ДЕМПФИРУЮЩИЙ УЗЕЛ Российский патент 2015 года по МПК F16F9/10 F16C27/08 

,Изобретение относится к машиностроению, к устройствам подавления механических колебаний роторных систем и может быть использовано в роторах быстровращающихся машин и приборов.

Известен демпфирующий узел быстровращающегося вертикального ротора (патент РФ 2044937 C1, F16F 9/10, 15/023 опубл. 27.09.1995.), который включает основной демпфер, содержащий элемент с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий демпфирующий цилиндр с корректирующим кольцом. Демпфирующий цилиндр выполнен ступенчатой формы, нижняя часть которого имеет больший диаметр и свободно установлена в полости с демпфирующей жидкостью, а в верхней части меньшего диаметра установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры. На нижнем конце демпфирующего цилиндра выполнен участок конической формы.

Известен демпфирующий узел быстровращающегося вертикального ротора (патент РФ 2292499 С1, F16F 15/023, опубл. 27.01.2007), который включает основной демпфер, содержащий подвижный элемент с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий демпфирующий цилиндр с корректирующим кольцом. Демпфирующий цилиндр выполнен ступенчатой формы, нижняя часть которого имеет больший диаметр и свободно установлена в полости с демпфирующей жидкостью, а в верхней части меньшего диаметра установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры. Демпфирующий цилиндр подвешен в полости на дополнительных центрирующих пружинах, закрепленных за верхнюю часть меньшего диаметра, и имеет кольцевой радиальный выступ на наружной поверхности нижней части.

Известные конструкции демпфирующего узла не обеспечивают достаточно стабильного и эффективного демпфирования собственных частот колебания ротора, колебания ротора с повышенным небалансным состоянием и колебания ротора в аварийном режиме.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить достаточно стабильное и эффективное демпфирование собственных частот колебания ротора, колебания ротора с повышенным небалансным состоянием и колебания ротора в аварийном режиме.

Технический результат изобретения - создание простой конструкции демпфера, обеспечивающей надежное и эффективное демпфирование колебаний ротора при больших амплитудах его перемещений и сильных взаимодействиях.

Данная задача решается за счет того, что демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы включает корпус, основной демпфер, содержащий подвижный элемент в виде цилиндра с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра помещена в полость с демпфирующей жидкостью, и наружный демпфирующий цилиндр, расположенный в полости с демпфирующей жидкостью, при этом внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы и наружный демпфирующий цилиндр соединены гибким элементом в виде плоской металлической мембраны.

Кроме того, жесткость гибкого элемента обеспечивает собственную частоту колебаний внутреннего цилиндра, близкую или равную собственной частоте колебаний роторной системы.

Кроме того, гибкий элемент выполнен в виде профильной металлической мембраны.

Кроме того, гибкий элемент выполнен из эластомерного материала.

Кроме того, в гибком элементе выполнены аксиально расположенные отверстия.

Кроме того, между гибким элементом и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра имеется торцевой демпфирующий зазор.

Кроме того, между внутренним демпфирующим цилиндром и наружным демпфирующим цилиндром имеется радиальный демпфирующий зазор.

Кроме того, внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо.

Кроме того, между внутренним демпфирующим цилиндром и внутренним кольцом наружного демпфирующего цилиндра имеется радиальный демпфирующий зазор.

Кроме того, в образующей наружного демпфирующего цилиндра выполнены отверстия.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы включает корпус 1, основной демпфер, содержащий подвижный элемент 2 в виде цилиндра с подшипником 3 для гибкой опоры ротора 4 и центрирующими пружинами 5 в верхней части, шарнирно опертый 6 в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью 7, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы 8, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо 9, охватывающее с зазором полуось 10 гибкой опоры 4, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра 8 помещена в полость корпуса 1, заполненную демпфирующей жидкостью 7, и наружный демпфирующий цилиндр 11, расположенный в полости корпуса 1, с демпфирующей жидкостью 7. Наружный демпфирующий цилиндр 11 соединен своей верхней частью с внутренним демпфирующим цилиндром 8 гибким элементом 12 в виде плоской металлической мембраны. Внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо 13. Наружный демпфирующий цилиндр 11 имеет в образующей отверстия 14, сферический участок 15 и оперт своей нижней частью на выточку корпуса 1. Гибкий элемент 12 имеет аксиально расположенные отверстия 16. Между гибким элементом 12 и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра 8 имеется кольцевой торцевой демпфирующий зазор А. Между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и внутренним кольцом 13 наружного демпфирующего цилиндра 11 имеется демпфирующий радиальный зазор Б.

Работа демпфирующего узла состоит в следующем: при приведении ротора 17 во вращение его низкочастотные колебания, например колебания, при разгоне от неуравновешенности ротора, при которых амплитуды колебаний не очень велики и зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10 не выбирается, передаются через гибкую опору 4 и подшипник 3 на верхнюю часть подвижного элемента 2, в результате чего подвижный элемент 2 наклоняется в резервуаре корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на шарнире 6. При таких движениях подвижного элемента 2 возникают упругая восстанавливающая сила при деформации центрирующих пружин 5 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре В между подвижным элементом 2 и корпусом 1. Упругие и демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора и предотвращают или гасят его колебания.

Если при приведении ротора 17 во вращение его низкочастотные колебания, например колебания при разгоне от повышенной неуравновешенности ротора, при которых амплитуды колебаний велики и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, полуось 10 входит во взаимодействие с кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате этого внутренний демпфирующий цилиндр 8 наклоняется в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на упругом элементе 12. При таких движениях внутреннего демпфирующего цилиндра 8 возникают упругая восстанавливающая сила при деформации упругого элемента 12 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и кольцом 13. Упругие и демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора 17 и предотвращают или гасят его колебания.

Если при приведении ротора 17 во вращение, например при совпадении его собственной частоты с частотой вращения, происходит увеличение амплитуды его колебаний в радиальном направлении и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, то полуось 10 входит во взаимодействие с корректирующим кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате чего возникают совместные колебания внутреннего демпфирующего цилиндра 8 на упругом элементе 12 и ротора 17. Колебания внутреннего демпфирующего цилиндра 8 упруго деформируют гибкий элемент 12, при этом жесткость гибкого элемента подобрана таким образом, что собственная частота колебаний внутреннего цилиндра 8 на гибком элементе 12 близка или совпадает с собственной частотой колебаний ротора 17. При таких движениях внутреннего демпфирующего цилиндра 8 возникает упругая восстанавливающая сила при деформации упругого элемента 12 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и наружным демпфирующим цилиндром 11 и в торцевом зазоре А между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и упругим элементом 12. Упругие и демпфирующие силы уменьшают или гасят собственные колебания ротора и стабилизируют его вращение.

При сильном воздействии на вращающийся ротор 17 значительно увеличивается амплитуда его колебаний и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, полуось 10 входит во взаимодействие с корректирующим кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате чего внутренний демпфирующий цилиндр 8 наклоняется в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на упругом элементе 12, и выбирается радиальный зазор Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и наружным демпфирующим цилиндром 11, при этом происходит отклонение наружного демпфирующего цилиндра 11. Отклонение наружного демпфирующего цилиндра И в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7 создает дополнительную демпфирующую силу, действующую на ротор 17 через внутренний демпфирующий цилиндр 8, при этом демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора 17 и предотвращают или гасят его колебания. При уменьшении амплитуды колебаний ротора 17 полуось 10 выходит из взаимодействия с корректирующим кольцом 9, а наружный демпфирующий цилиндр 11 центрируется в корпусе 1 под действием силы тяжести с помощью участка 15 сферической формы.

Изобретение относится к машиностроению. Демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы включает корпус в виде резервуара, заполненного демпфирующей жидкостью. В резервуаре расположены основной и дополнительный демпферы. Основной демпфер содержит подвижный элемент в виде цилиндра с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части. Подвижный элемент шарнирно опирается на корпус. Дополнительный демпфер содержит внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы и наружный демпфирующий цилиндр, соединенные гибким элементом в виде плоской металлической мембраны. В верхней части внутреннего демпфирующего цилиндра установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры. Достигается повышение эффективности демпфирования колебаний ротора при больших амплитудах его перемещений и сильных взаимодействиях, упрощение конструкции и повышение надежности демпфера. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы, включающий корпус, основной демпфер, содержащий подвижный элемент в виде цилиндра с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра помещена в полость с демпфирующей жидкостью, и наружный демпфирующий цилиндр, расположенный в полости с демпфирующей жидкостью, отличающийся тем, что дополнительный демпфер содержит внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы и наружный демпфирующий цилиндр, соединенные гибким элементом в виде плоской металлической мембраны.

2. Демпфирующий узел по п.1, отличающейся тем, что жесткость гибкого элемента обеспечивает собственную частоту колебаний внутреннего цилиндра, близкую или равную собственной частоте колебаний роторной системы.

3. Демпфирующий узел по п.1, отличающейся тем, что гибкий элемент выполнен в виде профильной металлической мембраны.

4. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что гибкий элемент выполнен из эластомерного материала.

5. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что в гибком элементе выполнены аксиально расположенные отверстия.

6. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что между гибким элементом и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра имеется торцевой демпфирующий зазор.

7. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что между внутренним демпфирующим цилиндром и наружным демпфирующим цилиндром имеется радиальный демпфирующий зазор.

8. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо.

9. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что в образующей наружного демпфирующего цилиндра выполнены отверстия.

10. Демпфирующий узел по п.8, отличающийся тем, что между внутренним демпфирующим цилиндром и внутренним кольцом наружного демпфирующего цилиндра имеется радиальный демпфирующий зазор.