RU2222381C1

RU2222381C1 - Centrifugal apparatus with gas static supporting unit

Info

Publication number: RU2222381C1
Application number: RU2002132549/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Артамонов (RU); В.А. Артамонов; Эдуард Леонидович Бороха (BY); Эдуард Леонидович Бороха; Владимир Иванович Бородавко (BY); Владимир Иванович Бородавко; Владимир Васильевич Воробьев (BY); Владимир Васильевич Воробьев; Анатолий Викторович Горобец (BY); Анатолий Викторович Горобец; Евгений Николаевич Иванов (BY); Евгений Николаевич Иванов; А.Ю. Козин (RU); А.Ю. Козин
Original assignee: Научно-производственное республиканское унитарное предприятие "НПО "Центр"; ЗАО "Урал-Омега"
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: centrifugal apparatus has case, working tool, gas static vertical supporting unit with bearing surfaces made in the form of spherical part with foot connected to shaft and step bearing provided with central opening for feeding gaseous working fluid to bearing surfaces, gas supply system, and radial supporting device comprising bearing unit and flexible supporting unit. The latter is composed of upper supporting base rigidly connected to bearing unit, lower supporting base rigidly connected to case, and flexible supporting member arranged between supporting bases. Mechanical transmission has three shafts sequentially connected for intersecting pins, with one of shafts made telescopic. Foot is positioned so as to form gap between bearing surfaces. Foot has radius of bearing surface providing arrangement of curvature center higher than center of rotor weight. EFFECT: increased efficiency in providing processes inducing substantial dynamic imbalance of rotor and enhanced reliability in operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к центробежным установкам с вертикальным ротором (дробилки, мельницы, центрифуги различного назначения, центробежные испытательные стенды), и может быть использовано для осуществления центробежных технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность ротора.The invention relates to mechanical engineering, namely to centrifugal plants with a vertical rotor (crushers, mills, centrifuges for various purposes, centrifugal test benches), and can be used to carry out centrifugal processes that cause significant dynamic rotor imbalance.

Известна центробежная установка с газостатическим опорным узлом (центрифуга), содержащая корпус, рабочий орган, установленный внутри корпуса, газостатический вертикальный опорный узел с полусферическими несущими поверхностями, пята которого соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник (статор) которого имеет отверстия для подвода и отвода газа, систему газообеспечения на основе компрессора, связанную с подпятником, и пневмопривод, взаимодействующий с опорным узлом с возможностью радиальных и угловых смещений ротора, при этом центр кривизны несущих поверхностей совпадает или расположен выше центра масс ротора [1].A centrifugal installation with a gas-static supporting unit (centrifuge) is known, comprising a housing, a working body mounted inside the housing, a gas-static vertical supporting unit with hemispherical bearing surfaces, the heel of which is connected to the working body, forming a rotor, and the thrust bearing (stator) of which has openings for supply and gas outlet, a compressor-based gas supply system connected to the thrust bearing, and a pneumatic actuator interacting with the support unit with the possibility of radial and angular displacements of the rotor, m the center of curvature of the bearing surfaces coincides or is located above the center of mass of the rotor [1].

Однако известная центробежная установка обладает низкой надежностью и не позволяет добиться значительного снижения динамических воздействий ротора на опорный узел и фундамент установки при осуществлении центробежных технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность ротора при высоких удельных энергозатратах вследствие того, что функциональные характеристики опорного узла (параметры несущих поверхностей и величина зазора между несущими поверхностями), системы газообеспечения (параметры газового потока) и привода (вращательный момент, передаваемый на ротор) не оптимизированы.However, the known centrifugal installation has low reliability and does not allow to significantly reduce the dynamic effects of the rotor on the support unit and the foundation of the installation when performing centrifugal processes that cause significant dynamic unbalance of the rotor at high specific energy costs due to the functional characteristics of the support unit (parameters of bearing surfaces and the gap between the bearing surfaces), gas supply systems (gas parameters flow) and the actuator (torque transmitted to the rotor) have not been optimized.

Известна также центробежная установка с газостатическим опорным узлом, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого беззазорно соединена с рабочим органом, образуя ротор, и имеет центр кривизны несущих поверхностей выше центра масс ротора, а подпятник выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, содержащую, по крайней мере, один вентилятор в качестве устройства для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного и связанную с центральным отверстием подпятника, и привод с механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим [2].Also known is a centrifugal installation with a gas-static supporting unit, comprising a housing, a working body, a gas-static vertical supporting unit with bearing surfaces as part of a sphere, the heel of which is seamlessly connected to the working body, forming a rotor, and has a center of curvature of the bearing surfaces above the center of mass of the rotor, and the thrust bearing is made with a central hole for supplying a gaseous working fluid to the bearing surfaces, a gas supply system containing at least one fan as a floor device cheniya gaseous working fluid at a pressure above atmospheric pressure and connected with a central hole thrust bearing and drive with the mechanical transmission consisting of three shafts, connected in series with the possibility of intersection of the axes, one of which is formed telescopically [2].

Однако данная центробежная установка обладает недостаточно высокой надежностью из-за возникающей динамической неуравновешенности ротора при осуществлении высокоинтенсивных центробежных технологических процессов и на резонансных частотах вращения ротора, что может привести к трению рабочего органа о корпус и выходу его из строя. Эти недостатки связаны с низкой радиальной и угловой устойчивостью ротора, вызванной отсутствием радиальной опоры, и с тем, что геометрические характеристики установки не оптимизированы с учетом расположения центра кривизны несущей поверхности пяты. Кроме этого, в известной установке возможно падение ротора на подпятник при аварийном отключении газостатического опорного узла.However, this centrifugal installation is not sufficiently reliable due to the dynamic rotor imbalance that occurs during the implementation of high-intensity centrifugal processes and at resonant frequencies of rotor rotation, which can lead to friction of the working body against the housing and its failure. These disadvantages are associated with low radial and angular stability of the rotor caused by the absence of radial bearings, and the fact that the geometric characteristics of the installation are not optimized taking into account the location of the center of curvature of the heel bearing surface. In addition, in a known installation, the rotor may fall on the thrust bearing during an emergency shutdown of the gas-static support unit.

Задача изобретения состоит в повышении надежности работы установки путем исключения трения рабочего органа о корпус при осуществлении высокоинтенсивных центробежных технологических процессов и на резонансных частотах вращения ротора за счет повышения радиальной и угловой устойчивости ротора, оптимизации геометрических характеристик установки и в обеспечении предотвращения падения ротора на подпятник при аварийном отключении газостатического опорного узла.The objective of the invention is to increase the reliability of the installation by eliminating the friction of the working body on the housing during the implementation of high-intensity centrifugal processes and at resonant frequencies of rotation of the rotor by increasing the radial and angular stability of the rotor, optimizing the geometric characteristics of the installation and ensuring preventing the rotor from falling on the thrust bearing during an emergency shutting down the gas-static support unit.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи в центробежной установке с газостатическим опорным узлом, содержащей корпус, рабочий орган, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого объединена с рабочим органом, образуя ротор, и имеет центр кривизны несущей поверхности выше центра масс ротора, а подпятник выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, содержащую, по крайней мере, одно устройство для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного и связанную с центральным отверстием подпятника, и привод с механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим, отличием является то, что установка дополнительно содержит вертикальный вал, установленный в роторе между рабочим органом и пятой, и радиальное опорное устройство, связывающее ротор с корпусом и содержащее подшипниковый узел, установленный на вертикальном валу, и упругий опорный узел, состоящий из верхнего опорного основания, жестко соединенного с подшипниковым узлом, нижнего опорного основания, жестко соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между опорными основаниями, при этом пята установлена на валу с образованием зазора между несущими поверхностями, а расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и центром масс ротора определяется уравнением, м:The essence of the invention lies in the fact that to solve the problem in a centrifugal installation with a gas-static supporting unit, comprising a housing, a working body, a gas-static vertical supporting unit with bearing surfaces in the form of a part of a sphere, the heel of which is combined with the working body, forming a rotor, and has a center the curvature of the bearing surface above the center of mass of the rotor, and the thrust bearing is made with a Central hole for supplying a gaseous working fluid to the bearing surfaces, a gas supply system containing at least at least one device for producing a gaseous working fluid with a pressure higher than atmospheric and connected with the center hole of the thrust bearing, and a drive with a mechanical transmission, consisting of three shafts connected in series with the possibility of intersecting axes, one of which is made telescopic, the difference is that the installation additionally contains a vertical shaft mounted in the rotor between the working body and the fifth, and a radial support device connecting the rotor to the housing and containing a bearing assembly, lenny on a vertical shaft, and an elastic support node consisting of an upper support base rigidly connected to the bearing assembly, a lower support base rigidly connected to the housing, and an elastic support element located between the support bases, while the heel is mounted on the shaft with the formation of a gap between bearing surfaces, and the distance between the center of curvature of the bearing surface of the heel and the center of mass of the rotor is determined by the equation, m:

А = (0,2 - 0,8) R,A = (0.2 - 0.8) R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и большим основанием пяты определяется уравнением, м:the distance between the center of curvature of the heel bearing surface and the large base of the heel is determined by the equation, m:

Н = (0,25 - 0,6) R,H = (0.25 - 0.6) R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и соединением двух верхних валов механической передачи определяется уравнением, м:the distance between the center of curvature of the bearing surface of the heel and the connection of the two upper shafts of the mechanical transmission is determined by the equation, m:

H₁ =(0,1-1,0) R,H ₁ = (0.1-1.0) R,

расстояние между центром кривизны несущей поверхности пяты и плоскостью, в которой взаимодействуют верхнее опорное основание и упругий опорный элемент, определяется отношением, м:the distance between the center of curvature of the heel bearing surface and the plane in which the upper support base and the elastic support element interact, is determined by the ratio, m:

Н₂ ≤ 0,5 R,H ₂ ≤ 0.5 R,

где R - радиус несущей поверхности пяты, м.where R is the radius of the bearing surface of the heel, m

Изобретение поясняется чертежом - общий вид установки в разрезе.The invention is illustrated in the drawing - a General view of the installation in section.

Центробежная установка с газостатическим опорным узлом содержит корпус 1, рабочий орган 2 на вертикальном валу 3, газостатический вертикальный опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята 4 которого соединена с валом 3, а подпятник 5 выполнен с центральным отверстием 6 для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения (на чертеже не показана), связанную с центральным отверстием 6 подпятника 5, радиальное опорное устройство, связывающее ротор, состоящий из рабочего органа 2, вертикального вала 3 и пяты 4, с корпусом 1 и привод 7 с механической передачей 8.A centrifugal installation with a gas-static supporting unit comprises a housing 1, a working body 2 on a vertical shaft 3, a gas-static vertical supporting unit with bearing surfaces as part of a sphere, the heel 4 of which is connected to the shaft 3, and the thrust bearing 5 is made with a central hole 6 for supplying a gaseous working bodies to bearing surfaces, a gas supply system (not shown in the drawing), connected to the central hole 6 of the thrust bearing 5, a radial support device connecting the rotor, consisting of a working body 2, vertical shaft 3 and the heel 4 to the housing 1 and the actuator 7 with the mechanical transmission 8.

Радиальное опорное устройство содержит подшипниковый узел 9, установленный на вертикальном валу 3, и упругий опорный узел, состоящий из верхнего опорного основания 10, жестко соединенного с подшипниковым узлом 9, нижнего опорного основания 11, жестко соединенного с корпусом 1, и упругого опорного элемента 12, расположенного между опорными основаниями 10 и 11.The radial support device comprises a bearing assembly 9 mounted on a vertical shaft 3, and an elastic support assembly consisting of an upper support base 10, rigidly connected to the bearing assembly 9, a lower support base 11, rigidly connected to the housing 1, and an elastic support element 12, located between the supporting bases 10 and 11.

Механическая передача 8 состоит из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим.Mechanical transmission 8 consists of three shafts connected in series with the possibility of intersection of the axes, one of which is made telescopic.

Пята 4 установлена на валу 3 с образованием зазора 13 между несущими поверхностями и имеет радиус R несущей поверхности, обеспечивающий расположение центра Or кривизны выше центра Cm масс ротора.The heel 4 is mounted on the shaft 3 with the formation of a gap 13 between the bearing surfaces and has a radius R of the bearing surface, providing the location of the center of curvature Or above the center of mass Cm of the rotor.

Система газообеспечения содержит, по крайней мере, одно устройство для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного.The gas supply system contains at least one device for producing a gaseous working fluid with a pressure above atmospheric.

При этом:Wherein:

- расстояние между центром Or кривизны несущей поверхности пяты 4 и центром Cm масс ротора определяется уравнением, в м:- the distance between the center of curvature Or of the heel bearing surface 4 and the center of mass Cm of the rotor is determined by the equation, in m:

А = (0,2- 0,8) R, (1)A = (0.2--0.8) R, (1)

- расстояние между центром Or кривизны несущей поверхности пяты 4 и ее большим основанием определяется уравнением, в м:- the distance between the center Or of curvature of the bearing surface of the heel 4 and its large base is determined by the equation, in m:

Н = (0,25 - 0,6) R, (2)H = (0.25 - 0.6) R, (2)

- расстояние между центром Or кривизны несущей поверхности пяты 4 и соединением двух верхних валов механической передачи 8 определяется уравнением, в м:- the distance between the center Or of curvature of the bearing surface of the heel 4 and the connection of the two upper shafts of the mechanical transmission 8 is determined by the equation, in m:

H₁ =(0,1-1,0) R, (3)H ₁ = (0.1-1.0) R, (3)

- расстояние между Or и плоскостью, в которой взаимодействуют верхнее опорное основание 10 и упругий опорный элемент 12, определяется отношением, в м:- the distance between Or and the plane in which the upper support base 10 and the elastic support element 12 interact, is determined by the ratio, in m:

Н₂ ≤ 0,5R, (4)H ₂ ≤ 0,5R, (4)

где R - радиус несущей поверхности пяты 4, м.where R is the radius of the bearing surface of the heel 4, m

Геометрические характеристики по уравнению (1) обеспечивают высокую устойчивость ротору, особенно при максимальном значении. По уравнению (2) обеспечивается угловая устойчивость ротора. По уравнению (3) обеспечиваются минимальные нагрузки на радиальный опорный узел, особенно при минимальном значении. По отношению (4) обеспечиваются минимальные нагрузки на механическую передачу 8.The geometric characteristics according to equation (1) provide high stability to the rotor, especially at the maximum value. Equation (2) provides the angular stability of the rotor. According to equation (3), minimum loads on the radial support assembly are provided, especially at the minimum value. In relation (4), the minimum load on the mechanical transmission 8 is provided.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Включают систему газообеспечения, содержащую, например, в качестве устройства для получения газообразного рабочего тела с давлением выше атмосферного вентилятор, соединенный с отверстием 6 подпятника 5. Рабочее тело через отверстие 6 поступает в зазор 13 между несущими поверхностями и создает избыточное давление, под действием которого ротор установки приподнимается, а в зазоре 13 создается опорная воздушная подушка.They include a gas supply system, containing, for example, as a device for producing a gaseous working fluid with a pressure higher than atmospheric fan connected to the hole 6 of the thrust bearing 5. The working fluid through the hole 6 enters the gap 13 between the bearing surfaces and creates excess pressure, under which the rotor installation rises, and in the gap 13 creates a reference airbag.

Затем включают привод 7 (электродвигатель) с механической передачей 8 и придают вращение ротору с требуемой скоростью.Then turn on the drive 7 (electric motor) with a mechanical gear 8 and rotate the rotor at the required speed.

При вращении ротора в рабочем органе 2 возникает поле центробежных сил, посредством которого осуществляют различные центробежные технологические процессы: ускорение дробимого материала в ускорителях ударно-центробежных дробилок и мельниц, разделение, смешивание, сушка, пропитка, очистка и т. п. процессы в рабочих органах центрифуг и сепараторов, испытание деталей на центробежных испытательных стендах, центробежное литье в центробежных литейных машинах.When the rotor rotates in working body 2, a field of centrifugal forces arises, through which various centrifugal processes are carried out: acceleration of crushed material in accelerators of centrifugal impact crushers and mills, separation, mixing, drying, impregnation, cleaning, etc. processes in working bodies centrifuges and separators, testing parts on centrifugal test benches, centrifugal casting in centrifugal foundry machines.

При прохождении резонансных частот, возникающих при разгоне и торможении скорости вращения ротора, а также при динамической неуравновешенности, возникающей в рабочем органе 2, ротор начинает совершать радиальные и угловые колебания с большой амплитудой. Благодаря тому, что установка дополнительно содержит радиальный опорный узел, соединяющий ротор с корпусом 1, а ротор выполнен с оптимизированными геометрическими характеристиками обеспечивается высокая радиальная и угловая устойчивость ротора и, соответственно, повышается надежность работы установки за счет предотвращения трения рабочего органа 2 о корпус 1 и пяты 4 о подпятник 5.With the passage of resonant frequencies that occur during acceleration and deceleration of the rotor speed, as well as with the dynamic imbalance that occurs in the working body 2, the rotor begins to make radial and angular vibrations with large amplitude. Due to the fact that the installation additionally contains a radial support node connecting the rotor with the housing 1, and the rotor is made with optimized geometric characteristics, high radial and angular stability of the rotor is ensured and, accordingly, the reliability of the installation is increased by preventing friction of the working body 2 on the housing 1 and heels 4 on the thrust bearing 5.

Источники информацииSources of information

1. Патент Великобритании № 839622, В 04 В 9/12, опубл. 1960.1. British patent No. 839622, 04 B 9/12, publ. 1960.

2. Патент РФ № 2183136, В 02 С 13/14, опубл. 10.06.2002.2. RF patent No. 2183136, 02 C 13/14, publ. 06/10/2002.

Claims

A centrifugal installation with a gas-static supporting unit, comprising a housing, a working body, a gas-static vertical supporting unit with bearing surfaces in the form of a part of a sphere, the heel of which is combined with the working body, forming a rotor, and has a center of curvature of the bearing surface above the center of mass of the rotor, and the thrust bearing of which is made with a central hole for supplying a gaseous working fluid to bearing surfaces, a gas supply system comprising at least one device for producing a gaseous working fluid with yes above atmospheric and connected to the central hole of the thrust bearing, and a drive with a mechanical transmission, consisting of three shafts connected in series with the possibility of intersecting axes, one of which is made telescopic, characterized in that the installation further comprises a vertical shaft mounted in the rotor between the working body and a fifth and radial support device connecting the rotor to the housing and containing a bearing assembly mounted on a vertical shaft and an elastic support assembly consisting of an upper about a support base rigidly connected to the bearing assembly, a lower support base rigidly connected to the housing and an elastic support element located between the support bases, the heel mounted on the shaft with the formation of a gap between the bearing surfaces, and the distance between the center of curvature of the bearing surface of the heel and the center of mass of the rotor is determined by the equation, m

A = (0.2 - 0.8) R,

the distance between the center of curvature of the heel bearing surface and the large base of the heel is determined by the equation, m

H = (0.25 - 0.6) R,

the distance between the center of curvature of the bearing surface of the heel and the connection of the two upper shafts of the mechanical transmission is determined by the equation, m

H ₁ = (0.1-1.0) R,

the distance between the center of curvature of the heel bearing surface and the plane in which the upper supporting base and the elastic supporting element interact is determined by the ratio, m

H ₂ ≤ 0.5R,

where R is the radius of the bearing surface of the heel.