УПРУГО-ДЕМПФЕРНАЯ ОПОРА РОТОРА Российский патент 2017 года по МПК F16C27/04 F16F7/06 F01D25/16 

Изобретение относится к области динамической устойчивости роторов и может быть использовано в опорах с подшипниками качения высокооборотных роторов турбомашин, в частности турбонасосных агрегатов (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), имеющих критические частоты вращения меньше рабочих.

Для снижения уровня виброактивности и радиальных динамических нагрузок на опоры высокооборотных роторов турбомашин при работе на резонансных режимах и при значительной разбалансировке ротора, например в ТНА ЖРД, применяют упруго-демпферные опоры (демпферы), которые состоят из пакета кольцевых многослойных гофрированных пластин, устанавливаемых в коаксиальное пространство между наружными кольцами подшипников и внутренними поверхностями корпусов турбомашины.

Каждая гофрированная пластина пакета имеет продольный сквозной паз на всю ширину. В собранном пакете пазы пластин совмещаются и образуют единый паз, который используется для совмещения с фиксатором корпуса, предохраняющего пакет пластин от проворота.

Упруго-демпферная опора должна обладать окружной изотропией упругих и демпфирующих свойств, которая обеспечивает эффективность опоры в снижении виброактивности ротора и радиальных динамических нагрузок, действующих на опоры, а также центрирование ротора в корпусе при сборке турбомашины с установкой пакета пластин с натягом по сопрягаемым поверхностям.

Известна упруго-демпферная опора, содержащая корпус опоры, подшипники качения, установленную по наружному кольцу подшипника втулку, с внешней поверхности которой установлен пластинчатый демпфер, крышку и фиксатор втулки и пластин демпфера (Патент RU 2099606 C1 - прототип).

Известная опора обладает следующими недостатками: общий сквозной паз по пакету гофрированных пластин, совмещенный с фиксатором, ухудшает центрирование ротора в корпусе при сборке турбомашины и окружную изотропию упругих и демпфирующих свойств опоры, которая приводит к увеличению виброактивности ротора и радиальных динамических нагрузок, действующих на опоры.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности центрирования ротора в корпусе турбомашины, снижение виброактивности ротора и радиальных динамических нагрузок, действующих на опоры. Это достигается тем, что в упруго-демпферной опоре, содержащей корпус опоры, по крайней мере один подшипник качения, втулку, установленную по наружному кольцу подшипника, с внешней поверхности которой установлен пакет гофрированных пластин со сквозным продольным пазом, фиксатор пакета пластин, сквозные пазы каждой пластины или группы пластин в пакете смещены относительно друг друга по окружности, а на торце пакета пластин выполнен дополнительный паз, совмещенный с фиксатором.

Кроме того, дополнительный паз совпадает со сквозным пазом одной или группы пластин и совмещен с фиксатором.

Предлагаемая упруго-демпферная опора ротора представлена на фиг. 1, на фиг. 2 - вариант упруго-демпферной опоры, где:

1 - ротор;

2 - корпус опоры;

3 - подшипник;

4 - втулка;

5 - пакет гофрированных пластин;

6 - сквозной продольный паз;

7 - фиксатор пакета пластин;

8 - дополнительный паз;

9, 10 - сопрягаемые с пакетом пластин поверхности.

Ротор 1 установлен на двух опорах. Каждая опора состоит по крайней мере из одного подшипника качения 3. По наружным кольцам подшипников установлена втулка 4, на внешней поверхности 9 которой установлен пакет гофрированных пластин 5 с натягом по контактной поверхности 10 со втулкой 4 и поверхностью 9 корпуса опоры 2.

Для обеспечения окружной изотропии упругих и демпфирующих свойств опоры и повышения точности центрирования в корпусе диаметра втулки 4 под наружное кольцо подшипника 3 при установке пакета гофрированных пластин с натягом по контактным поверхностям 9, 10 сквозные продольные пазы каждой или группы гофрированных пластин пакета смещены относительно друг друга по окружности. Для исключения проворота пакета пластин и обеспечения взаимного положения в окружном направлении гофрированных пластин в пакете 5 применен фиксатор 7, совмещенный с дополнительным пазом 8, выполненным на торце пакета гофрированных пластин.

При установке упруго-демпферной опоры в корпус турбомашины происходит радиальное сжатие пакета гофрированных пластин из-за посадки его с натягом по сопрягаемым поверхностям. При этом в упруго-демпферной опоре должна быть получена в допускаемых пределах соосность посадочного диаметра под установку подшипника относительно посадочного диаметра корпуса, которая определяет центрирование ротора в статоре турбомашины и обеспечивает работоспособность составных частей турбомашины в целом, в том числе щелевых уплотнений между ротором и статором.

При работе высокооборотной турбомашины на ротор действуют динамические нагрузки от дисбаланса и от радиальных нагрузок, возникающих при прохождении критических частот вращения. Упруго-демпферные опоры ротора должны иметь окружную изотропию упругих и демпфирующих свойств, которая обеспечивает надежное снижение до допускаемого уровня нагрузок, действующих на подшипники.

Предлагаемая конструкция упруго-демпферной опоры со смещением сквозного паза каждой или группы пластин в пакете относительно друг друга по окружности позволяет повысить окружную изотропию упругих и демпфирующих свойств опоры, а также точность центрирования ротора в корпусах при сборке турбомашины, что повышает работоспособность ротора при воздействии динамических нагрузок, возникающих от дисбаланса, и радиальных нагрузок, возникающих при прохождении критических частот вращения.

Эффективность применения предлагаемой конструкции упруго-демпферной опоры увеличивается с уменьшением размера применяемого в опоре подшипника качения. С уменьшением размерности подшипника ухудшается окружная изотропия упругих и демпфирующих свойств опоры, имеющий пакет гофрированных пластин с единым продольным пазом.

Применение упруго-демпферной опоры со смещением продольного сквозного паза пластин по окружности в пакете повышает точность центрирования ротора в корпусе турбомашины и снижает уровень его виброактивности, радиальных динамических нагрузок на опоры при резонансных колебаниях и автоколебаниях.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к высокооборотным роторам турбомашин, и может быть использовано в области ракетостроения в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей. Упруго-демпферная опора ротора (1) содержит корпус (2) опоры, по крайней мере, один подшипник качения (3), втулку (4), установленную по наружному кольцу подшипника (3), с внешней поверхности, которой установлен пакет (5) гофрированных пластин со сквозным продольным пазом, фиксатор (7) пакета (5). Сквозные пазы каждой пластины или группы пластин пакета (5) смещены относительно друг друга по окружности. На торце пакета (5) выполнен дополнительный паз, совмещенный с фиксатором. Технический результат: повышение точности центрирования ротора в корпусе турбомашины, снижение виброактивности ротора и радиальных динамических нагрузок, действующих на опоры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Упруго-демпферная опора ротора, содержащая корпус опоры, по крайней мере, один подшипник качения, втулку, установленную по наружному кольцу подшипника, с внешней поверхности которой установлен пакет гофрированных пластин со сквозным продольным пазом, фиксатор пакета пластин, отличающаяся тем, что сквозные пазы каждой пластины или группы пластин пакета смещены относительно друг друга по окружности, а на торце пакета пластин выполнен дополнительный паз, совмещенный с фиксатором.

2. Упруго-демпферная опора ротора по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительный паз совпадает со сквозным пазом одной или группы пластин и совмещен с фиксатором.