ДЕМПФИРУЮЩИЙ УЗЕЛ
DAMPING UNIT

,Изобретение относится к машиностроению, к устройствам подавления механических колебаний роторных систем и может быть использовано в роторах быстровращающихся машин и приборов.
Известен демпфирующий узел быстровращающегося вертикального ротора (патент РФ 2044937 C1, F16F 9/10, 15/023 опубл. 27.09.1995.), который включает основной демпфер, содержащий элемент с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий демпфирующий цилиндр с корректирующим кольцом. Демпфирующий цилиндр выполнен ступенчатой формы, нижняя часть которого имеет больший диаметр и свободно установлена в полости с демпфирующей жидкостью, а в верхней части меньшего диаметра установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры. На нижнем конце демпфирующего цилиндра выполнен участок конической формы.
Известен демпфирующий узел быстровращающегося вертикального ротора (патент РФ 2292499 С1, F16F 15/023, опубл. 27.01.2007), который включает основной демпфер, содержащий подвижный элемент с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий демпфирующий цилиндр с корректирующим кольцом. Демпфирующий цилиндр выполнен ступенчатой формы, нижняя часть которого имеет больший диаметр и свободно установлена в полости с демпфирующей жидкостью, а в верхней части меньшего диаметра установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры. Демпфирующий цилиндр подвешен в полости на дополнительных центрирующих пружинах, закрепленных за верхнюю часть меньшего диаметра, и имеет кольцевой радиальный выступ на наружной поверхности нижней части.
Известные конструкции демпфирующего узла не обеспечивают достаточно стабильного и эффективного демпфирования собственных частот колебания ротора, колебания ротора с повышенным небалансным состоянием и колебания ротора в аварийном режиме.
Техническая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить достаточно стабильное и эффективное демпфирование собственных частот колебания ротора, колебания ротора с повышенным небалансным состоянием и колебания ротора в аварийном режиме.
Технический результат изобретения - создание простой конструкции демпфера, обеспечивающей надежное и эффективное демпфирование колебаний ротора при больших амплитудах его перемещений и сильных взаимодействиях.
Данная задача решается за счет того, что демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы включает корпус, основной демпфер, содержащий подвижный элемент в виде цилиндра с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра помещена в полость с демпфирующей жидкостью, и наружный демпфирующий цилиндр, расположенный в полости с демпфирующей жидкостью, при этом внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы и наружный демпфирующий цилиндр соединены гибким элементом в виде плоской металлической мембраны.
Кроме того, жесткость гибкого элемента обеспечивает собственную частоту колебаний внутреннего цилиндра, близкую или равную собственной частоте колебаний роторной системы.
Кроме того, гибкий элемент выполнен в виде профильной металлической мембраны.
Кроме того, гибкий элемент выполнен из эластомерного материала.
Кроме того, в гибком элементе выполнены аксиально расположенные отверстия.
Кроме того, между гибким элементом и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра имеется торцевой демпфирующий зазор.
Кроме того, между внутренним демпфирующим цилиндром и наружным демпфирующим цилиндром имеется радиальный демпфирующий зазор.
Кроме того, внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо.
Кроме того, между внутренним демпфирующим цилиндром и внутренним кольцом наружного демпфирующего цилиндра имеется радиальный демпфирующий зазор.
Кроме того, в образующей наружного демпфирующего цилиндра выполнены отверстия.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы включает корпус 1, основной демпфер, содержащий подвижный элемент 2 в виде цилиндра с подшипником 3 для гибкой опоры ротора 4 и центрирующими пружинами 5 в верхней части, шарнирно опертый 6 в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью 7, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы 8, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо 9, охватывающее с зазором полуось 10 гибкой опоры 4, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра 8 помещена в полость корпуса 1, заполненную демпфирующей жидкостью 7, и наружный демпфирующий цилиндр 11, расположенный в полости корпуса 1, с демпфирующей жидкостью 7. Наружный демпфирующий цилиндр 11 соединен своей верхней частью с внутренним демпфирующим цилиндром 8 гибким элементом 12 в виде плоской металлической мембраны. Внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо 13. Наружный демпфирующий цилиндр 11 имеет в образующей отверстия 14, сферический участок 15 и оперт своей нижней частью на выточку корпуса 1. Гибкий элемент 12 имеет аксиально расположенные отверстия 16. Между гибким элементом 12 и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра 8 имеется кольцевой торцевой демпфирующий зазор А. Между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и внутренним кольцом 13 наружного демпфирующего цилиндра 11 имеется демпфирующий радиальный зазор Б.
Работа демпфирующего узла состоит в следующем: при приведении ротора 17 во вращение его низкочастотные колебания, например колебания, при разгоне от неуравновешенности ротора, при которых амплитуды колебаний не очень велики и зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10 не выбирается, передаются через гибкую опору 4 и подшипник 3 на верхнюю часть подвижного элемента 2, в результате чего подвижный элемент 2 наклоняется в резервуаре корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на шарнире 6. При таких движениях подвижного элемента 2 возникают упругая восстанавливающая сила при деформации центрирующих пружин 5 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре В между подвижным элементом 2 и корпусом 1. Упругие и демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора и предотвращают или гасят его колебания.
Если при приведении ротора 17 во вращение его низкочастотные колебания, например колебания при разгоне от повышенной неуравновешенности ротора, при которых амплитуды колебаний велики и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, полуось 10 входит во взаимодействие с кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате этого внутренний демпфирующий цилиндр 8 наклоняется в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на упругом элементе 12. При таких движениях внутреннего демпфирующего цилиндра 8 возникают упругая восстанавливающая сила при деформации упругого элемента 12 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и кольцом 13. Упругие и демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора 17 и предотвращают или гасят его колебания.
Если при приведении ротора 17 во вращение, например при совпадении его собственной частоты с частотой вращения, происходит увеличение амплитуды его колебаний в радиальном направлении и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, то полуось 10 входит во взаимодействие с корректирующим кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате чего возникают совместные колебания внутреннего демпфирующего цилиндра 8 на упругом элементе 12 и ротора 17. Колебания внутреннего демпфирующего цилиндра 8 упруго деформируют гибкий элемент 12, при этом жесткость гибкого элемента подобрана таким образом, что собственная частота колебаний внутреннего цилиндра 8 на гибком элементе 12 близка или совпадает с собственной частотой колебаний ротора 17. При таких движениях внутреннего демпфирующего цилиндра 8 возникает упругая восстанавливающая сила при деформации упругого элемента 12 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и наружным демпфирующим цилиндром 11 и в торцевом зазоре А между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и упругим элементом 12. Упругие и демпфирующие силы уменьшают или гасят собственные колебания ротора и стабилизируют его вращение.
При сильном воздействии на вращающийся ротор 17 значительно увеличивается амплитуда его колебаний и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, полуось 10 входит во взаимодействие с корректирующим кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате чего внутренний демпфирующий цилиндр 8 наклоняется в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на упругом элементе 12, и выбирается радиальный зазор Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и наружным демпфирующим цилиндром 11, при этом происходит отклонение наружного демпфирующего цилиндра 11. Отклонение наружного демпфирующего цилиндра И в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7 создает дополнительную демпфирующую силу, действующую на ротор 17 через внутренний демпфирующий цилиндр 8, при этом демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора 17 и предотвращают или гасят его колебания. При уменьшении амплитуды колебаний ротора 17 полуось 10 выходит из взаимодействия с корректирующим кольцом 9, а наружный демпфирующий цилиндр 11 центрируется в корпусе 1 под действием силы тяжести с помощью участка 15 сферической формы.