IT8224283A1

IT8224283A1 - Supporto idrodinamico a pellicola di fluido

Info

Publication number: IT8224283A1
Application number: IT1982A24283A
Authority: IT
Priority date: 1981-11-23
Filing date: 1982-11-17
Publication date: 1984-05-17
Also published as: JPH0355692B2; IT1153046B; IT8224283A0; GB2110315B; IL67141A0; IL67141A; SE8206674D0; US4415280A; DE3241565A1; ES517466A0; DE3241565C2; BR8206707A; FR2516996A1; SE8206674L; SE450727B; FR2516996B1; JPS5899514A; ES8400556A1; GB2110315A

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"SUPPORTO IDRODINAMICO A PELLICOLA DI FLUIDO"

R I A S S U N T O

Un supporto idrodinamico di pellicola di fluido di zona supportata comprende un organo di trattenimento stazionario (15), una zona supportata rotante (20) disposta entro di esso ed un inserto comprendente un elemento a lamina cilindrico liscio (25) ed un organo di sostegno elastico cilindrico ondulata (45) disposto radialmente verso l'esterno dalla lamina. L'elemento di lamina e l'organo di sostegno elastico sono fissati alle loro estremit? all'organo di trattenimento in modo tale che l'organo di sostegno si estende dall'estremit? fissata in una direzione circonferenziale opposta rispetto a quella dell'estensione dell'elemento di lamina dalla sua estremit? fissata. La zona supportata ? supportata da uno strato di pellicola di fluido mantenuto dal movimento rotativo reciproco tra la zona supportata e l'elemento di lamina, il sostegno compensando le deflessioni della lamina e le escursioni della zona supportata dovute alla pressione del fluido e al carico del supporto.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda in generale i supporti idrodinamici con pellicola a fluido e pi? particolarmente tali supporti che impiegano una o piu lamine per stabilire e mantenere una pellicola di fluido entro il supporto ed un organo di sostegno elastico che compensa le deflessioni della lamina e le escursioni della parte rotante del supporto.

Recenti sforzi di migliorare i supporti ad alta velocit? come quelli usati nelle unit? di turbocompressore impiegate nei moderni macchinari del ciclo della aria per il raffreddamento e la ventilazione di aeromobili, hanno portato lo sviluppo di supporti idrodinamici con pellicola di fluido come quelli descritti e rivendicati nei brevetti U.S.A. ND 4.082.375 e 4.247.155 a e 4.116.503 e 4.133.585 , tutti di propriet? della richiedente della presente invenzione, nonch? il brevetto U.S.A. N? 3.635.534 .

In generale supporti idrodinamici con pellicola di fluido come quelli descritti nei brevetti sopra citati funzionano usi principio che un organo rotante quale un albero od una guida di scorrimento reggispinta ed un elemento adiacente quale una lamina liscia o simili, stabiliscono e mantengono uno strato di pellicola di fluido pressurizzata tra di essi, lo strato di pellicola di fluido qualche volta chiamato cuneo di pellicola di fluido fornendo un supporto lubrificato per l'organo rotante. Spesso una molla elastica o un mezzo di sostegno ? disposto tra la lamina ed un organo stazionario (altrimenti chiamato cartuccia, fermo o base) per compensare sia le deflessioni della lamina dovute alla sua pressurizzazione da parte dello strato di pellicola di fluido che le escursioni dell'organo rotante dovute al carico del supporto ed ai suoi squilibri come il vortice e simili.

Nel support? di zona supportata con lamina elastica descritto nel brevetto U.S.A. N? 4.133.585 , la lamina e l'organo di sostegno elastico sono combinati in un tratto continuo di lamina avvolta in una pluralit? di strati, lo strato pi? interno comprendendo una superficie di supporto liscia ed uno strato esterno avente una configurazione quasi poligonale che funziona come organo di sostegno elastico compensando le escursioni della zona supportata dovute al carico ed agli squilibri. La costruzione con strato a molte lamine fornita dalla lamina avvolta elicoidalmente ? vantaggiosa sotto certi aspetti. Per esempio si pensa che una lamina a molti strati fornisca uno smorzamento di coulomb migliorato, fornendo dissipazione di energia particolarmente adatta per supporti idrodinamici. Inoltre tali costruzioni a molte lamine mostrano anche una maggiore tolleranza alle escursioni del rotore, buona compensazione dell'espansione differenziale delle lamine, compensazione dei cattivi allineamenti di fabbricazione e delle imperfezioni nelle lamine, tolleranza ai contaminanti e buone caratteristiche all'usura per strisciamento ad alte velocit? ed anche durante l'avviamento e l'arresto. Mentre la struttura di lamina a pi? strati avvolti mostra i vantaggi sopra menzionati, si ricercano continuamente miglioramenti in tali supporto nelle aree della fabbricabilit?, delle caratteristiche di smorzamento, della facilit? nel montaggio e nello smontaggio e nella sostituzione della lamina, nella resistenza al moto telescopico della lamina e nella convenienza di fornire strati di lamine a pi? spessori.

E' perci? uno scopo principale della presente invenzione quello di fornire un supporto idrodinamico perfezionato con pellicola di fluido avente un inserto di lamina a molti strati.

E' un altro scopo della presente invenzione quello di.fornire un tale supporto avente resistenza migliorata al movimento telescopico della lamina.

E' un altro scopo della presente invenzione quello di fornire un tale supporto caratterizzato da una facilit? di fabbricazione nonch? facilit? di montaggio e smontaggio e sostituzione della lamina.

?' un altro scopo della presente invenzione quello di fornire un tale supporto avente uno smorzamento di coulomb migliorato.

Questi ed altri scopi che diverranno pi? chiari dalla seguente descrizione dettagliata presa assieme con le rivendicazioni annesse ed i disegni accompagnatori, vengono raggiunti dal supporto idrodinamico con pellicola di fluido della presente invenzione che include un organo di trattenimento stazionario, un organo rotante che definisce un distanziamento con l'organo stazionario, il distanziamento accogliendo un inserto che comprende almeno un elemento a lamina liscia ed un elemento di sostegno elastico fissato al fermo in modo tale che durante lo smorzamento per attrito a secco questi elementi sfregano nelle direzioni generalmente circonferenziali per una migliorata dissipazione dell'energia.

Nella forma di realizzazione preferita, il supporta include un secondo elemento a lamina concentricamente al primo elemento a lamina ed all'organo di sostegno elastico, le due lamine e l'organo di sostegno essendo formati in sagome cilindriche generalmente aperte per la facilit? di fabbricazione. Il montaggio e lo smontaggio per la sostituzione dell'inserto viene migliorato dalla previsione di una guida di chiavetta nell'interno dell'organo di trattenimento, le due lamine e l'organo di sostegno elastico essendo fissati ad una singola chiavetta che viene ricevuta entro la guida di chiavetta per il trattenimento dello inserto entro il supporto. L'impiego di tre organo distinti nell'inserto piuttosto che un singolo organo avvolto elicoidalmente elimina il movimento telescopico della lamina.

Nei disegni annessi:

La Fig. 1 ? una vista di testa del support? idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido della presente invenzione;

la Fig. 2 ? una vista di testa frammentaria ingrandita di una forma di realizzazione alternativa del supporto idrodinamico della presente invenzione;

la Fig. 3 ? una vista di testa di una seconda forma di realizzazione alternativa del supporto idrodinamico della presente invenzione; e

la Fig. 4 ? una vista di testa di una terza forma di realizzazione alternativa del supporto idrodinamico della presente invenzione.

Riferendosi alla Fig. 1, un supporto idrodinamico 1G di zona supportata con pellicola di fluido della presente invenzione include un organo di trattenimento stazionario o cartuccia 15 nota anche come guscio o fermo che racchiude un albero rotante o zona supportata 20 atto per il collegamento ad un rotore ad alta velocit? per tali apparecchiature come motori elettrici ad alta velocit? o rotori a palette per l'uso in qualsiasi tipo di turbocompressore ad alta velocit? come quelli impiegati nei macchinari del ciclo dell'aria per raffreddare e pressurizzare cabine di aeromobili. Un primo elemento a lamina liscio 25 ? disposto entro il distanziamento o l'interstizio 30, questa lamina essendo generalmente di una sagoma cilindrica aperta o spaccata (lungo il lato) e fissata lungo un bordo della sua apertura ad un lato della chiavetta 35 ricevuta in modo scorrevole entro la guida di chiavetta 40 prevista nell'organo di trattenimento 15. Un organo di sostegno elastico o molla 45 ondulata ? disposto entro l'interstizio 30 tra la lamina 25 e l'organo di trattenimento 15, la molla essendo anche generalmente di sagoma cilindrica aperta o spaccata (lungo il lato) e come la lamina 25 ? fissata lungo il suo bordo alla chiavetta 35 su una sua faccia che ? opposta a quella alla quale ? fissata la lamina. Questo attacco della lamina e della molla alla chiavetta 35 fornisce una fabbricabilit? migliorata ed una facilit? nella manutenzione nonch? facilita la rimozione della lamina e della molla per la sostituzione con lamine e con una molla di diverse propriet? per regolare le propriet? del supporto come la capacit? di carico, lo smorzamento e simili.

Il supporto 10 funziona sotto il principio fondamentale della generazione di pressione idrodinamica in quella parte dell'interstizio 30 tra la zona supportata 20 e la lamina 25. In condizioni teoriche e senza carico, i centri geometrici della zona supportata 20 e dei cilindri formata dalla lamina 25 e dallo organo di trattenimento 15 coincidono. Nelle condizioni operative effettive, vi ? sempre un certo carico sulla zona supportata 20 che sposta eccentricamente il centro di tale organo dai centri della lamina 25 e dell'organo di trattenimento 15 in modo da definire con la lamina 25 un interstizio a forma di cuneo. La rotazione della zona supportata fa si che il centro geometrico della zona supportata orbiti attorno al centro geometrico della lamina facendo si che l'interstizio a forma di cuneo orbiti cos? attorno al centro della lamina. Come le persone esperte nella tecnica riconosceranno, il posizionamento eccentrico dello albera rispetto alla lamina e la rotazione continua dell'albero provocano lo stabilimento ed il mantenimento di regioni di elevate e basse pressioni tra l'albero ela lamina che provoca il flusso di fluido dalla zona a pressione elevata alla zona a pressione inferiore che risulta in uno schiacciamento del fluido tra l'albero e la lamina, questo fenomeno definendo la pellicola di fluido di supporto che supporta i carichi radiali sul supporto ed impedisce alla zona supportata di contattare la lamina.

La molla serve fondamentalmente a due scopi. Essa fornisce un sostegno deformabile elastico che aiuta nella formazione dei cuneo di pellicola di fluido di supporto descritto in precedenza compensando certe deflessioni della lamina dovute alla sua pressurizzazione da parte della pellicola. La molla fornisce anche una capacit? complessiva di portanza del carico e di accomodamento delle escursioni della zona supportata dovute al carico ed agli squilibri della zona supportata stessa.

Come le persone esperte nella tecnica riconosceranno, i disturbi alla zona supportata 20 vengono smorzati dalla compressione o schiacciamento della pellicola di fluido tra la zona supportata ed una lamina adiacente, dalla compressione delle ondulazioni nell'organo di sostegno elastico o molla 45 e dallo smorzamento di coulomb. Per uno smorzamento di coulomb migliorato, ? stata la pratica quella di fornire strati di lamina multipli nell'inserto di supporto tra la zona supportata e l'organo di trattenimento, un esempio di tali strati multipli essendo quello descritto nel gi? menzionato brevetto U.S.A. a nome Licht in cui viene prevista una singola lamina in una configurazione avvolta elicoidalmente. Ancora riferendosi alla Fig. 1, in conformit? con la presente invenzione, per migliorare lo smorzamento di coulomb, un secondo elemento a lamina 50 viene previsto radialmente verso l'interno e concentricamente al primo elemento di lamina 25 ed alla molla 45. Come mostrato, il secondo elemento di lamina 50, come la molla ed il primo elemento di lamina, ? di una sagoma cilindrica aperta ed ? fissato alla prima sua estremit? ad una superficie interna della chiavetta 35. Si nota cos? che i disturbi alla zona supportata 20 vengono smorzati almeno in parte dallo smorzamento di coulomb tra il primo ed il secondo elemento a lamina 25 e 50 nonch? tra il primo elemento a lamina 25 e i vertici della molla 45.

Mediante la presente invenzione, il sopra notato,smorzamento di coulomb viene migliorato in modo notevole montando gli elementi di lamina e la molla all'organo di trattenimento 15 in modo tale che uno o pi? di questi elementi si estendono tra la prima estremit? montata circonferenzialmente in una direzione opposta a quella dell'estensione di un elemento od organo adiacente. Cos? si vede che la pressione radiale verso l'esterno della pellicola di fluido tra la zona supportata 20 e la prima lamina 50 spinge tale elemento di lamina verso l'esterno, aprendo il cilindro formato da tale lamina ed impartendo un movimento generalmente in senso orario a tale cilindro. Lo smorzamento di coulomb viene ottenuto da uno sfregamento del secondo elemento o elemento di lamina interno 50 contro il primo elemento o elemento di lamina esterno 25. Questo smorzamento di coulomb viene migliorato dall'estensione del primo elemento di lamina 25 in una direzione circonferenziale opposta a quella del secondo elemento di lamina. Ancora riferendosi' alla Fig. 1, di vede che quando la pressurizzazione della pellicola di fluido spinge il secondo elemento di lamina verso l'esterno, esso a sua volta spinge il primo elemento di lamina (esterno) verso l'esterno facendo si che detto elemento di lamina si apra e si sposti in senso antiorario, vale a dire in una direzione opposta a quella del secondo elemento di lamina. Si comprender? da parte delle persone esperte nella tecnica che il movimento degli elementi di lamina in direzioni opposte una all'altra produce una maggiore dissipazione di energia e smorzamento rispetto al movimento della stessa direzione circonferenziale come sarebbe il caso quando gli strati di lamina si estendono nella stessa direzione dal loro sostegno o equivalentemente quando le lamine comprendono strati adiacenti con un singolo elemento a lamina avvolto elicoidalmente.

Facendo ancora riferimento alla Fig. 1, si vede che il movimento verso l'esterno delle lamine sotto la pressurizzazione proveniente dalla pellicola di fluido, spinge le lamine contro la molla facendo si che la molla si apra verso l'esterno e si muova in una direzione generalmente in senso orario. Tuttavia poich? come indicato in precedenza il primo elemento di lamina quando pressurizzato si muove in una direzione generalmente in senso antiorario, lo smorzamento di coulomb migliorato dovuto al movimento opposto della molla e del primo elemento di lamina viene raggiunto a causa delle direzioni opposte di estensione circonferenziale di quegli organi dalle loro posizioni di sostegno.

Come ? stato riportato in precedenza, le lamine 25 e 50 e la molla 45 sono fissate alla chiavetta 35. Il metodo di attacco di questi elementi alla chiavetta dipender? naturalmente dai materiali usati nelle lamine, per la molla e per la chiavetta, la saldatura o brasatura essendo preferita ove questi elementi sono formati da materiali metallici. Nella forma di realizzazione preferita, le lamine e la molla sono formate dalla lega dinichel Inconel e la chiavetta ? formata di acciaio.

Riferendosi alla Fig. 2, viene mostrata una forma di realizzazione alternativa del supporto idrodinamico con pellicola di fluido della presente invenzione. In questa forma di realizzazione, la lamina interna 50 ? attaccata alla faccia di sinistra della chiavetta 35, e la lamina esterna 25 ? attaccata alla faccia superiore o interna della chiavetta mediante uno qualsiasi dei metodi appropriati riportati sopra. La molla 45 in questa forma di realizzazione ? trattenuta dal contatto superficiale con la chiavetta e con l'organo di trattenimento 15 e non ? attaccata positivamente all'uno o l'altro di questi organi. E' stato trovato che tale trattenimento di molla di minuisce la criticalit? della disposizione angolare della parte di testa fissa della molla dal resto di essa per un appropriato funzionamento di supporto, cos? da contribuire alla facilit? di fabbricabilit? del supporto.

Le Figg. 3 e 4 sono anch'esse illustrative di forme di realizzazione alternative della presente invenzione. Nella Fig. 3, il primo elemento di lamina ? disposto radialmente verso l'interno del secondo elemento di lamina, nel qual caso soltanto i due elementi di lamina si estendono in direzioni circonferenzialmente opposte l' una dall'altra, la seconda lamina 50 (esterna) estendendosi nella stessa direzione circonferenziale come la molla adiacente 45. Cos? si vede che per una molla e lamine di propriet? identiche a quelle del supporto mostrato in Fig. 1, quegli elementi nel supporto della Fig. 2 mostreranno alquanto meno smorzamento di coulomb poich? l'elemento di lamina esterno e la molla si muovono nella stessa direzione circonferenziale quando si aprono sotto pressione. Naturalmente per certi carichi meno smorzamento pu? essere desiderabile e si vede facilmente che l'attacco della molla e delle lamine e la chiavetta 35 permette facilmente di cambiare gli inserti di supporto per fare su misura lo smorzamento del supporto rispetto alle condizioni di carico del supporto stesso.

Una seconda forma di realizzazione alternativa della presente invenzione viene illustrata in Fig. 3 in cui sia il primo che il secondo elemento di lamina si estendono in direzione circonferenziale in senso orario dalle loro posizioni di sostegno alla chiavetta 35. Di conseguenza si vede che soltanto la molla 45 ed il primo elemento di lamina 25 si estendono in direzioni opposte per uno smorzamento di coulomb migliorato, lo smorzamento di coulomb tra le due lamine essendo alquanto inferiore rispetto a quello che si otterebbe dalle lamine che si estendono in direzioni opposte una rispetto all'altra come illustrato nelle Figg. 1 e 2.

Le dimensioni dell'organo di trattenimento, della zona supportata, delle lamine e della molla dipenderanno naturalmente dall'applicazione e dai carichi previsti del supporto. Per esempio quando il supporto viene impiegato in una unit? di turbocompressore da 50.000 a 100.000 giri al minuto per un sistema di condi

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Supporta idrodinamica di zana supportata con pellicola a fluido comprendente un organo di trattenimento stazionario, una zona supportata rotante che definisce con detto organo stazionario un distanziamento anulare tra di essi, un primo elemento a lamina liscio generalmente cilindrico disposto entro detto distanziamento, detta zona supportata essendo supportata su uno strato pressurizzato di pellicola di fluido mantenuto dal movimento rotante reciproco tra detta zona supportata e detto primo elemento di lamina, ed inoltre comprendente un organo di sostegno elastico generalmente cilindro che ? disposto in detto distanziamento generalmente concentrico e radialmente disposto verso l'esterno rispetto a detto primo elemento di lamina, detto organo di sostegno elastico compensando la deflessione di detto elemento di lamina dovuta alla sua pressurizzazione da parte di detto strato di pellicola di fluido e le.escursioni di detta zona supportata dovute al carico ed ai suoi squilibri, detto supporto idrodinamico con pellicola di fluido essendo caratterizzato dal fatto che detto primo elemento di lamina e detto organo di sostegno elastico sono fissati a detto organo di trattenimento in modo tale che lo smorzamento di coulomb viene effettuato mediante il contatto di sfregamento tra detto elemento a lamina e l'organo di sostegno elastico in direzioni circonferenziali opposte di essi.

2. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 1 caratterizzato inoltre dal fatto che detto primo elemento di lamina liscio e detto organo di sostegno elastico sono fissati alle loro prime estremit? a detto organa di trattenimento e si estendono da dette prime loro estremit? in direzioni circonferenziali opposte.

3. Supporto idrodinamico con zona supportata di pellicola di fluido secondo la rivendicazione 1, caratterizzato inoltre da un secondo elemento a lamina liscio complessivamente cilindrico disposto in detto distanziamento radialmente verso l'interno rispetto a detto organo di sostegno elastico e concentrico a detto primo elemento di lamina e a detto organo di sostegno elastico, detto secondo elemento a lamina essendo fissato a detto organo di trattenimento in modo tale che viene effettuato lo smorzamento di coulomb almeno in parte mediante il contatto di sfregamento, tra detto secondo elemento alamina liscio ed almeno uno tra detto primo elemento a lamina e detto organo di sostegno elastico in direzioni circonferenziali opposte di essi.

4. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 3 caratterizzato inoltre dal fatto che detti primo e secondo elemento a lamina liscio e detto organo di sostegno elastico sono fissati alle loro prime estremit? a detto organo di trattenimento e si estendono da dette prime estremit? in direzioni circonferenziali, la direzione circonferenziale di estensione di detto secondo elemento a lamina liscio essendo opposta a quella di almeno uno tra detto primo elemento a lamina liscio e detto organo di sostegno elastico.

5. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 4 caratterizzato inoltre dal fatto che detto secondo elemento di lamina si estende in una direzione circonferenziale opposta a quella di detto primo elemento di lamina ed ? disposto radialmente verso l'interno da esso.

6. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 4 caratterizzato inoltre dal fatto che detto secondo elemento di lamina si estende in una direzione circonferenziale opposta a quella di detto primo elemento di lamina ed ? disposto radialmente verso l'esterno da esso.

7. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 4 caratterizzato inoltre dal fatto che detto secondo elemento di lamina si estende in una direzione circonferenziale opposta a quella di detto organo di sostegno elastico.

8. Supporto idrodinamico,di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 1, caratterizzato inoltre dal fatto che detto organo di trattenimento include una fessura in esso e detta primo elemento di lamina e detto organo di sostegno elastico alle loro prime estremit? sono montati su una chiavetta ricevuta entro detta fessura.

9. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 3, caratterizzato inoltre dal fatto che detto organo di trattenimento include una fessura in esso e detto primo elemento di lamina e detto organo di sostegno elastico in corrispondenza delle loro prime estremit? sono montati su una chiavetta ricevuta entro detta fessura, detto secondo elemento di lamina non essendo attaccato a detta chiavetta ed essendo costretto ad una sua prima estremit? da un contatto superficiale con detta chiavetta e con detta fessura.

10. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 1, caratterizzato inoltre dal fatto che detto primo elemento di lamina e detto organo di sostegno elastico sono ciascuno fessurati longitudinalmente lungo i loro lati.

11. Supporto idrodinamico di zona supportata con pellicola di fluido secondo la rivendicazione 3 caratterizzato inoltre dal fatto che detti primo e secondo elemento a lamina e detto organo di sostegno elastico sono ciascun fessurati longitudinalmente lungo i loro lati.