ПРИВОД ЦЕНТРИФУГИ Советский патент 1996 года по МПК B04B9/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании центрифуг, имеющих значительные дисбалансы роторов.

Известен центробежный привод, содержащий корпус, заполненный жидкостью, размещенный внутри него цилиндрический опорный поплавок, погруженный в жидкость и служащий для установки ротора, демпфирующее устройство, выполненное в виде цилиндрической обечайки, установленной с зазором коаксиально опорному поплавку и соединенной в радиальном и осевом направлениях с помощью упругих опор со станками и днищем корпуса, при этом поплавок связан упругим валом с валом электродвигателя. На цилиндрической поверхности опорного поплавка, начиная от днища, укреплены ребра по винтовой линии в направлении, противоположном направлению вращению ротора. Нижний торец демпферной обечайки смещен по оси ниже плоскости днища поплавка на величину, соответствующую пограничному слою жидкости в установившемся режиме вращения центрифуги.

Недостатком этой конструкции привода является то, что спиральное ребро на боковой поверхности опорного цилиндра ведет к увеличению затрат мощности на вращение и уменьшению свободного зазора между опорным поплавком и демпферной стенкой и, следовательно, величины допустимого дисбаланса ротора.

Увеличение зазора между опорным поплавком и демпферной стенкой более толщины пограничного слоя ведет к увеличению затрат мощности на вращение опоры, снижению демпфирующих свойств.

Известны устройства, в которых для обеспечения центрирования и демпфирования ротора в конструкцию введен гидронасос, обеспечивающий прокачку жидкости в зазоре. Недостатком этого решения является введение в конструкцию дополнительного энергетического устройства насоса, мощность и производительность которого существенно возрастают с увеличением размера зазора и скорости прокачки жидкости.

Целью изобретения является повышение надежности работы привода путем увеличения несущей способности гидродинамического подшипника.

Цель достигается тем, что днище опорного поплавка выполняют в виде усеченной конической обечайки с плоским днищем, на боковой поверхности которой закреплены лопасти, равномерно расположенные по окружности конической обечайки. Лопасти устанавливают под углом α 40 60^o в направлении вращения ротора. Угол конусности конической обечайки выбирают в диапазоне b 40 60^o. Лопасти выполняют в виде прямоугольного треугольника. Наклонное ребро каждой лопасти крепится к боковой поверхности конуса. Нижнее ребро смещено относительно плоскости днища на величину, равную S (0,02 0,03) г, где г радиус окружности меньшего основания конической обечайки.

Проведенными исследованиями установлено, что привод на гидроопоре эффективен для создания центрифуг грузоподъемностью более 7 8 т, вращающихся с угловой частотой до 500 об/мин.

В диапазоне грузоподъемности привода, равной 7 100 т, и частоте вращения, изменяющейся от 500 до 50 об/мин соответственно, толщина пограничного слоя на днище опорного цилиндра при установившемся режиме вращения с указанными скоростями будет изменяться в диапазоне, соответствующем приведенной величине вертикального смещения лопастей относительно плоскости днища.

Размеры лопастей выбирают такими, что при установке в вертикальном положении они как бы дополняют коническую обечайку до размеров цилиндра опоры.

В этом случае при смещении лопастей ниже плоскости днища на величину S боковое ребро каждой из них сместится в горизонтальном направлении относительно образующей цилиндра опорного поплавка на величину

Величину радиуса днища конической обечайки определяют из зависимости

где n число лопастей;
R радиус цилиндра опоры.

По условию предотвращения пульсации потока жидкости в зазоре при вращении опоры n≥6, g угол поворота плоскости лопасти при установке ее на боковой поверхности конической обечайки под углом a.. γ 60 - 90^o.

При a 0^o величина g 90^o. Зависимость (2) получена из условия обеспечения полного поворота потока жидкости, отбрасываемого плоским днищем радиуса r в зазор между цилиндрическими стенками опоры и демпфера.

При указанных величинах r, a и а обеспечивается бесконтактное вращение лопастей с демпферной стенкой при угловых колебаниях опорного поплавка.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый центробежный привод отличается тем, что прокачка жидкости в зазоре осуществляется при помощи лопастей, установленных под наклоном на конической обечайке опорного поплавка, смещенный вниз и по горизонтали относительно плоского днища на определенную величину. Таким образом, заявляемый центробежный привод соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен центробежный привод; на фиг. 2 сечение А А на фиг. 1.

Центробежный привод содержит корпус 1, заполненный жидкостью, размещенный внутри него опорный поплавок 2, служащий для установки ротора 3, демпфирующее устройство, выполненное в виде цилиндрической обечайки 4, установленной коаксиально опорному поплавку 2 с зазором d для образования между ними гидродинамического подшипника, соединенной с помощью упругих опор 5 со стенками и днищем корпуса 1, опорный цилиндрический поплавок 2 в нижней части выполнен в виде конической обечайки 6 с углом конусности b, с плоским днищем. На поверхноности конической обечайки 6 установлены под углом "альфа" к направлению вращения опоры 2 лопасти 7, равномерно расположенные по окружности и смещенные вниз относительно плоскости днища на величину S, не превышающую толщину пограничного слоя, и по горизонтали на величину а к вертикальной оси опоры, при этом плоскость каждой лопасти 7 наклонена к боковой поверхности конической обечайки 6 под углом "гамма" (см.фиг.2), днище опорного поплавка при помощи упругого вала 8 связано с валом электрического двигателя 9.

Привод работает следующим образом. Заполняют корпус 1 жидкостью, например водой, вследствие чего происходит натяжение приводного вала 8 под воздействием избыточной архимедовой силы опорного поплавка, включают питание электродвигателя 9 и производят разгон опорного поплавка с установленным на нем ротором 3.

По мере разгона опорного поплавка происходит разгон слоя жидкости, прилегающего к плоскому дну конической обечайки 6, а также жидкости, вовлекаемой в движение лопастями 7 и боковой поверхностью цилиндра 2 опорного поплавка. Под действием центробежных сил пограничный слой жидкости на днище отбрасывается в радиальном направлении к демпферной стенке 4. Встречая на своем пути лопасти 7, этот слой направляется вдоль конической обечайки в зазор между поверхностями цилиндров опоры и демпфера 4. При этом лопасти 7 работают как направляющие этого потопа. Под их влиянием разогнанный на поверхности днища слой жидкости устремляется в зазор "дельта" и перемещается в зазоре по спирали снизу вверх, создавая центрирующую силу и осуществляя бесконтактное демпфирование колебаний ротора 3.

В связи с тем, что лопасти 7 работают, в основном, как направляющие потока жидкости, отбрасываемого плоским днищем опорного поплавка, повышается надежность, снижаются затраты энергии на перемещение потока жидкости в зазор между опорным цилиндром и демпферной стенкой, затраты энергии на колебания опоры, повышается по сравнению с прототипом величина допустимого дисбаланса роторной системы и ее демпфирование, эффективность процессов в роторе.

Использование: в машиностроении при создании центрифуг со значительными дисбалансами роторов. Сущность изобретения: привод содержит корпус с днищем, заполненный жидкостью. Внутри корпуса размещен цилиндрический опорный поплавок для установки ротора. Привод снабжен электродвигателем с приводным валом, присоединенным к опорному поплавку, и демпфирующим устройством. Демпфирующее устройство выполнено в виде цилиндрической обечайки, установленной с зазором коаксиально опорному поплавку и соединенной с корпусом при помощи упругих элементов. Нижняя часть опорного поплавка выполнена в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к днищу корпуса. Поплавок снабжен средством для подачи жидкости в зазор между поплавком и цилиндрической обечайкой. Средство состоит из лопастей, укрепленных на его наружной конической поверхности таким образом, что нижняя часть каждой лопасти расположена под основанием конусности лопасти наклонно в направлении вращения ротора. Величина расстояния между основаниями лопастей и конуса составляет 0,025 - 0,035 радиуса его меньшего основания. 2 ил.

Привод центрифуги, содержащий корпус с днищем, заполненный жидкостью, размещенный внутри него цилиндрический опорный поплавок для установки ротора, электродвигатель с приводным валом, присоединенным к опорному поплавку, и демпфирующее устройство, выполненное в виде цилиндрической обечайки, установленной с зазором коаксиально опорному поплавку и соединенной с корпусом при помощи упругих элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы путем увеличения несущей способности гидродинамического подшипника, нижняя часть опорного поплавка выполнена в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к днищу корпуса, при этом поплавок снабжен средством для подачи жидкости в зазор между опорным поплавком и цилиндрической обечайкой, состоящим из лопастей, укрепленных на его наружной конической поверхности таким образом, что нижняя часть каждой лопасти расположена под основанием конуса и лопасти наклонены в направлении вращения ротора, при этом величина расстояния между основаниями лопастей и конуса составляет 0,025-0,035 радиуса его меньшего основания.