RU2246055C1

RU2246055C1 - Vertical rotor installation with gas-static support

Info

Publication number: RU2246055C1
Application number: RU2003122291/11A
Authority: RU
Inventors: В.А. Артамонов (RU); В.А. Артамонов; Эдуард Леонидович Бороха (BY); Эдуард Леонидович Бороха; Владимир Васильевич Воробьёв (BY); Владимир Васильевич Воробьёв; Евгений Николаевич Иванов (BY); Евгений Николаевич Иванов; А.Ю. Козин (RU); А.Ю. Козин; Григорий Михайлович Лускин (BY); Григорий Михайлович Лускин
Original assignee: Научно-производственное республиканское унитарное предприятие "НПО "Центр"; ЗАО "Урал-Омега"
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10
Also published as: RU2003122291A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: installation comprises housing, working member mounted on the shaft, gas-static unit with carrying surface made of a part of sphere whose thrust journal is connected with the shaft of the working member to form a rotor. The thrust bearing of the unit has central port for supplying gas to the carrying surfaces. In addition, the installation has bearing unit mounted on the shaft of the working member, flexible bearing unit which connects the bearing unit with the housing, gas supply system connected with the central port of the thrust bearing, and drive with a gearing transmission composed of three shafts connected in series for permitting axes to be crossed. The bearing unit comprises movable bearing member connected with the bearing unit, unmovable bearing member connected with the housing, and flexible bearing member interposed between the movable and unmovable bearing members. The shaft of the working member is set in the bearing for permitting a space between the carrying surfaces. The installation has the second flexible bearing unit mounted above the working member and composed of rotatable bearing member made of a shell and secured to the working member, at least three rotation bodies mounted on the axle, and bearing members, one end each of which is connected with the housing for radial movements and is spring-loaded to it. The other ends are connected with the axle of the rotation body. The shell and rotation bodies are mounted with a spaced relation to each other.

EFFECT: improved performance of installation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к роторным установкам с вертикальной осью вращения ротора и может найти применение в различных отраслях машиностроения: дробилки и мельницы с роторным рабочим органом (ударно-центробежные, молотковые и бильные), центрифуги и сепараторы различного назначения, центробежные испытательные стенды, турбины, электрогенераторы, двигатели, станки и другие роторные установки с, преимущественно, высокоскоростным рабочим органом для осуществления технологических процессов, вызывающих значительную динамическую неуравновешенность ротора.The invention relates to rotary plants with a vertical axis of rotation of the rotor and can find application in various engineering industries: crushers and mills with rotary working body (shock-centrifugal, hammer and beater), centrifuges and separators for various purposes, centrifugal test benches, turbines, electric generators, engines, machine tools and other rotary plants with, mainly, a high-speed working body for the implementation of technological processes causing a significant dynamic imbalance rotor con- cern.

Известна вертикальная роторная установка (роторный механизм центробежной установки) с газостатической опорой, содержащая корпус, рабочий орган, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого непосредственно соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, 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 [1].Known vertical rotor installation (rotor mechanism of a centrifugal installation) with a gas-static support, comprising a housing, a working body, a gas-static supporting unit with bearing surfaces in the form of a part of a sphere, the heel of which is directly connected to the working body, forming a rotor, and the thrust bearing is made with a central hole for the supply of a gaseous working fluid to the bearing surfaces, a gas supply system connected to the central hole of the thrust bearing, and a drive with a mechanical transmission, consisting of three fishing, connected in series with the possibility of intersection of the axes, one of which is made telescopic [1].

Однако данная роторная установка обладает недостаточно высокой надежностью, т.к. при возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе и при резонансных частотах вращения возникают радиально-угловые колебания ротора, которые при осуществлении технологических процессов на высоких скоростях вращения могут привести к ударам и трению пяты о подпятник и выходу газостатического опорного узла из строя. Эти недостатки связаны со слабой радиальной и угловой устойчивостью ротора, вызванной отсутствием радиальной опоры. Кроме этого, выходу газостатического опорного узла из строя может привести падение ротора на подпятник при аварийном отключении системы газообеспечения.However, this rotary installation is not sufficiently reliable, because when a mode imbalance occurs in the working body and at resonant rotation frequencies, radial-angular oscillations of the rotor occur, which, when technological processes are carried out at high rotation speeds, can lead to shock and friction of the heel against the thrust bearing and the failure of the gas-static support unit. These disadvantages are associated with weak radial and angular stability of the rotor caused by the lack of radial support. In addition, the failure of the gas-static support unit can result in the rotor falling onto the thrust bearing during an emergency shutdown of the gas supply system.

Известна также вертикальная роторная (центробежная) установка с газостатической опорой, содержащая корпус, рабочий орган, установленный на валу, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с валом рабочего органа, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, подшипниковый узел, установленный на валу рабочего органа, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел и корпус и состоящий из подвижного опорного элемента, соединенного с подшипниковым узлом, неподвижного опорного элемента, соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между подвижным и неподвижным опорными элементами, систему газообеспечения, 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, при этом вал рабочего органа установлен в подшипниковом узле таким образом, что между несущими поверхностями имеется зазор [2].Also known is a vertical rotor (centrifugal) installation with a gas-static support, comprising a housing, a working body mounted on a shaft, a gas-static supporting unit with bearing surfaces in the form of a part of a sphere, the heel of which is connected to the shaft of the working body, forming a rotor, and the thrust bearing of which is made with a central a hole for supplying a gaseous working fluid to the bearing surfaces, a bearing assembly mounted on the shaft of the working body, an elastic support assembly connecting the bearing assembly and the housing and consisting of a movable support element connected to the bearing assembly, a fixed support element connected to the housing, and an elastic support element located between the movable and stationary support elements, a gas supply system connected to 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 intersection of the axes, one of which is made telescopic, while the shaft of the working body is installed in the bearing unit so that between The bearing surfaces have a gap [2].

Однако данная роторная установка обладает недостаточно высокой надежностью работы, т.к. при режимном дисбалансе рабочего органа и резонансных частотах вращения возникает неуравновешенность ротора, обуславливающая высокоамплитудные колебания ротора и, соответственно, высокие переменные динамические нагрузки в радиальном и угловом направлениях на подшипниковый и упругий опорный узел и их достаточно быстрый выход из строя, особенно упругого опорного элемента. Эти недостатки связаны с тем, что опорные узлы, расположенные между рабочим органом и пятой, т.е. в средней части ротора, не обеспечивают получение технического результата, заключающегося в обеспечении упругого ограничения угловых колебаний ротора.However, this rotary installation has insufficiently high reliability, because with operational imbalance of the working body and resonant rotational frequencies, rotor imbalance occurs, which causes high-amplitude oscillations of the rotor and, accordingly, high variable dynamic loads in the radial and angular directions on the bearing and elastic support unit and their rather quick failure, especially the elastic support element. These disadvantages are associated with the fact that the support nodes located between the working body and the fifth, i.e. in the middle part of the rotor, do not provide a technical result, which consists in providing an elastic limitation of the angular oscillations of the rotor.

Задача изобретения состоит в значительном повышении надежности работы роторной установки за счет обеспечения снижения динамических нагрузок на опорные узлы, путем получения технического результата, заключающегося в обеспечении упругого ограничения угловых колебаний ротора.The objective of the invention is to significantly increase the reliability of the rotor installation by providing a reduction in dynamic loads on the support nodes, by obtaining a technical result, which consists in providing an elastic limit of the angular oscillations of the rotor.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи путем достижения указанного технического результата в вертикальной роторной установке с газостатической опорой, содержащей корпус, рабочий орган, установленный на валу, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята которого соединена с валом рабочего органа, образуя ротор, а подпятник которого выполнен с центральным отверстием для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, подшипниковый узел, установленный на валу рабочего органа, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел и корпус и состоящий из подвижного опорного элемента, соединенного с подшипниковым узлом, неподвижного опорного элемента, соединенного с корпусом, и упругого опорного элемента, расположенного между подвижным и неподвижным опорными элементами, систему газообеспечения, 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, при этом вал рабочего органа установлен в подшипниковом узле таким образом, что между несущими поверхностями имеется зазор, согласно изобретению установка содержит второй упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом и состоящий из вращающегося опорного элемента, выполненного в виде обечайки и закрепленного на рабочем органе, тел вращения в количестве не менее трех, каждое из которых установлено на оси, и опорных элементов, каждый из которых одним концом соединен с корпусом с возможностью радиальных перемещений и подпружинен к нему, а вторым концом - с осью тела вращения, причем между обечайкой и телами вращения имеется зазор. Кроме этого, тела вращения снабжены упругим кольцеобразным элементом.The essence of the invention lies in the fact that to solve the problem by achieving the specified technical result in a vertical rotary installation with a gas-static support, comprising a housing, a working body mounted on a shaft, a gas-static support assembly with bearing surfaces as part of a sphere, the heel of which is connected to the shaft a working body, forming a rotor, and the thrust bearing of which is made with a central hole for supplying a gaseous working fluid to the bearing surfaces, a bearing assembly mounted on the shaft of the working body, an elastic support unit connecting the bearing assembly and the housing and consisting of a movable support element connected to the bearing assembly, a stationary support element connected to the housing, and an elastic support element located between the movable and stationary support elements, a gas supply system connected with a central hole of the thrust bearing, and a drive with a mechanical transmission, consisting of three shafts connected in series with the possibility of crossing axes, one of which is made lescopic, while the shaft of the working body is installed in the bearing unit in such a way that there is a gap between the bearing surfaces, according to the invention, the installation comprises a second elastic supporting unit located above the working body and consisting of a rotating supporting element made in the form of a shell and fixed to the working body , rotation bodies in an amount of at least three, each of which is mounted on an axis, and support elements, each of which is connected at one end to the housing with the possibility of radial movement and spring biased thereto, and the second end - of the body axis of rotation, wherein rotation between the shell and a gap bodies. In addition, the bodies of revolution are equipped with an elastic ring-shaped element.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид установки в разрезе, фиг.2 - вид А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings: figure 1 - General view of the installation in section, figure 2 - view a in figure 1.

Вертикальная роторная установка с газостатической опорой содержит корпус 1, рабочий орган 2, установленный на валу 3, газостатический опорный узел с несущими поверхностями в виде части сферы, пята 4 которого соединена с валом 3, образуя с ним и рабочим органом 2 ротор, а подпятник 5 которого выполнен с центральным отверстием 6 для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, подшипниковый узел 7, установленный на валу 3, упругий опорный узел, соединяющий подшипниковый узел 7 и корпус 1 и состоящий из подвижного опорного элемента 8, соединенного с подшипниковым узлом 7, неподвижного опорного элемента 9, соединенного с корпусом 1, и упругого опорного элемента 10, расположенного между подвижным опорным элементом 8 и неподвижным опорным элементом 9, второй упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом 2 и состоящий из вращающегося опорного элемента 11, выполненного в виде обечайки и закрепленного на рабочем органе 2, тел 12 вращения в количестве не менее трех, снабженных упругим кольцеобразным элементом 13 и каждый из которых установлен на оси 14, и опорных элементов 15, каждый из которых соединен с корпусом 1 с возможностью радиальных перемещений и подпружинен к нему посредством пружины 16, а вторым концом - с осью 14 тела 12 вращения, систему газообеспечения 17, связанную с центральным отверстием 6 подпятника 5, и привод 18 с механической передачей 19, выполненной в виде трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей. При этом вал 3 рабочего органа 2 установлен в подшипниковом узле 7 таким образом, что между несущими поверхностями газостатического опорного узла имеется конструктивный зазор 20, а размеры тел 12 вращения и опорных элементов 15 таковы, что между обечайкой 11 и упругим элементом 13 тел 12 вращения имеется зазор с шириной, позволяющей осуществиться взаимодействию обечайки 11 и тел 12 вращения при колебаниях ротора.A vertical rotor installation with a gas-static support comprises a housing 1, a working body 2 mounted on a shaft 3, a gas-static supporting unit with bearing surfaces as part of a sphere, the heel 4 of which is connected to the shaft 3, forming a rotor with it and a working body 2, and a thrust bearing 5 which is made with a Central hole 6 for supplying a gaseous working fluid to the bearing surfaces, a bearing assembly 7 mounted on the shaft 3, an elastic support node connecting the bearing assembly 7 and the housing 1 and consisting of a movable support element 8, connected to the bearing unit 7, a fixed support element 9 connected to the housing 1, and an elastic support element 10 located between the movable support element 8 and the fixed support element 9, the second elastic support node located above the working body 2 and consisting of a rotating support element 11, made in the form of a shell and mounted on a working body 2, bodies of rotation 12 in an amount of at least three, equipped with an elastic ring-shaped element 13 and each of which is mounted on the axis 14, and supporting elements 15 , each of which is connected to the housing 1 with the possibility of radial movements and spring-loaded to it by means of a spring 16, and the second end - with the axis 14 of the body 12 of rotation, the gas supply system 17 connected to the Central hole 6 of the thrust bearing 5, and the drive 18 with a mechanical transmission 19 made in the form of three shafts connected in series with the possibility of intersection of the axes. In this case, the shaft 3 of the working body 2 is installed in the bearing unit 7 in such a way that there is a structural clearance 20 between the bearing surfaces of the gas-static support unit, and the dimensions of the rotation bodies 12 and support elements 15 are such that between the shell 11 and the elastic element 13 of the rotation bodies 12 there is a gap with a width that allows the interaction of the shell 11 and the bodies of rotation 12 during oscillations of the rotor.

Изобретение используют следующим образом.The invention is used as follows.

Включают систему газообеспечения 17, содержащую, например, вентилятор. Поток газа (воздуха) через отверстие 6 подпятника 5 поступает к несущим поверхностям, создавая в зазоре 20 избыточное давление, под действием которого в нем создается воздушная подушка, являющаяся опорой для ротора.Turn on the gas supply system 17, containing, for example, a fan. The flow of gas (air) through the hole 6 of the thrust bearing 5 enters the bearing surfaces, creating excessive pressure in the gap 20, under the influence of which an air cushion is created in it, which is the support for the rotor.

Затем включают привод 18 и посредством механической передачи 19 придают вращение ротору с требуемой для осуществления данного технологического процесса и рабочего органа скоростью.Then the drive 18 is turned on and, by means of a mechanical transmission 19, the rotor is rotated at the speed required for the implementation of the given technological process and the working body.

В качестве рабочего органа 2 установка может содержать любой роторный рабочий орган: центробежный ускоритель ударно-центробежных дробилок и мельниц, рабочий орган других роторных дробилок и мельниц, барабан центрифуг и сепараторов, паровая или газовая турбина, ротор электрогенератора, рабочий орган центробежных литейных машин и центробежных испытательных стендов и другие.As a working body 2, the installation can contain any rotary working body: a centrifugal accelerator of impact centrifugal crushers and mills, a working body of other rotary crushers and mills, a centrifuge and separator drum, a steam or gas turbine, an electric generator rotor, a working body of centrifugal casting machines and centrifugal test benches and others.

При прохождении резонансных частот вращения, возникающих при разгоне и торможении вращения ротора, а также при режимном дисбалансе, возникающем в рабочем органе 2, ротор приобретает неуравновешенность, вызывающую колебания и динамические нагрузки на опорные узлы в радиальном и угловом направлениях. При этом вращающийся рабочий орган 2 посредством обечайки 11 взаимодействует с кольцеобразным упругим элементом 13 тела 12 вращения, которое соединено посредством оси 14 с опорным элементом 15. Вращаясь вокруг своей оси, тело 12 вращения позволяет воспринимать дополнительному опорному узлу угловые колебания ротора и осуществлять их демпфирование в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, благодаря наличию кольцеобразного упругого элемента 13 и пружины 16.With the passage of resonant rotational frequencies that occur during acceleration and deceleration of the rotor rotation, as well as with operational imbalance arising in the working body 2, the rotor becomes unbalanced, causing oscillations and dynamic loads on the support nodes in the radial and angular directions. In this case, the rotating working body 2 through the shell 11 interacts with the annular elastic element 13 of the body 12 of rotation, which is connected via the axis 14 to the supporting element 15. Rotating around its axis, the body of rotation 12 allows the angular oscillations of the rotor to be perceived by the additional supporting unit and damped in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor, due to the presence of an annular elastic element 13 and a spring 16.

Благодаря тому, что установка дополнительно содержит упругий опорный узел, расположенный над рабочим органом 2, колебания ротора упруго ограничены, что позволяет значительно снизить динамические нагрузки на подшипниковый узел 7, упругий опорный элемент 10 опоры, расположенной между рабочим органом 2 и пятой 4, и существенно продлить сроки службы этих узлов.Due to the fact that the installation additionally contains an elastic support unit located above the working body 2, the rotor vibrations are elastically limited, which can significantly reduce the dynamic load on the bearing assembly 7, the elastic support element 10 of the support located between the working body 2 and the fifth 4, and significantly extend the life of these nodes.

Таким образом, отличительные признаки позволяют повысить надежность работы вертикальной роторной установки с газостатической опорой.Thus, the distinguishing features can improve the reliability of the vertical rotor installation with a gas-static support.

Источники информацииSources of information

1. Патент РФ №2183136, В 02 С 13/14, опубл. 10.06.02.1. RF patent No. 2183136, 02 C 13/14, publ. 06/10/02.

2. Заявка на патент РБ №20010810, В 04 В 3/00, опубл. 30.03.03 (Официальный бюл. №1, 2003 г.).2. Application for patent RB №20010810, 04 04 3/00, publ. 03/30/03 (Official Bulletin No. 1, 2003).

Claims

1. A vertical rotor installation with a gas-static support, comprising a housing, a working body mounted on a shaft, a gas-static supporting unit with bearing surfaces as part of a sphere, the heel of which is connected to the working body shaft, forming a rotor, and the thrust bearing is made with a central hole for supply a gaseous working fluid to the bearing surfaces, a bearing assembly mounted on the shaft of the working body, an elastic support node connecting the bearing assembly and the housing and consisting of a movable support element, connected to the bearing assembly, a fixed support element connected to the housing, and an elastic support element located between the movable and fixed support elements, a gas supply system connected to 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 the intersection of the axes, one of which is made telescopic, while the shaft of the working body is installed in the bearing unit in such a way that between the bearing surfaces has a gap, characterized in that the installation comprises a second elastic support node located above the working body and consisting of a rotating supporting element made in the form of a shell and mounted on a working body, rotation bodies in an amount of at least three, each of which is mounted on an axis, and supporting elements, each of which is connected to the housing with one end with the possibility of radial movements and is spring-loaded to it, and the other end - to the axis of the body of revolution, and there is a gap between the casing and the bodies of revolution.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the rotation bodies are provided with an elastic ring-shaped element.