RU2578935C1

RU2578935C1 - Resilient support with adjustable rigidity for bench dynamic test of turbomachine rotors

Info

Publication number: RU2578935C1
Application number: RU2014143778/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Гусенко; Сергей Александрович Заваруев; Антон Герольдович Терешко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-03-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to design of elastic supports with variable compliance, used in bench dynamic tests of turbomachine rotors. In the elastic support with adjustable rigidity for bench dynamic test of turbomachine rotors containing bearing fitted on the tested shaft (rotor), stator element rigidly fixed on the external ring of bearing case connected with the stator element through the radial resilient element of "squirrel cage" type, mandrel of radial resilient element made with possibility of movement along the longitudinal axis of the support along guides at one end fixed on the stator element, on the bearing housing there are through holes in which guides are installed with a gap.

EFFECT: higher reliability of support during tests.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции упругих опор с изменяемой податливостью, применяемых в стендовых динамических испытаний роторов турбомашин.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, and in particular to the design of elastic supports with variable flexibility used in bench dynamic tests of turbomachine rotors.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана упругая опора с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, содержащая подшипник, статорный элемент, жестко закрепленный на наружном кольце подшипника корпус, соединенный со статорным элементом через радиально-упругий элемент типа «беличье колесо», оправку радиально-упругого элемента, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры по направляющим, закрепленным на статорном элементе, при этом радиально-упругий элемент выполнен в виде шпилек цилиндрического сечения.As the closest analogue, an elastic support with adjustable stiffness was selected for dynamic bench tests of turbomachine rotors, containing a bearing, a stator element, a housing rigidly fixed to the outer ring of the bearing connected to the stator element through a radial-elastic element of the squirrel-wheel type, a mandrel radially an elastic element configured to move along the longitudinal axis of the support along the guides mounted on the stator element, while the radially elastic element is made in the form e studs of cylindrical section.

Недостатками известной опоры является недостаточная защищенность упругого элемента в случае передачи с ротора на статорный элемент радиальных и окружных усилий, превышающих допустимые, которые могут возникнуть в процессе испытаний ротора турбомашины или в результате дефекта подшипника.The disadvantages of the known support is the lack of protection of the elastic element in the case of transfer from the rotor to the stator element of radial and peripheral forces that exceed the allowable that may occur during testing of the rotor of a turbomachine or as a result of a bearing defect.

Задачей заявленного изобретения является создание упругой опоры с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, лишенной указанных выше недостатков.The objective of the claimed invention is the creation of an elastic support with adjustable stiffness for bench dynamic tests of rotors of turbomachines, devoid of the above disadvantages.

Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленной конструкции, является повышение надежности опоры в процессе испытаний.The technical result achieved by using the claimed design is to increase the reliability of the support during the test.

Указанный технический эффект достигается тем, что в упругой опоре с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, содержащей подшипник, установленный на испытуемом валу (роторе), статорный элемент, жестко закрепленный на наружном кольце подшипника корпус, соединенный со статорным элементом через радиально-упругий элемент типа «беличье колесо», оправку радиально-упругого элемента, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры по направляющим, с одного конца закрепленным на статорном элементе, согласно настоящему изобретению, на корпусе подшипника выполнены сквозные отверстия, в которые с зазором установлены направляющие.The specified technical effect is achieved by the fact that in an elastic support with adjustable stiffness for dynamic bench tests of turbomachine rotors containing a bearing mounted on a test shaft (rotor), a stator element, a housing rigidly fixed to the outer ring of the bearing connected to the stator element through a radially elastic an element of the “squirrel wheel” type, a mandrel of a radially elastic element, made with the possibility of moving along the longitudinal axis of the support along the guides, fixed at one end to a SG element according to the present invention, through holes into which guides mounted with clearance on the bearing housing.

Такое конструктивное исполнение позволяет в случае передачи крутящего момента с ротора на статор, а также чрезмерной радиальной нагрузки, за счет выборки зазора между направляющими и корпусом подшипника передавать нагрузки на статорный элемент через направляющие, минуя радиально-упругий элемент, чем предотвращает его поломку, что повышает надежность опоры в целом.This design allows in case of transmission of torque from the rotor to the stator, as well as excessive radial load, due to the selection of the gap between the guides and the bearing housing, to transfer loads to the stator element through the guides, bypassing the radially elastic element, thereby preventing its breakdown, which increases reliability of the support as a whole.

На фигуре чертежа представлен продольный разрез заявленной упругой опоры с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин.The figure of the drawing shows a longitudinal section of the claimed elastic supports with adjustable stiffness for bench dynamic tests of the rotors of turbomachines.

Упругая опора с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, содержит подшипник 1, установленный на испытуемом роторе (валу) 2 турбомашины, статорный элемент 3, жестко закрепленный на наружном кольце 4 подшипника 1 корпус 5, соединенный со статорным элементом 3 посредством радиально-упругого элемента типа «беличьего колеса», выполненного в виде шпилек 6, например, цилиндрического сечения, оправку 7 радиально-упругого элемента, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры по направляющим 8, например, вручную или посредством привода 9, закрепленного на статорном элементе 3, при этом направляющие 8 с одного конца закреплены на статорном элементе 3, кроме того, на корпусе 5 подшипника 1 выполнены сквозные отверстия 10, в которые с зазором установлены направляющие 8.An elastic support with adjustable stiffness for dynamic dynamic bench tests of turbomachine rotors, contains a bearing 1 mounted on the test rotor (shaft) 2 of the turbomachine, a stator element 3, a housing 5 fixed to the outer ring 4 of the bearing 1, connected to the stator element 3 by means of a radially elastic an element of the "squirrel wheel" type, made in the form of pins 6, for example, of cylindrical section, a mandrel 7 of a radially elastic element, made with the possibility of movement along the longitudinal axis of the support in the direction 8, for example, manually or by means of a drive 9 mounted on the stator element 3, while the guides 8 are fixed from one end to the stator element 3, in addition, through holes 10 are made on the housing 5 of the bearing 1, into which the guides 8 are installed with a gap .

Опора работает следующим образом.The support works as follows.

При вращении испытуемого вала 2 с некритической частотой вращения в процессе автономных стендовых испытаний оправка 7 радиально-упругого элемента занимает определенное положение на последнем, обеспечивая определенную жесткость опоры и передачу радиальной нагрузки с испытуемого вала 2 по силовой связи: подшипник 1 → корпус 5 → радиально-упругий элемент → оправка 7 радиально-упругого элемента → направляющие 8 → статор 3.When rotating the test shaft 2 with an uncritical speed during stand-alone bench tests, the mandrel 7 of the radial-elastic element occupies a certain position on the latter, providing a certain rigidity of the support and transferring the radial load from the test shaft 2 by force connection: bearing 1 → housing 5 → radial elastic element → mandrel 7 of the radially elastic element → guides 8 → stator 3.

При приближении частоты вращения испытуемого вала 2 к значению критической частоты вращения и, как следствие, увеличении вибраций испытуемого вала 2 и стендового оборудования, плавно перемещают оправку 7 радиально-упругого элемента посредством привода 9 в сторону подшипника 1, увеличивая жесткость радиально-упругого элемента или исключая его из силовой связи, что приводит к изменению амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) испытуемого вала 2 и, как результат, к изменению критической частоты вращения испытуемого вала 2 и общему снижению уровня вибраций.When approaching the speed of the test shaft 2 to the value of the critical speed and, consequently, increasing the vibrations of the test shaft 2 and bench equipment, the mandrel 7 of the radially elastic element is smoothly moved by means of the drive 9 towards the bearing 1, increasing the stiffness of the radially elastic element or excluding it from the power connection, which leads to a change in the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the test shaft 2 and, as a result, to a change in the critical speed of the test shaft 2 and a general decrease equal vibrations.

Когда испытуемый вал 2 проходит зону критической частоты вращения, оправку 7 радиально-упругого элемента плавно перемещают посредством привода 9 в исходное положение. Таким образом, жесткость опоры снижается до первоначального значения.When the test shaft 2 passes the zone of critical speed, the mandrel 7 of the radially elastic element is smoothly moved by means of the actuator 9 to its original position. Thus, the stiffness of the support is reduced to its original value.

Возможен вариант, когда опора работает как жесткая, то есть оправка 7 радиально-упругого элемента изначально смещена к подшипнику 1, делая жестким радиально-упругий элемент или исключая его из силовой связи. В этом случае при приближении частоты вращения испытуемого вала 2 к значению критической частоты оправку 7 радиально-упругого элемента плавно перемещают посредством привода 9 в сторону от подшипника 1, что снижает жесткость радиально-упругого элемента и приводит к повышению податливости опоры. Аналогично вышеописанному происходит изменение АЧХ ротора 2 и уменьшение вибраций как испытуемого вала 2, так и испытательного оборудования.It is possible that the support works as rigid, that is, the mandrel 7 of the radially elastic element is initially biased towards the bearing 1, making the radial-elastic element rigid or excluding it from the force connection. In this case, when the rotation speed of the test shaft 2 approaches the critical frequency, the mandrel 7 of the radially elastic element is smoothly moved by the drive 9 away from the bearing 1, which reduces the stiffness of the radially elastic element and leads to an increase in the support flexibility. Similar to the above, there is a change in the frequency response of the rotor 2 and a decrease in vibration of both the test shaft 2 and the test equipment.

При передаче крутящего момента с испытуемого вала 2 на статорный элемент 3, вызванной нештатной работой подшипника 1, и при превышении допустимой радиальной нагрузки с испытуемого вала 2, обусловленной условиями испытаний, происходит выборка зазоров в отверстиях 10 между корпусом 5 подшипника 1 и направляющими 8. Это приводит к изменению силовой связи при передаче нагрузки с испытуемого вала 2 на статорный элемент 3: подшипник 1 → корпус 5 → направляющие 8 → статор 3, исключая из дальнейшей работы на время критических нагрузок радиально-упругий элемент и оправку 7 радиально-упругого элемента.When torque is transmitted from the test shaft 2 to the stator element 3, caused by abnormal operation of the bearing 1, and when the permissible radial load from the test shaft 2 is exceeded due to the test conditions, gaps in the holes 10 between the bearing housing 5 and the guides 8 are selected. This leads to a change in the force connection when transferring the load from the test shaft 2 to the stator element 3: bearing 1 → housing 5 → guides 8 → stator 3, excluding radial-elastic from further work at the time of critical loads element and mandrel 7 of the radially elastic element.

Claims

An elastic support with adjustable stiffness for dynamic bench tests of turbomachine rotors, comprising a bearing mounted on the test shaft, a stator element, a housing rigidly fixed to the outer ring of the bearing connected to the stator element through a squirrel-wheel radially elastic element, a radially elastic mandrel an element made with the possibility of moving along the longitudinal axis of the support along the rails fixed from one end to the stator element, characterized in that on the bearing housing you through holes are filled into which guides are installed with a gap.