CN102705427A - 一种挤压油膜阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤压油膜阻尼器，包括进油槽、进油孔、油膜纹路、储油孔，进油槽加工在挤压油膜阻尼器的外圈；进油孔加工于所述进油槽内，与油膜纹路连通并向其供油；油膜纹路镂空加工于挤压油膜阻尼器的支承周向上，油膜纹路为镂空加工于挤压油膜阻尼器的支承周向上的狭缝，包括外纹路Ⅰ、内纹路Ⅲ及位于外纹路Ⅰ和内纹路Ⅲ之间的中间纹路组，每个中间纹路组包括多个嵌套组合的彼此不连通的中间纹路Ⅱ，相邻两个中间纹路组通过一个内纹路Ⅲ彼此联通；储油孔为轴向通孔，分布在油膜纹路中。本发明的挤压油膜阻尼器结构简单、加工方便、成本低、安装简单，适用于2-0-0式转子支撑结构减振，在微型旋转式动力机械中有广阔的应用前景。

Description

一种挤压油膜阻尼器

技术领域

本发明属于微型旋转动力机械减振技术领域,涉及一种挤压油膜阻尼器结构，具体地说，是指一种用在微型燃气轮机或微小型涡轮喷气发动机中的挤压油膜阻尼器。

背景技术

微型涡喷发动机和微型燃机是近十年来国家重点开发的旋转式动力机械，在航空和分布式能源动力装置领域有广泛的用途和广阔的市场前景。其主要特点是体积小、功率密度高、成本低、能耗少，适合未来社会可持续发展和绿色能源的发展要求。但微型旋转动力机械转速非常高，由此带来的转子系统高速下的振动问题是影响整机可靠性的重要因素。

目前，工程界为有效控制转子振动，已提出多种减振技术，这些减振技术从减振原理上可分为两种：一种是耗散振动能减振，如挤压油膜阻尼器、金属橡胶阻尼器、干摩擦减振技术等；一种是外界供能抑制振动，如磁浮轴承等。基于成本和工程可实现性等因素，耗散振动能减振技术发展较为成熟，工程应用较多。其中，挤压油膜阻尼器结合弹性支撑减振技术，在大型航空发动机领域获得了推广应用。而对于微型旋转动力机械，国内的整机设计经验不足，仍处于探索阶段，尤其对于某些关键零部件或技术点，更需要重点完善与提高。因此，针对不同的转子支撑结构，提出针对性强、效果明显的减振措施，对微小型旋转式动力机械设计的标准化、模块化有积极的促进作用。本发明所述挤压油膜阻尼器针对微型旋转式动力机械中2-0-0式支撑结构提出，具有工程适用性强的特点，对目前国内在研的微型涡喷发动机和微型燃机项目有借鉴作用。

发明内容

本发明的目的为针对国内微小型旋转动力机械设计经验缺乏，转子系统减振设计不完善的特点，提供一种挤压油膜阻尼器减振技术方案。所述挤压油膜阻尼器针对2-0-0式转子支撑方式提出，在左端轴承外圈与壳体之间安装本发明所述挤压油膜阻尼器，以达到减振、维持转子高速稳定性的目的。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：

一种挤压油膜阻尼器，整体为环形金属圈结构，包括进油槽、进油孔、油膜纹路、储油孔，其特征在于：

所述挤压油膜阻尼器的纵截面为T形，横截面为环形；

所述进油槽加工在所述挤压油膜阻尼器的外圈，为沿圆周方向布置的整周带状凹槽；

所述进油孔加工于所述进油槽内，为沿所述挤压油膜阻尼器外圈圆周方向均匀分布的径向油孔，所述进油孔与所述油膜纹路连通并向所述油膜纹路供油；

所述油膜纹路为镂空加工于所述挤压油膜阻尼器的支承周向上的狭缝，按照径向方向的布置次序，所述油膜纹路依次包括靠近外圈布置的多个外纹路Ⅰ、靠近内圈布置的多个内纹路Ⅲ及位于所述外纹路Ⅰ和内纹路Ⅲ之间的中间纹路组，每个所述外纹路Ⅰ的两端各至少分别布置一个与其联通的所述中间纹路组，每个所述中间纹路组包括多个嵌套组合的彼此不连通的中间纹路Ⅱ，相邻两个中间纹路组通过一个所述内纹路Ⅲ彼此联通，所述外纹路Ⅰ的长度大于所述内纹路Ⅲ的长度，所述外纹路Ⅰ、中间纹路组和内纹路Ⅲ均沿所述挤压油膜阻尼器的圆周方向均匀分布；

所述储油孔为轴向通孔，分布在所述油膜纹路中。

优选地，所述进油孔与所述外纹路Ⅰ连通；每个中间纹路组中，靠近外纹路Ⅰ的一个中间纹路Ⅱ与所述外纹路Ⅰ连通，靠近内纹路Ⅲ的一个中间纹路Ⅱ与所述内纹路Ⅲ联通。

优选地，所述外纹路Ⅰ的两端各至少布置一个与其联通的储油孔，所述内纹路Ⅲ中至少布置一个与其联通的储油孔。

优选地，与所述外纹路Ⅰ连通的中间纹路Ⅱ中至少布置一个与其联通的储油孔，与所述内纹路Ⅲ联通的短纹路Ⅱ中至少布置一个与其联通的储油孔。

优选地，所述进油孔和所述内纹路Ⅲ的数量相等，均为偶数个，每个进油孔的中心线和相邻内纹路Ⅲ的通过所述挤压油膜阻尼器中心的对称线之间的夹角相等。进油孔和内纹路Ⅲ的数量根据减振需要可按偶数增长，可为4个、6个、或8个等；例如：4个进油孔和4个内纹路Ⅲ时，每一个进油孔中心线和内纹路Ⅲ的对称线之间夹角为45度；6个进油孔和6个内纹路Ⅲ时，每一个进油孔中心线和内纹路Ⅲ的对称线之间夹角为30度，以此类推。

优选地，每个中间纹路组包括多个嵌套组合的彼此不连通的中间纹路Ⅱ，每个所述中间纹路Ⅱ为样条曲线形。

优选地，所述中间纹路Ⅱ为S形、C形、反C形、多“C”或其它形状。

优选地，所述外外纹路Ⅰ和/或所述内内纹路Ⅲ的两端部均采用外翻曲线段结构，曲线形状为圆角、样条曲线或其它形状，以增加纹路长度。

优选地，所述油膜纹路的狭缝宽度为0.1-0.5mm。

优选地，本发明所述挤压油膜阻尼器适用于微型燃气轮机或微小型涡轮喷气发动机中的2-0-0式转子支撑结构。所述2-0-0式转子支撑结构为悬臂式转子，重心在右端轴承外侧，即压气机叶轮和涡轮在右端轴承外侧。“2-0-0”是描述转子支承形式、结构的专业叫法，行业内是通用的。具体意义是：左边的短线符号表示压气机；右边的短线符号表示涡轮；三个数字表示轴承的具体数目；数字“2”位于压气机左端，表示压气机左端有两个轴承支承；第一个“0”位于压气机和涡轮之间，表示压气机和涡轮之间没有轴承；第二个“0”位于涡轮右端，表示涡轮右端没有轴承。数字更换的话，意义同上，表示相应的位置有几个轴承。

进一步地，所述挤压油膜阻尼器安装在所述2-0-0式转子支撑结构的左端轴承和壳体之间，所述挤压油膜阻尼器外圈与壳体为过盈配合，所述挤压油膜阻尼器内圈与轴承为过盈配合。由于左端轴承安装了挤压油膜阻尼器，支撑刚度降低，转子工作时产生的振动会以右端轴承（相对左端轴承支撑刚度较大）为支点传递至左端轴承并得到放大（两轴承之间的支撑间距远大于转子悬臂端重心到右端轴承的距离），同时，右端轴承与转子重心之间转轴段的应变能会减小，利于保证该轴段的疲劳寿命。此时，需要将振动能量迅速耗散。

下面对本发明的挤压油膜阻尼器的原理进行介绍：通过在挤压油膜阻尼器支承周向加工镂空纹路，使之具有弹性；通过在结构、纹路中流通润滑油，利用结构截流效应，和油的粘性，提供阻尼，达到衰减振动的效果。弹性既要有一定的刚度，又要使整周刚度分布差距不大，以便保持一定的各向同性。因此，纹路要沿整周布置，但不能彼此贯通，否则就使得支承零件发生断裂。纹路的长度要有一定的要求，长度越长，油在其中分布的就越多，振动中产生的阻尼效应就越大，减振效果就越好。但纹路过长，就会使支承零件刚度过低，弹性过大，失去支承转子的功能。因此，要有适当的取值。

最外圈的外纹路，沿圆周方向加工，在竖直和水平的位置断开。为增加纹路长度，提高阻尼效果，断开处采用外翻曲线段结构，曲线形状可以为圆角或样条曲线。依据作用原理，也可采用其它形状增加纹路长度，但不能使纹路之间彼此贯通。为使结构刚度具有一定的各向同性，在最外圈的外纹路断开的位置的内圈，布置相应的内纹路。

为使支承结构同时具有足够、合适的径向刚度和周向刚度，在最外圈的外纹路和内圈的内纹路之间添加中间纹路组。该中间纹路组和结构功能通过嵌套组合的彼此不连通的短纹路方式实现。

进油槽为一凹槽，与壳体上的油道连通，能存储一定量的油，防止进油孔周围区域产生瞬间缺油；同时也能保持一定的供油压力和减少循环供油过程中的耗油损失。进油孔由壳体和凹槽形成的封闭区域（壳体与挤压油膜阻尼器外圈为过盈配合）供油，并引导油流入靠近挤压油膜阻尼器外圈的油膜纹路。油沿周向充满外圈油膜纹路，并沿轴向端泄至两侧顺径向流入并充满内圈油膜纹路，最后沿轴向以端泄的方式流出挤压油膜阻尼器进入回油循环。转子振动带动挤压油膜阻尼产生径向位移，驱动油在油膜纹路中流动，油自身的粘性、流道流阻、油膜纹路末端（盲道区域）截流效应，共同产生阻尼效应，耗散振动能量。储油孔分布在靠近挤压油膜阻尼器内圈的油膜纹路中，可储存一定量的油并作为压力缓冲区，防止振动时由于油膜纹路中瞬时动压超过供油压力，导致进油孔瞬时回油，供油中断，阻尼作用缺失。同时，由于沿挤压油膜阻尼器整周方向分布有油膜纹路，使得其径向刚度大大降低，将弹性支撑和阻尼减振的作用集于一身，增强了工程适用性。

同现有技术相比，本发明的挤压油膜阻尼器具有以下显著优点：

（1）本发明提供的挤压油膜阻尼器具有结构简单、成本低、安装方便的优点。

（2）该发明的挤压油膜阻尼器针对性强、减振效果明显、适合工程应用。

附图说明

图1装有挤压油膜阻尼器的2-0-0式支撑转子系统结构示意图；

图2为本发明的挤压油膜阻尼器等轴测视图；

图3为本发明的挤压油膜阻尼器正视图；

图4为本发明的挤压油膜阻尼器四分之一周期结构细节图；

图5为短纹路组各种可能的结构形式示意图。

图6为本发明的挤压油膜阻尼器在一个实施例中的阻尼器动态响应图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提供一种挤压油膜阻尼器，所述的挤压油膜阻尼器安装在2－0－0支撑转子结构上，如图1所示。如图2、3所示，本发明的挤压油膜阻尼器1为T型截面环形金属圈结构，使用时安装在左端轴承601和壳体8之间，挤压油膜阻尼器1外圈与壳体8为过盈配合，挤压油膜阻尼器1内圈与轴承601为过盈配合；挤压油膜阻尼器1的结构细节包括进油槽2、进油孔3、油膜纹路4、储油孔5。

所述进油槽2为加工在挤压油膜阻尼器1外圈，沿圆周方向布置的整周带状凹槽。在挤压油膜阻尼器1外圈与壳体8为过盈配合的条件下，进油槽2与壳体8组成的密封空间可以储存一定量的油，防止进油孔周围区域由于转子振动带来的压力波动而产生瞬间缺油；同时也能保持一定的供油压力和减少循环供油过程中的耗油损失。

所述进油孔3加工于进油槽2内，为沿挤压油膜阻尼器1外圈圆周方向均匀分布的径向油孔，进油孔3与外纹路Ⅰ401连通并向外纹路Ⅰ401供油。进油孔3和内纹路Ⅲ数量相等，沿圆周方向均匀分布，每一个进油孔中心线和内纹路Ⅲ的对称线之间夹角相等，且进油孔和内纹路Ⅲ的数量可按偶数增长，可为4个、6个、或8个等。本实施例中，进油孔3的数目为4个，每个进油孔之间的夹角为90度；内纹路Ⅲ402的个数也为4个，每个内纹路Ⅲ402之间的夹角为90度；每个进油孔中心线与内纹路Ⅲ402的对称线之间的夹角为45度。

如图3、4所示，油膜纹路4为镂空加工于挤压油膜阻尼器1的支承周向上的狭缝，按照径向方向的布置次序，油膜纹路4依次包括靠近外圈布置的多个外纹路Ⅰ401、靠近内圈布置的多个内纹路Ⅲ402及位于外纹路Ⅰ401和内纹路Ⅲ402之间的中间纹路组，每个外纹路Ⅰ401的两端各至少分别布置一个与其联通的中间纹路组，每个中间纹路组包括两个嵌套组合的彼此不连通的S型中间纹路Ⅱ403，相邻两个中间纹路组通过一个内纹路Ⅲ402彼此联通，外纹路Ⅰ401的长度大于内纹路Ⅲ402的长度，外纹路Ⅰ401、中间纹路组403和内纹路Ⅲ402均沿挤压油膜阻尼器1的圆周方向均匀分布。

油膜纹路4的缝隙尺寸为0.15mm。外纹路Ⅰ401靠近挤压油膜阻尼器1外圈，内纹路Ⅲ402靠近挤压油膜阻尼器1内圈；外纹路Ⅰ401与进油孔3连通，并且外纹路Ⅰ中带有储油孔5；内纹路Ⅲ402与储油孔5连通。为了增加纹路长度，提高阻尼效果，可以将外纹路Ⅰ401和/或内纹路Ⅲ402的两端部采用外翻曲线段结构，曲线形状为圆角、样条曲线或其它形状。

进油孔3和内纹路Ⅲ402的数量根据减振需要，可为4个、6个、或8个等；例如：4个进油孔和4个内纹路Ⅲ402时，每一个进油孔中心线和内纹路Ⅲ对称线之间夹角为45度；6个进油孔和6个内纹路Ⅲ时，每一个进油孔中心线和内纹路Ⅲ对称线之间夹角为30度；以此类推。

所述储油孔5为轴向通孔，直径为2mm，分布在油膜纹路4中间，分布规律如图3及图4所示。储油孔5分布在油膜纹路4中，可储存一定量的油并作为压力缓冲区，防止振动时由于油膜纹路4中瞬时动压超过供油压力，导致进油孔3瞬时回油，供油中断，阻尼作用缺失。

使用中，可根据振动量级决定进油孔3和油膜纹路4的数量。二者的数量越大，挤压油膜阻尼器1的径向刚度越小；油膜纹路4及储油孔5的几何加工尺寸越小，阻尼减振效果越明显。

中间纹路Ⅱ403除了图3、4中给出的双S型形状，还可以有其它多种形状，如图5所示。比如还可以是C形、反C形、多“C”或其它形状的样条曲线。

图6显示了当油膜纹路4的狭缝宽度为0.3mm时，阻尼器的动态响应，横坐标为时间，单位“秒”，纵坐标为振动位移值，单位为“毫米”。图中指示振动水平满足工程需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种挤压油膜阻尼器，整体为环形金属圈结构，包括进油槽、进油孔、油膜纹路、储油孔，其特征在于：

所述挤压油膜阻尼器的纵截面为T形，横截面为环形；

所述进油槽加工在所述挤压油膜阻尼器的外圈，为沿圆周方向布置的整周带状凹槽；

所述进油孔加工于所述进油槽内，为沿所述挤压油膜阻尼器外圈圆周方向均匀分布的径向油孔，所述进油孔与所述油膜纹路连通并向所述油膜纹路供油；

所述油膜纹路为镂空加工于所述挤压油膜阻尼器的支承周向上的狭缝，按照径向方向的布置次序，所述油膜纹路依次包括靠近外圈布置的多个外纹路Ⅰ、靠近内圈布置的多个内纹路Ⅲ及位于所述外纹路Ⅰ和内纹路Ⅲ之间的中间纹路组，每个所述外纹路Ⅰ的两端各至少分别布置一个与其联通的所述中间纹路组，每个所述中间纹路组包括多个嵌套组合的彼此不连通的中间纹路Ⅱ，相邻两个中间纹路组通过一个所述内纹路Ⅲ彼此联通，所述外纹路Ⅰ的长度大于所述内纹路Ⅲ的长度，所述外纹路Ⅰ、中间纹路组和内纹路Ⅲ均沿所述挤压油膜阻尼器的圆周方向均匀分布；

所述储油孔为轴向通孔，分布在所述油膜纹路中。

2.根据权利要求1所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：外纹路所述进油孔与所述外纹路Ⅰ连通；每个中间纹路组中，靠近外纹路I的一个中间纹路Ⅱ与所述外纹路Ⅰ连通，靠近内纹路III的一个中间纹路Ⅱ与所述内纹路Ⅲ联通。

3.根据权利要求1或2所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述外纹路Ⅰ的两端各至少布置一个与其联通的储油孔，所述内纹路Ⅲ中至少布置一个与其联通的储油孔。

4.根据权利要求2所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：与所述外纹路Ⅰ连通的中间纹路Ⅱ中至少布置一个与其联通的储油孔，与所述内纹路Ⅲ联通的短纹路Ⅱ中至少布置一个与其联通的储油孔。

5.根据权利要求1或2所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述进油孔和所述内纹路Ⅲ的数量相等，均为偶数个，每个进油孔的中心线和相邻内纹路Ⅲ的通过所述挤压油膜阻尼器中心的对称线之间的夹角相等。

6.根据上述任一项权利要求所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：每个中间纹路组包括多个嵌套组合的彼此不连通的中间纹路Ⅱ，每个所述中间纹路Ⅱ为样条曲线形。

7.根据权利要求6所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述中间纹路Ⅱ为S形、C形、反C形、多“C”或其它形状。

8.根据上述任一项权利要求所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述外纹路Ⅰ和/或所述内纹路Ⅲ的两端部均采用外翻曲线段结构，曲线形状为圆角、样条曲线或其它形状，以增加纹路长度。

9.根据上述任一项权利要求所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述挤压油膜阻尼器适用于微型燃气轮机或微小型涡轮喷气发动机中的转子支撑结构。

10.根据权利要求8所述的挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述挤压油膜阻尼器安装在所述转子支撑结构的左端轴承和壳体之间，其外圈与壳体过盈配合，其内圈与轴承外圈过盈配合。

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