подвесов 15, 17 к основному подвижному элементу 2 в одной горизонтальной плоскости, положение которой определено минимальным изгибом упругих подвесов 15, 17 при одном гармоническом усилии на подшипник 5 от ротора 6 в горизонтальной плоскости, с демпфирующими зазорами 12, 13, 18 по отношению к корпусу 1, основному подвижному элементу 2 и друг к другу соответственно;

- нескольких концентрических втулок 14, 16 в кольцевой проточке 11 корпуса 1 с креплением упругих подвесов 15, 17 к основному подвижному элементу 2 в разных горизонтальных плоскостях, положения которых определены минимальным изгибом упругих подвесов 15, 17 в отдельности для разных гармонических усилий на подшипник 5 от ротора 6 в горизонтальной плоскости, с демпфирующими зазорами 12, 13, 18 по отношению к корпусу 1, основному подвижному элементу 2 и друг к другу соответственно;

- нескольких втулок 14, 19, каждая в своей кольцевой проточке 11, 20 корпуса 1 с демпфирующими зазорами 12, 21 с корпусом 1 и демпфирующими зазорами 13, 22 с основным подвижным элементом 2 с креплением упругих подвесов 15, 23 к основному подвижному элементу 2 в разных горизонтальных плоскостях, положения которых определены минимальным изгибом упругих подвесов 15, 23 в отдельности для разных гармонических усилий на подшипник 5 от ротора 6 в горизонтальной плоскости.

При использовании нескольких втулок, различно расположенных или закрепленных друг относительно друга, принцип работы демпфера остается тот же.

Введение в конструкцию дополнительного демпфирующего элемента позволило увеличить общую эффективность демпфирования, расширить частотный диапазон эффективного демпфирования в радиальном направлении и реализовать дополнительное демпфирование в аксиальном направлении, обеспечивая подавление сложных колебаний многочастотных роторных систем.

Изобретение относится к машиностроению, к устройствам подавления механических колебаний роторных систем. Демпфер содержит корпус, установленный в его полости, заполненной демпфирующей жидкостью, основной подвижный элемент. Основной подвижный элемент выполнен в виде тела вращения, снабжен дополнительным демпфирующим элементом и шарнирно оперт своей нижней частью через опорную иглу и подпятник на упругий элемент. Центрирующие пружины закреплены в верхней части основного подвижного элемента. Дополнительный демпфирующий элемент расположен с демпфирующими зазорами в кольцевой проточке корпуса и охватывает основной подвижный элемент, и присоединен к основному подвижному элементу через упругий подвес, вертикальное расположение которого определено настройкой демпфера по частоте. Достигается увеличение общей эффективности демпфирования и расширение частотного диапазона эффективного демпфирования в радиальном направлении, и реализация дополнительного демпфирования в аксиальном направлении. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Демпфер, содержащий корпус, установленный в его полости, заполненной демпфирующей жидкостью, основной подвижный элемент в виде тела вращения, снабженный дополнительным демпфирующим элементом и шарнирно опертый своей нижней частью через опорную иглу и подпятник на упругий элемент, центрирующие пружины, закрепленные в верхней части основного подвижного элемента, подшипник для опирания ротора, отличающийся тем, что дополнительный демпфирующий элемент, расположенный с демпфирующими зазорами в кольцевой проточке корпуса и охватывающий основной подвижный элемент, присоединен к основному подвижному элементу через упругий подвес, вертикальное расположение которого определено настройкой демпфера по частоте.2. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что дополнительный демпфирующий элемент выполнен в виде втулки.3. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что дополнительный демпфирующий элемент выполнен в виде нескольких концентрических втулок, вертикальное расположение которых определено одной настройкой демпфера по частоте, при этом упругий подвес закреплен к основному подвижному элементу в одной горизонтальной плоскости.4. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что дополнительный демпфирующий элемент выполнен в виде нескольких концентрических втулок, вертикальное расположение которых определено разными настройками демпфера по частоте, при этом упругий подвес закреплен к основному подвижному элементу в разных горизонтальных плоскостях.5. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что дополнительный демпфирующий элемент выполнен в виде нескольких втулок, вертикально разнесенных по отношению друг к другу, вертикальное расположение которых определено разными настройками демпфера по частоте.6. Демпфер по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что упругий подвес выполнен в виде диска.7. Демпфер по п.6, отличающийся тем, что в диске выполнены отверстия.8. Демпфер по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что упругий подвес выполнен в виде спиц.9. Демпфер по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что упругий подвес выполнен в виде гофра.10. Демпфер по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что упругий подвес выполнен в виде скоб.