УПРУГОДЕМПФЕРНАЯ ОПОРА РОТОРНОЙ МАШИНЫ
ELASTIC-DAMPING SUPPORT FOR ROTOR MACHINE

Изобретение относится к устройствам подшипниковых опор роторных двигателей, а именно к упругодемпферным опорам с изменяемой податливостью.
Известна упругодемпферная опора ротора турбомашины, содержащая подшипник, статорный элемент и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку, соединеную со статорным элементом посредством разрезной втулки и образующую с ним демпфирующую полость, при этом статорный элемент и обечайка выполнены с уступами и установлены относительно друг друга с возможностью контактирования по посадочной поверхности уступов (Патент RU №2265728, МПК F01D 25/16, опубл. 10.12.2005 г.).
Такая опора не предусматривает возможности директивного изменения податливости опоры с целью снижения динамических прогибов роторов и вибрационных нагрузок на опоры в случае работы двигателя в области критических частот вращения ротора.
Известна также упругодемпферная опора роторной машины, содержащая подшипник, статорный элемент, жестко закрепленный на наружном кольце подшипника корпус, соединенный со статорным элементом посредством разрезной втулки с прорезями, наклоненными относительно продольной оси, причем статорный элемент и корпус выполнены с коническими уступами с возможностью контактирования по ним при их взаимном осевом смещении (Патент RU №2303143, МПК F01D 25/16, опубл. 22.07.2007 г.).
Недостатком такого технического решения является то, что для изменения податливости опоры необходимо менять осевую нагрузку на роторе двигателя, при этом чрезвычайно сложно добиться стабильности задаваемой осевой нагрузки на ротор, так как осевая нагрузка на ротор зависит от конкретных радиальных зазоров по воздушному тракту, управляющему осевой силой. Это означает, что осевая нагрузка на разрезную втулку с прорезями будет все время разной не только на разных двигателях, но и на одном двигателе в зависимости от зазоров по уплотнениям, связанным с эксплуатацией двигателя и его переборками после ремонта. Таким образом, это решение не обеспечивает оптимальной осевой нагрузки на разрезную втулку, гарантирующей посадку по коническим уступам и в то же время не приводящей к выходу из строя разрезной втулки.
Кроме того, для осуществления этого решения требуется наличие шарикоподшипника, установленного на роторе и закрепленного в опоре, что неприемлимо для роторов с роликоподшипниками. Связано это с тем, что роликоподшипники не могут передавать нагрузку вдоль продольной оси ротора. Поэтому область применения такого устройства ограничена только конструкциями с роторами, имеющими шарикоподшипники.
Задача изобретения - обеспечение оптимальной осевой нагрузки на разрезную втулку, гарантирующей посадку по коническим уступам, не приводящей к выходу из строя разрезной втулки. Дополнительной задачей является расширение диапазона применения устройства и распространение его на любые типы подшипников.
Указанные задачи достигаются тем, что в упругодемпферной опоре роторной машины, содержащей подшипник, статорный элемент, жестко закрепленный на наружном кольце подшипника, корпус, соединенный со статорным элементом посредством разрезной втулки с прорезями, наклоненными относительно продольной оси, причем статорный элемент и корпус выполнены с коническими уступами с возможностью контактирования по ним при их взаимном осевом смещении, противоположный от конического уступа торец корпуса снабжен крышкой, образующей вместе с цилиндрической проточкой в статорном элементе над поверхностью корпуса замкнутую полость, соединенную каналом с источником давления.
Кроме того: а) между корпусом и статорным элементом над наружным кольцом подшипника образована демпфирующая полость; б) над разрезной втулкой установлены два кольца, одно из которых жестко закреплено на статорном элементе, а второе - на корпусе, при этом торцевые выступы одного кольца заведены в ответные торцевые впадины другого кольца; в) в качестве источника давления выбрана маслосистема роторной машины.
Установка на противоположном от конического уступа торце корпуса крышки, образующей вместе с цилиндрической проточкой в статорном элементе над поверхностью корпуса замкнутую полость, позволяет получить конструкцию силового цилиндра, в котором подвижным поршнем является крышка, жестко соединенная с торцем подвижного в осевом направлении корпуса, а функцию корпуса цилиндра выполняет статорный элемент. Соединение этой полости с источником давления позволяет сдвигать конический торец подвижного корпуса относительно конического торца статорного элемента на оптимальную расчетную величину, с одной стороны, обеспечивающей гарантированное прижатие ответных конических поверхностей, а с другой стороны, обеспечивающей оптимальные прочностные характеристики разрезной втулки с прорезями.
При этом следует иметь в виду, что здесь не имеет значения, какой подшипник установлен в опоре ротора.
Образование между корпусом и статорным элементом над наружным кольцом подшипника демпфирующей полости позволяет получить дополнительное демпфирование опоры ротора.
Установка над разрезной втулкой двух колец, одно из которых жестко закреплено на статорном элементе, а второе - на корпусе, и, заведя торцевые выступы одного кольца в ответные торцевые впадины другого кольца, позволяет при разрушении лепестков разрезной втулки сохранить работоспособность узла на время, необходимое для остановки двигателя, и не допустить разрушения подшипника.
Выбор в качестве источника давления маслосистемы роторной машины позволяет использовать имеющуюся на любом двигателе систему смазки двигателя.
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства;
на фиг.2 показан вид А на разрезную втулку с прорезями;
на фиг.3 показан вид Б на установленные над разрезной втулкой два кольца.
Упругодемпферная опора роторной машины содержит подшипник 1, статорный элемент 2, жестко закрепленный на наружном кольце 3 подшипника 1, корпус 4, соединенный со статорным элементом 2 посредством разрезной втулки 5 с прорезями 6, наклоненными относительно продольной оси 7 роторной машины. Статорный элемент 2 и корпус 4 выполнены с коническими уступами 8 и 9 с возможностью контактирования по ним при их взаимном осевом смещении. Противоположный от конического уступа 9 и подшипника 1 торец 10 корпуса 4 снабжен крышкой 11, образующей вместе с цилиндрической проточкой 12 в статорном элементе 2 над поверхностью 13 корпуса 4 замкнутую полость 14, ограниченную уплотнениями 15 и соединенную каналом 16 с источником давления 17, в качестве которого используется маслосистема роторной машины. Между корпусом 4 и статорным элементом 2 над наружным кольцом 3 подшипника 1 образована демпфирующая полость 18. Над разрезной втулкой 5 установлены два кольца 19 и 20, одно из которых 19 жестко закреплено на статорном элементе 2, а второе 20 - на корпусе 4, при этом торцевые выступы 21 кольца 20 заведены в ответные торцевые впадины 22 кольца 19.
Устройство работает следующим образом.
Для работы с максимальной податливостью опоры ротора в замкнутой полости 14 устанавливают минимальное давление, при этом крышка 11 вместе с корпусом 4 занимает крайнее правое положение, при котором конические уступы 8 и 9 находятся на расстоянии друг от друга. При подаче высокого давления масла в полость 14 корпус 4 смещается в крайнее левое положение, при котором конические уступы 8 и 9 прижимаются друг к другу, при этом податливость опоры становится минимальной. Дополнительно крышка 11 и торец 9 ограничивают перемещения корпуса 4 и наружного кольца 3 подшипника 1 в осевом направлении. При поломке лепестков, образованных прорезями 6, разрезной втулки 5 проворачивание корпуса 4 относительно статорного элемента 2 ограничивают кольца 19 и 20, у которых торцевые выступы 21 кольца 20 заведены в ответные торцевые впадины 22 кольца 19. Изменяя давление масла, подаваемого в замкнутую полость 14, довольно просто обеспечить оптимальную осевую нагрузку на разрезную втулку 5, гарантирующую посадку по коническим уступам 8 и 9 и не приводящую к выходу из строя разрезной втулки 5. При этом устройство нормально работает как с роликоподшипником, так и с шарикоподшипником.