УПРУГОДЕМПФЕРНАЯ ОПОРА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2014 года по МПК F01D25/16 

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругодемпферных опор роторов турбомашин.

Известна упругодемпферная опора ротора турбомашины, содержащая подшипник, установленный на валу, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, при этом разрезная втулка снабжена прорезями, с образованием между ними балочек, направленных параллельно продольной оси вала (RU 2265728 С1, опубл. 10.12.2005).

В известной опоре радиусы скруглений балочек являются концентраторами напряжений, особенно в случае восприятия опорой крутящего момента, направленного по оси двигателя. Такая нагрузка, возникающая при дефекте подшипника опоры ротора в виде подклинки тел качения, передается с ротора на статор, что приводит к мгновенному разрушению опоры.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной упругодемпферной опоры ротора турбомашины, является существенное снижение напряжений в балочках разрезной втулки при возникновении дефекта подшипника опоры ротора в виде подклинки тел качения и, как следствие, повышение надежности и долговечности опоры.

Указанный технический эффект достигается тем, что в упругодемпферной опоре ротора турбомашины, содержащей подшипник, установленный на валу, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, при этом разрезная втулка снабжена прорезями, с образованием между ними балочек, согласно изобретению балочки выполнены наклонными относительно продольной оси опоры и сориентированы со стороны крепления разрезной втулки к статорному элементу в направлении вращения ротора турбомашины.

Такое выполнение устройства позволяет снизить влияние скручивающего разрезную втулку момента и частично перевести его из изгибающей балочки нагрузки в растягивающую, что приводит к существенному снижению напряжений в упругом элементе, в частности в радиусах скруглений балочек.

Предпочтительно угол наклона балочек к оси опоры составляет 10-50°.

При углах наклона балочек разрезной втулки к продольной оси опоры вала менее 10° теряется эффективность снижения напряжений, при углах более 50° возникают сложности в изготовлении разрезной втулки, так как в этом случае прорези в упругом элементе опоры необходимо выполнять слишком узкими.

Предпочтительно выполнение балочек в поперечном сечении квадратной формы.

Выполнение балочек такой формы и такого поперечного сечения (как правило, форма балочек в поперечном сечении имеет прямоугольную форму, в том числе и в прототипе) позволяет дополнительно снизить значения напряжений в местах их концентраций в упругом элементе от действия изгибающего момента, возникающего от эксплуатационных нагрузок, в том числе и при возникновении дефекта подшипника опоры ротора в виде подклинки тел качения, в процессе эксплуатации турбомашины.

На фиг.1 показан продольный разрез упругодемпферной опоры; на фиг.2 - вид А фиг.1.

Упругодемпферная опора ротора турбомашины содержит подшипник 1, установленный на валу 2, статорный элемент 3 и закрепленную на наружном кольце подшипника 1 обечайку 4, соединенную со статорным элементом 3 посредством разрезной втулки 5 и образующую с ним демпфирующую полость 6, ограниченную уплотнениями 7 и 8, при этом разрезная втулка 5 снабжена прорезями 9, с образованием между ними балочек 10, выполненных наклонными относительно продольной оси опоры и сориентированных со стороны крепления разрезной втулки 5 к статорному элементу 3 в направлении вращения вала 2 турбомашины, при этом угол наклона балочек 10 к оси опоры составляет 10-50°, кроме того, балочки в поперечном сечении имеют квадратную форму.

Заявленная опора работает следующим образом.

Во время работы турбомашины в демпфирующую полость 6 подается под давлением масло. При колебаниях вала 2 происходит смещение обечайки 4 относительно статорного элемента 3, и масло перетекает из области с повышенным давлением в область с более низким давлением, вследствие чего происходит демпфирование колебаний вала 2. Максимальная величина смещения обечайки 4 относительно статорного элемента 3 ограничивается радиальными зазорами по уплотнениям 7 и 8 между обечайкой 4 и статорным элементом 3, обеспечивающими допустимые напряжения в разрезной втулке 5.

Упругий элемент 5, выполненный в виде разрезной втулки, введен в конструкцию для получения необходимой жесткости опоры за счет своих геометрических параметров, что позволяет отстроить с рабочих режимов критические частоты вращения вала 2.

В случае увеличения трения в подшипнике 1 или заклинки тел качения возникают дополнительные изгибные и растягивающие напряжения в разрезной втулке 5, которые суммируются с напряжениями, возникающими от действия радиальной и осевой сил, приходящих с вала 2 через подшипник 1. Выполненный описанным выше образом наклон балочек 10 к продольной оси опоры в разы снижает напряжения в упругом элементе 5 от дополнительной нагрузки и, как следствие, увеличивает прочность упругого элемента 5 опоры вала 2 и снижает вероятность его разрушения при возникновении дефектов в подшипнике 1 во время работы турбомашины.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругодемпферных опор роторов турбомашин. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной упругодемпферной опоры ротора турбомашины, является существенное снижение напряжений в балочках разрезной втулки при возникновении дефекта подшипника опоры ротора в виде подклинки тел качения и, как следствие, повышение надежности и долговечности опоры. Указанный технический эффект достигается тем, что в упругодемпферной опоре ротора турбомашины, содержащей подшипник, установленный на валу, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, при этом разрезная втулка снабжена прорезями, с образованием между ними балочек, согласно изобретению балочки выполнены наклонными относительно продольной оси опоры и сориентированы со стороны крепления разрезной втулки к статорному элементу в направлении вращения ротора турбомашины. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Упругодемпферная опора ротора турбомашины, содержащая подшипник, установленный на валу, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединенную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, при этом разрезная втулка снабжена прорезями, с образованием между ними балочек, отличающаяся тем, что балочки выполнены наклонными относительно продольной оси опоры и сориентированы со стороны крепления разрезной втулки к статорному элементу в направлении вращения ротора турбомашины.

2. Упругодемпферная опора ротора турбомашины по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона балочек к оси опоры составляет 10-50°.

3. Упругодемпферная опора ротора турбомашины по пп.1 или 2, отличающаяся тем, что балочки в поперечном сечении выполнены квадратной формы.