УПРУГОДЕМПФЕРНАЯ ОПОРА РОТОРА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в машинах и механизмах с быстровращающимися роторами для снижения уровня вибрации роторов, особенно на резонансных режимах путем диссипации энергии вибрации.
В настоящее время в качестве упругодемпферных опор роторов энергетических транспортных средств, а также изделий ракетно-космической техники широко применяются многослойные пластинчатые упругодемпферные опоры, составленные из пакетов гладких кольцевых пластин, гофрированных пластин или их комбинации [Расчет СамГАПС, 2005. - 207 с. ISBNS 5 - 98941 - 004 - 2]. В этой работе, в частности показано, что анизотропия упругих и демпфирующих свойств опоры ротора существенно влияет на ширину областей неустойчивости ротора, возможность возникновения дополнительных резонансов ротора и др. Потеря устойчивости на каждой форме колебаний может наступить в ряде зон. Каждый ряд зон неустойчивости охватывается собственными частотами ротора при колебаниях, а также из высших зон n-го рода, включая отношение этих собственных частот или их арифметических средних в последовательности значений n (n - целое число). Однако наиболее широкими и опасными являются основные зоны. При этом может существовать такое сочетание параметров демпфирования в опоре и анизотропии жесткостных свойств ротора и опоры, при которых ширине неустойчивости станет максимальной по величине и по ширине. Изменением демпфирования можно сузить эту область. Причем, при увеличении демпфирования эта область сначала сужается и при небольших значениях анизотропии жесткосных характеристик ротора и опор может исчезнуть, а далее снова расширяется, достигая значений, соответствующих колебаниям ротора на абсолютно жестких опорах. Это предопределяет необходимость создания упругогдемпферных опор ротора с минимально возможной анизотропией упругих и демпфирующих свойств.
Известен металлический термостойкий упругофрикционный демпфер, отличающийся тем, что с целью уменьшения анизотропии жесткостных и демпфирующих свойств пластин, гофры на каждой пластине выполнения под углом 15-45 градусов относительно ее торца, а конец линии вершины каждого гофра лежит на образующей, соединяющей с началом линии вершины последующего гофра. [Авторское свидетельство СССР №669128 МПК F16F 7/00. Опубл. 25.06.79. Бюлл. №23. «Металлический термостойкий упругофрикционный демпфер». Авторы Пономарев Ю.К., Антипов В.А.]
Недостатками указанной конструкции является существенная сложность технологии изготовления, а также избыточная жесткость и склонность к пластическим деформациям, а, следовательно, и пониженный ресурс из-за формы, приближающейся к оболочечному типу.
Известна упругодемпферная опора ротора, включающая наружное и внутреннее кольца и пакет гофрированных пластин, установленных между ними, отличающаяся тем, что наружное и внутреннее кольца выполнены с резьбовыми отверстиями, в которых установлены резьбовые вытеснители, которые регулируют заданную высоту гофров в пакете пластин [Патент РФ на полезную модель №130359, МПК F16F 7/00, F16F 27/00. Опубл. 27.03.2013. Бюлл. №20. «Упругодепферная опора ротора / Антипов В.А. и др.]
Недостатком указанного изобретения является нежелательная возможность при больших нагрузках пластической деформации в районах их контактов при больших нагрузках пластической деформации пластин в районах их контактов с резьбовыми вытеснителями и, как следствие из этого, уменьшенный ресурс готового изделия, а также существенная анизотропия жесткостных и демпфирующих свойств из-за малого числа резьбовых вытеснителей и невозможности их увеличения из-за конструктивной ограниченности внешних габаритов опоры.
Известно демпферующее устройство, в котором разгрузка ротора от веса реализована за счет перераспределения внутренних усилий в пакете гофрированных пластин. В нижней части демпфера гофры выполнены большей, чем в верхней части высоты. При восприятии веса ротора за счет разности натягов воспринимается вес ротора, анизотропия жесткосных свойств, обострившаяся за счет восприятия демпфером веса ротора, существенно уменьшена [Авторское свидетельство СССР №1370339 МПК F16F 7/00. Опубл. 30.01.1988. Бюлл. №4. «Демпфирующее устройство / автор Антипов В.А.]
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является снижение анизотропии упругих и демпфирующих свойств опоры и увеличение эффективности подавления вибрации.
Технический результат достигается тем, что упругодемпферная опора ротора, состоящая из наружного и внутреннего колец и пакета кольцевых гофрированных пластин, отличается тем, что внутреннее кольцо опоры выполнено с выступами на наружной поверхности, разделяющими пакеты кольцевых гофрированных пластин, суммарная ширина которых в сумме с шириной выступов равна ширине наружного кольца опоры, причем пакеты развернуты друг относительно друга в окружном направлении на угол
где ϕ - угловой шаг гофров;
n - число пакетов пластин в опоре, а вместо выступов на наружной поверхности внутреннего кольца выполнены цилиндрические канавки, в которых установлены упругие кольца.
Введение внутренних колец опоры с выступами на наружной поверхности разделяющими кольцевыми гофрированными пластинами, причем пакеты развернуты друг относительно друга на угол
а наружной поверхности внутреннего кольца выполнены цилиндрические канавки, в которых установлены разрезные упругие кольца - все это позволяет снизить анизотропию упругих и деформирующих свойств опоры.
На фиг. 1 показана упругодемпферная опора ротора в разрезе.
Упругодемпферная опора выполнена из трех пакетов гофрированных пластин 1, размещенных между внутренним 2 и наружным 3 кольцами опоры, причем кольцо 2 выполнено с выступами 4 по наружной цилиндрической поверхности, внутренне кольцо 2 установлено на наружной обойме подшипника 5 ротора 6, а смещение пластин пакета в осевом направлении зафиксировано слева выступом 7 на кольце 2, а справа с помощью крышки 8, закрепленной с помощью болтов (условно не показаны) на наружном кольце 3 опоры.
С целью упрощения технологии сборки упругодемпферной опоры ротора вместо выступов 4 на наружной поверхности внутреннего кольца 2 выполнены цилиндрические канавки, в которых установлены разрезные упругие кольца (на фиг. 1 условно не показаны).
Упругодемпферная опора работает следующим образом.
При воздействии вибрационной нагрузки, например, от дисбаланса вращающегося ротора, гофры в пакетах пластин распрямляются, что приводит к упругим проскальзываниям пластин друг относительно друга и за счет работы сил трения происходит диссипация энергии вибрации. В монографии Антипова В.А. и др. [Расчет и конструирование средств виброзащиты сухого трения. Антипов В.А. и др. - Самара: СамГАПС, 2005. - 207 с. ISBNS 5 - 98941 - 004 - 2], в частности показано, что анизотропия упругих и демпфирующих свойств опоры, включающей пакеты кольцевых гофрированных пластин, существенно зависит от числа гофров пакетов. В предлагаемом техническом решении, по существу, вместо одного пакета предложено использовать «n» пакетов при сохранении массогабаритных характеристик опоры (на фиг. 1 показано 3 пакета), сдвинутых друг относительно друга в окружном направлении на угол
Это приводит к фактическому уменьшению анизотропии упругих и демпфирующих свойств опоры до процента. Так, при первоначально однопакетной опоре ротора с числом гофров m=8, трехпакетная опора ротора соответствует 24-х пролетной опоре, а такая опора практически изотропна. На первый взгляд, аналогичного решения проблемы анизотропии упругих и демпфирующих свойств опоры можно было достигнуть простым увеличением многопролетности гофрированного пакета пластин. Однако при таком решении вопроса существенно ухудшаются прочностные характеристики гофрированных пластин пакета, что приводит к снижению надежности и ресурса опоры в целом.
По сравнению с прототипом в предлагаемой конструкции может быть использовано положительное качество прототипа, заключающееся в снижении анизотропии жесткостных свойств опоры, путем исключения влияния веса ротора на ее величину и существенно улучшены вибрационные характеристики системы ротор - корпус из-за ликвидации анизотропии жесткостных и демпфирующих характеристик опоры из-за фактического увеличения многопролетности гофрированного пакета пластин, а за счет изотропности демпфирующих свойств существенно повышена эффективность подавления вибрации вследствие роста относительного коэффициента рассеивания энергии.
Промышленная применимость предложенного технического решения на дату подачи заявки не вызывает сомнения, так как не требует для своей реализации никаких дополнительных конструктивных или технологических разработок.
Использование предложенного технического решения, например, при доводке энергетических установок транспортных систем, дает возможность уменьшить интенсивность вибрационной нагрузки на агрегаты и системы энергетической установки, избежать возникновения дополнительных резонансов, расширения зон неустойчивой работы энергетической установки и т.п. и тем самым повысить ее качество, существенно увеличить ресурс, привести в соответствие санитарным нормам по уровню вибрации рабочее место человека-оператора (машиниста), тем самым существенно улучшить условия его работы и избежать аварийных ситуаций, причиной которых является человеческий фактор и др.