УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ВРАЩЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО РОТОРА Российский патент 2013 года по МПК F16C7/08 F16C27/08 F16F15/23 

Изобретение относится к машиностроению, к машинам и приборам с высокоскоростными вертикальными роторами, например, к сепараторам, накопителям энергии, а именно к устройствам для стабилизации вращения роторов таких машин и приборов.

Известен демпфер для стабилизации вращения вертикального ротора по Патенту RU №2044936, F16F 9/10, 15/023, 03.07.1992. Ротор с упругой иглой опирается на подпятник подшипника опоры, установленный в верхней части подвижного элемента. Подвижный элемент установлен на шарнире в резервуаре с демпфирующей жидкостью, выполненном в корпусе, и удерживается в вертикальном положении центрирующими пружинами.

Известное устройство эффективно стабилизирует вращение ротора при колебаниях с низкими частотами и с одной из настроенных частот демпфера и не позволяет перекрыть более широкий спектр возможных возмущений.

Наиболее близким к настоящему изобретению, его прототипом, является устройство, содержащее ротор, установленный на опоре верчения, подшипник которой задемпфирован (Патент США №3953088, F16C 23/00, опубликован 27.04.1976). Опора верчения выполнена в виде упругого стержня с закругленным концом, установленным в углублении подпятника, закрепленного на демпфере, погруженном в демпфирующую жидкость. С ротором жестко связан корпус, расположенный между опорой верчения и ротором. Внутри корпуса заполненного демпфирующей жидкостью упруго установлено регулирующее устройство, соединенное с опорой верчения. Корпус, регулирующее устройство и опора верчения выполняются из материала с высокой теплопроводностью или покрываются таким материалом, например, как бронза, медь или серебро.

Известное устройство эффективно стабилизирует вращение ротора и снижает температуру опоры, однако имеет сложную конструкцию и технологию изготовления.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании простой конструкции устройства для автоматической стабилизации вращения вертикального ротора при действии случайных внешних поперечных возмущений.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании простой конструкции устройства для стабилизации вращения высокоскоростного ротора с высокой эффективностью в широком частотном диапазоне без увеличения нагрузки в опоре при устойчивом вращении.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для стабилизации вращения вертикального ротора, включающем ротор, поддерживаемый опорой верчения в виде упругого стержня с закругленным концом, установленным в углублении подпятника, закрепленного на демпфере, погруженном в демпфирующую жидкость, жестко связанный с ротором корпус, расположенный между опорой верчения и ротором, регулирующее устройство, установленное в этом корпусе и соединенное с опорой верчения, регулирующее устройство выполнено в виде одной или нескольких шайб, установленных по внутреннему диаметру на стержень, а по наружному диаметру установленных с зазором к корпусу, и расположенных между шайбами, установленными по наружному диаметру в корпусе, а по внутреннему диаметру установленными с зазором к стержню.

Дополнительно, в устройстве шайбы поджаты в осевом направлении установленной в корпусе пружиной.

Кроме того, в устройстве пружина выполнена винтовой.

Дополнительно, в устройстве пружина выполнена тарельчатой.

Кроме того, в устройстве пружина выполнена кольцевой гофрированной.

Кроме того, в устройстве шайбы покрыты слоем из материала с высокой теплопроводностью или выполнены из такого материала, например из меди, латуни, бронзы или серебра.

Дополнительно, в устройстве корпус покрыт слоем из материала с высокой теплопроводностью или выполнен из такого материала, например из алюминиевого сплава, меди, латуни, бронзы или серебра.

Кроме того, в устройстве зазор шайб, установленных на стержень по внутреннему диаметру, к корпусу по наружному диаметру, примерно равен зазору шайб, установленных в корпусе по наружному диаметру, относительно стержня по внутреннему диаметру.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг.1 показан фронтальный разрез устройства;

на фиг.2 дан вариант выполнения устройства с цилиндрической пружиной;

на фиг.3 показан вариант выполнения устройства с тарельчатой пружиной;

на фиг.4 изображен вариант выполнения устройства с гофрированной кольцевой пружиной;

на фиг.5 изображен вариант выполнения гофрированной кольцевой пружины.

Устройство содержит ротор 1 (показана только нижняя часть ротора), установленный на опоре верчения в виде упругого стержня 2, верхний конец которого закреплен в жестко связанном с ротором 1 хвостовике 3, а нижний конец с закруглением 4, помещен в углубление 5, выполненное в подпятнике 6. Подпятник 6 зареплен на демпфере 7 (показана только верхняя часть демпфера), погруженном в демпфирующую жидкость 8. На хвостовике 3 закреплен корпус 9, расположенный между опорой верчения и ротором 1. В корпусе 9 установлено регулирующее устройство в виде набора чередующихся между собой шайб: шайбы 10 установлены по внутреннему диаметру на стержень 2 и имеют зазор δ₁ к корпусу по наружному диаметру; шайбы 11 установлены по наружному диаметру в корпусе 9 и имеют зазор δ₂ по внутреннему диаметру к стержню 2.

Зазор δ₁ шайб 10, установленных по центральному отверстию на стержне 2, к корпусу 9 по наружному диаметру, примерно равен зазору δ₂ шайб 11, установленными по наружному диаметру в корпусе 9, к стержню 2 по центральному отверстию, так что выполняется условие δ₁=δ₂.

В варианте выполнения (фиг.2) устройство снабжено цилиндрической пружиной 12, которая установлена внутри корпуса 9 и сжимает пакет шайб в осевом направлении.

В варианте выполнения (фиг.3) устройство снабжено тарельчатой пружиной 13, которая установлена внутри корпуса 9 между торцом хвостовика 3 и верхней шайбой 11 и сжимает пакет шайб в осевом направлении.

В варианте выполнения (фиг.4) устройство снабжено кольцевой гофрированной пружиной 14, которая установлена внутри корпуса 9 торцом хвостовика 3 и верхней шайбой 11 и сжимает пакет шайб в осевом направлении. Кольцевая гофрированная пружина 14 (фиг.5) выполнена в виде кольца с несколькими упругими гофрами 15, расположенными в тангенциальном направлении вдоль окружности кольца и создает упругую силу при ее осевом поджатии.

Шайбы 10 и 11 могут быть выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, латуни, бронзы или серебра.

Корпус 9 также может быть выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из алюминиевого сплава, меди, латуни, бронзы или серебра.

Работа устройства происходит следующим образом.

При вращении отбалансированного ротора 1, когда на него не действуют никакие возмущающие силы, упругий стержень 2 остается прямолинейным и не взаимодействует с шайбами 10. В этом случае вращение ротора происходит так же, как и при отсутствии шайб 10 и 11.

При вращении ротора 1 при наличии небалансов под их действием упругий стержень 2 прогибается в плоскости действия результирующего небаланса на величину, соответствующую силе действия небаланса, и перемещает установленные на нем шайбы 10 относительно установленных в корпусе 9 шайб 11 в соответствии с линией изгиба стержня 10. При этом демпфирующая жидкость 8 (обычно - масло), которая поднимается по упругому стержню при его вращении и заполняет зазоры между шайбами 10 и корпусом 9, перетекает из уменьшившихся с одной стороны в плоскости изгиба упругого стержня 2 зазоров между шайбами 10 и корпусом 9 в увеличившиеся зазоры с другой стороны. Поскольку изгиб упругого стержня 2 при небалансе ротора 1 происходит достаточно медленно при разгоне ротора, то и перетекание мала в зазорах происходит почти с нулевой скоростью и демпфирующие силы от такого перемещения шайб 10 относительно корпуса 9 незначительны. При этом радиальная нагрузка в опоре с регулирующим устройством не превышает радиальной нагрузки в опоре без регулирующего устройства.

При возникновении колебаний ротора 1 при вращении от действия случайных возмущений упругий стержень 2 изгибается с частотой, отличной от частоты вращения ротора 1, а установленные на стержне шайбы 10 совершают круговые движения относительно корпуса 9. Демпфирующая жидкость в зазорах между шайбами 10 и корпусом 9 перетекает с частотой изгиба упругого стержня относительно ротора, создавая значительные демпфирующие силы. Возникающие демпфирующие силы при перемещении шайб 10 относительно корпуса 9 и шайб 11 уменьшают амплитуду колебаний ротора и стабилизируют его вращение. Поскольку масса шайб 10 и демпфирующей жидкости в корпусе 9 незначительна, устройство сохраняет высокую эффективность в широком частотном диапазоне.

Если установленные на гибком стержне 2 шайбы 10 и установленные в корпусе шайбы 11 покрыты по части наружной поверхности материалом с высокой теплопроводностью или выполнены из такого материала, например из меди, латуни, бронзы или серебра, они эффективно отводят тепло с конца упругого стержня 2 на корпус 9, снижая температуру в опорной паре подшипника верчения и повышают его работоспособность.

Для улучшения этого процесса корпус 9 также частично покрывают слоем из материала с высокой теплопроводностью или выполняют из такого материала, например из алюминиевых сплавов, из меди, латуни, бронзы или серебра.

При выполнении зазоров δ₁ шайб 10, установленных по центральному отверстию на стержне 2, к корпусу 9 по наружному диаметру, равными по величине зазорам δ₂ шайб 11, установленными по наружному диаметру в корпусе 9, к стержню 2 по центральному отверстию обеспечивается максимально возможная величина изгиба конца стержня 2 в различных режимах работы ротора и эффективное гашение его колебаний во всем диапазоне возможных амплитуд.

Изобретение относится к устройствам для стабилизации вращения высокоскоростных вертикальных роторов сепараторов, центрифуг, накопителей энергии. Устройство включает ротор (1), поддерживаемый опорой верчения в виде упругого стержня (2) с закругленным концом, установленным в углублении подпятника (6), закрепленного на демпфере (7), погруженном в демпфирующую жидкость (8), жестко связанный с ротором (1) корпус (9), расположенный между опорой верчения и ротором (1), регулирующее устройство, установленное в корпусе (9) и соединенное с опорой верчения. Регулирующее устройство выполнено в виде одной или набора чередующихся между собой шайб (10; 11). Шайбы (10) установлены по внутреннему диаметру на стержень (2) и имеют зазор (δ₁) к корпусу (9) по наружному диаметру. Шайбы (11) установлены по наружному диаметру в корпусе (9) и имеют зазор (δ₂) по внутреннему диаметру к стержню (2). Шайбы (10; 11) в устройстве поджаты в осевом направлении установленной в корпусе (9) пружиной. Технический результат - создание простой конструкции устройства для стабилизации вращения высокоскоростного ротора с высокой эффективностью в широком частотном диапазоне без увеличения нагрузки в опоре при устойчивом вращении. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для стабилизации вращения вертикального ротора, включающее ротор, поддерживаемый опорой верчения в виде упругого стержня с закругленным концом, установленным в углублении подпятника, закрепленного на демпфере, погруженном в демпфирующую жидкость, жестко связанный с ротором корпус, расположенный между опорой верчения и ротором, регулирующее устройство, установленное в этом корпусе и соединенное с опорой верчения, отличающееся тем, что регулирующее устройство выполнено в виде одной или нескольких шайб, установленных по внутреннему диаметру на стержень, а по наружному диаметру установленных с зазором к корпусу и расположенных между шайбами, установленными по наружному диаметру в корпусе, а по внутреннему диаметру установленными с зазором к стержню.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шайбы поджаты в осевом направлении установленной в корпусе пружиной.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пружина выполнена винтовой.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пружина выполнена тарельчатой.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пружина выполнена кольцевой гофрированной.

6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что упругий стержень частично покрыт слоем из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, латуни, бронзы или серебра.

7. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что шайбы покрыты слоем из материала с высокой теплопроводностью или выполнены из такого материала, например из меди, латуни, бронзы или серебра.

8. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что корпус покрыт слоем из материала с высокой теплопроводностью или выполнен из такого материала, например из алюминиевого сплава, меди, латуни, бронзы или серебра.

9. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что зазор шайб, установленных на стержень по внутреннему диаметру, к корпусу по наружному диаметру, примерно, равен зазору шайб, установленных в корпусе по наружному диаметру, относительно стержня по внутреннему диаметру.