УПРУГОДЕМПФЕРНАЯ ОПОРА С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ
RESILENT DAMPING SUPPORT WITH ADJUSTABLE RIGIDITY

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности авиационного двигателестроения, а именно к конструкции упругих опор с регулируемой жесткостью, применяемых в конструкции турбомашин и при стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин.
В качестве наиболее близкого аналога выбрана упругодемпферная опора роторной машины, содержащая установленный на валу подшипник, на наружном кольце которого закреплен корпус, соединенный со статорным элементом посредством разрезной втулки.
/RU 2365766, МПК F01D 25/16, опубликовано: 27.08.2009/ - прототип.
Недостатком известной опоры является то, что в данном решении реализовано только два значения радиальной жесткости опоры путем приложения осевой силы, в частности, догружающей упругий элемент, при этом происходит скачкообразное изменение жесткости, сопровождающееся дополнительным динамическим воздействием на элементы конструкции.
Задачей заявленного изобретения является создание упругодемпферной опоры с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, лишенной недостатков прототипа.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является возможность плавного изменения жесткости опоры без приложения дополнительной осевой силы через упругий элемент и дополнительного динамического воздействия на элементы конструкции, а также реализация любой ее жесткости внутри диапазона изменения, что расширяет возможности применения заявленной опоры и повышает ее надежность.
Указанный технический результат достигается тем, что в упругодемпферной опоре с регулируемой жесткостью, содержащей установленный на валу подшипник, на наружном кольце которого закреплен корпус, соединенный со статорным элементом посредством разрезной втулки, согласно заявленному изобретению между разрезной втулкой и корпусом установлена подвижная втулка, выполненная с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры посредством привода и контактирующая с разрезной втулкой по ее цилиндрической поверхности в области прорезей, при этом подвижная втулка образует с корпусом демпфирующую полость, ограниченную уплотнениями.
Установка между разрезной втулкой и корпусом подвижной втулки, выполненной с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры и контактирующей с разрезной втулкой по ее цилиндрической поверхности в области прорезей, а также образующей с корпусом демпфирующую полость, ограниченную уплотнениями, позволит путем изменения рабочей длины балочек, образованных прорезями на разрезной втулке, плавно изменять жесткость опоры без приложения осевой силы и без дополнительного динамического воздействия, догружающих детали конструкции, в том числе и упругий элемент, являющийся наименее прочным в силовой схеме передачи усилий с вала на статорный элемент.
Наличие привода позволит изменять положение подвижной втулки во время испытаний или при работе турбомашины в требуемом диапазоне и фиксировать ее в выбранном положении, что расширит возможности применения заявленной опоры и повысит ее надежность.
При этом опора допускает установку радиального и радиально-упорного подшипников.
Сущность заявленного изобретения поясняется фигурами 1, 2.
На фиг. 1 представлен продольный разрез упругодемпферной опоры с регулируемой жесткостью, в положении подвижной втулки, обеспечивающем минимальную жесткость опоры в диапазоне изменения.
На фиг. 2 представлен продольный разрез упругодемпферной опоры с регулируемой жесткостью, в положении подвижной втулки, обеспечивающем максимальную жесткость опоры в диапазоне изменения.
Упругодемпферная опора с регулируемой жесткостью содержит установленный на валу 1, подшипник 2, на наружном кольце 3 которого закреплен корпус 4, соединенный со статорным элементом 5 посредством разрезной втулки 6, а между разрезной втулкой 6 и корпусом 4 установлена подвижная втулка 7, образующая с последним демпфирующую полость 8, ограниченную уплотнениями 9. Подвижная втулка 7 выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры посредством привода 10, выполненного в частном случае реализации в виде закрепленного на статорном элементе 5 реечного механизма, и возможностью занимать любое положение в пределах диапазона, ограниченного физическими свойствами конструкции (габаритными размерами, техническими характеристиками привода 10 и т.д.). Границы диапазона положения подвижной втулки 7 характеризуются свойствами минимальной жесткости (фиг. 1) и максимальной жесткости (фиг. 2) опоры. При этом подвижная втулка 7 постоянно контактирует по цилиндрической поверхности с разрезной втулкой 6 в области прорезей 11 и может быть зафиксирована в любом положении диапазона.
Сборка упругодемпферной опоры с регулируемой жесткостью осуществляется следующим образом.
На корпус 4 устанавливают уплотнения 9 и разрезную втулку 6. Закрепляют их на статорном элементе 5, после чего на последнем закрепляют привод 10 с установленной в нем подвижной втулкой 7. В собранную конструкцию заводят вал 1, с установленным на последнем подшипником 2, который по наружному кольцу 3 соединяют с корпусом 4.
Упругодемпферная опора с регулируемой жесткостью работает следующим образом.
При вращении вала 1 с некритической частотой вращения в процессе работы турбомашины или при автономных стендовых динамических испытаниях подвижная втулка 7 занимает определенное положение относительно разрезной втулки 6 (например, фиг. 1), обеспечивая определенную жесткость упругой опоры и передачу радиальной нагрузки с вала 2 по силовой связи: подшипник 2→корпус 4→разрезная втулка 6→подвижная втулка 7→статорный элемент 5.
В процессе изменения частоты вращения вала 1 при приближении к значению критической частоты вращения и, как следствие, увеличении вибраций вала 1 и всей конструкции в целом, в частном случае реализации и стендового оборудования, плавно перемещают подвижную втулку 7 посредством привода 10, увеличивая жесткость опоры, исключая податливую часть разрезной втулки 6 из силовой связи (фиг. 2), что приводит к изменению амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) вала 1 с последующим изменением его критической частоты вращения и общему снижению уровня вибраций.
После прохождения валом 1 зоны критической частоты вращения, подвижную втулку 7 плавно перемещают посредством привода 10 в исходное положение. Таким образом, жесткость опоры снижается до первоначального значения.
Возможен вариант, когда опора работает как жесткая, то есть подвижная втулка 7 изначально смещена, как показано на фиг. 2, делая жестким упругий элемент или исключая его часть с прорезями 11 из силовой связи. В этом случае при приближении частоты вращения вала 1 к значению критической частоты подвижную втулку 7 плавно перемещают посредством привода 10, что снижает жесткость упругого элемента и опоры в целом. Аналогично вышеописанному происходит изменение АЧХ вала 1 и уменьшение общего уровня вибраций.
При вращении вала 1 также допустима любая комбинация изменений положения подвижной втулки 7 в пределах реализованного диапазона. В каждом случае обеспечивается снижение амплитуды вибраций за счет наличия демпфирующей полости 8, ограниченной уплотнениями 9.
Настоящее изобретение позволяет путем изменения положения подвижной втулки 6 плавно изменять и реализовывать в значительном диапазоне жесткость опоры непосредственно в процессе работы турбомашины или при автономных динамических испытаниях различных типов валов (по массово-жесткостным характеристикам и габаритам), тем самым изменяя их АЧХ, обеспечивая постоянную работу на некритических частотах вращения и снижая общий уровень вибраций, что значительно расширяет область применения заявленной опоры и повышает ее надежность.