ВИБРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПОДВЕСКА РОТОРА МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
VIBRATION-ISOLATING ROTOR SUSPENSION OF MACHINES AND EQUIPMENT

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подвеске роторов машин и оборудования.
Известно устройство радиального подшипника (патент №2293226, кл. F16C 17/03, 2007 г.), который включает в себя кольцеобразный кожух для группы упруго установленных с помощью пружинного средства аркообразных вкладышей, которые ограничивают смещение в радиальном направлении и заставляют вкладыши подшипника определять пространство вала. Относительное перемещение между пружинами обеспечивает фрикционное демпфирование для упругой подвески.
Недостатками являются сложная конструкция подшипника, значительный коэффициент жесткости подвески.
Прототипом заявляемого изобретения служит многолепестковый газодинамический подшипник (патент №2350795, кл. F16C 32/06, 2009 г.), используемый для радиальной подвески роторов высокоскоростных турбомашин различного назначения. Подшипник включает корпус подшипника с цапфой, расположенные в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью корпуса и цапфой два или более верхних лепестка, представляющие собой гладкие податливые ленты, простирающиеся в окружном направлении вокруг цапфы и прилегающие своей внутренней поверхностью к цапфе. Между некоторыми из верхних лепестков и корпусом подшипника расположены две или более упругодемпферные секции.
Недостатком прототипа является значительный коэффициент жесткости подвески, и, следовательно, существенная передаваемая динамическая сила через нее.
Технической задачей заявляемого изобретения является виброизоляция ротора в радиальном направлении с помощью обеспечения малой жесткости в плоскости, перпендикулярной оси ротора.
Поставленная задача решается тем, что в виброизоляционной подвеске ротора машин и оборудования, включающей установленный на роторе подшипник, виброизолирующие демпфирующие элементы, согласно изобретению подшипник расположен внутри виброизолирующего кольца, выполненного в виде двух внутренних и внешних полуколец, между которыми размещены пары бистабильных пластин, выполняющие функцию несущих и компенсирующих пластин и образующие малую жесткость в плоскости кольца.
В каждой паре пластин одна, несущая, выполняет роль упруго амортизатора и воспринимает часть веса ротора, вторая пластина, компенсирующая, находится в положении с отрицательной жесткостью, уменьшает коэффициент жесткости пары пластин до малого или квазинулевого значения. Каждая пара бистабильных пластин воспринимает определенную нагрузку и имеет малую жесткость. В сумме все пары бистабильных пластин воспринимают вес ротора и обладают малой жесткостью в плоскости, перпендикулярной оси ротора, обеспечивая виброизоляцию ротора.
Виброизоляция обеспечивается путем регулирования жесткости связи, в том числе и приведением жесткости к квазинулевой, посредством применения компенсирующих пластин, которые частично или полностью снижают жесткость несущих упругих пластин, на которые приходится статическая нагрузка от виброизолируемого объекта. Компенсирующие пластины создают усилие в ту же сторону, куда перемещается точка приложения нагрузки относительно положения статического равновесия, что приводит к уменьшению жесткости виброопоры и, следовательно, увеличивает ее эффективность.
Конструкция виброизоляционной подвески ротора машин и оборудования представлена на фигуре 1. На фигуре 2 представлены различные положения бистабильной пластины.
Ротор 1 устанавливается внутри подшипника 2. Подшипник окружается двумя внутренними 3, 4 и двумя внешними 5, 6 полукольцами. Пары бистабильных пластин, состоящие из несущих 7 и компенсирующих 8, устанавливаются диаметрально относительно подшипника 2. Несущие пластины 7 устанавливаются между внутренним нижним полукольцом 3 и внешним нижним полукольцом 5. Между внутренним верхним полукольцом 4 и внешним верхним полукольцом 6 устанавливаются компенсирующие пластины 8. Полукольца 3, 4, 5, 6, несущие 7 и компенсирующие 8 пластины образуют виброизоляционное кольцо. Виброизоляционное кольцо заключается между верхней 9 и нижней 10 частями корпуса. Контактирующие поверхности, изображенные на фигуре 1, должны быть соединены между собой. Способы соединения могут быть различными: сварка, склеивание, заклепка, винт, болт, шпилька и т.д.
Бистабильная пластина 7, 8 (фигура 2) представляет собой пластину, зажатую между двумя упорами. При незначительной нагрузке пластина проявляет упругие свойства (фигура 2, положение I). При большей нагрузке (фигура 2, положение II) пластина находится в неустойчивом положении II и переходит в устойчивое положение III (фигура 2). Неустойчивое положение II характеризуется отрицательной жесткостью. Это свойство используется для уменьшения коэффициента жесткости упругого элемента с положительной жесткостью. В сумме система из элементов с положительной и отрицательной жесткостью дает малую или квазинулевую жесткость.
Виброизоляционная подвеска ротора машин и оборудования работает следующим образом.
Вес ротора 1 воспринимается несущими пластинами 7. Пусть при вибрации объект переместился вниз. Тогда несущие пластины 7 получили дополнительное сжатие и, соответственно, увеличилась их сила реакции. При этом компенсирующие пластины 8 поменяли свое положение и стали иметь наклон вниз, и, таким образом, они стали стремиться перейти из неустойчивого положения II (фигура 2) в положение III, их восстанавливающая сила стала направленной также вниз, компенсируя увеличенную силу реакции несущих пластин 7. В итоге несущая пластина 7 не стремится резко вернуться в предыдущее положение, тем самым не действуя на виброизолируемый объект переменной динамической силой, что вызывает эффект виброизоляции.
При перемещении объекта вверх компенсирующие пластины 8 стремятся перейти из положения II в положение I (фигура 2), в остальном принцип работы аналогичен.
В качестве материала для несущих и компенсирующих пластин можно использовать сталь, в частности рессорную, что не только обеспечит долговечность и надежность конструкции, но и позволит значительно удешевить ее.
В результате подобной работы подвески происходит снижение уровня вибрации. Благодаря малой жесткости подвески снижается критическая частота вращения ротора и при квазинулевой жесткости самоцентрирование вала наступает при рабочих частотах, что значительно облегчает обслуживание оборудования. Уменьшаются передаваемые через подвеску переменные и ударные силы, виброизолируется фундамент, повышается надежность и долговечность машин и оборудования.