RU2538838C2

RU2538838C2 - Damping unit

Info

Publication number: RU2538838C2
Application number: RU2013119002/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Анатольевич Александров; Петр Андреевич Кузнецов; Андрей Викторович Петруненков
Original assignee: Открытое акционерное общество "ТВЭЛ"; Закрытое акционерное общество "Центротех-СПб"
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2015-01-10
Also published as: RU2013119002A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: damping unit of fast-rotating vertical rotor system includes a housing in the form of reservoir filled with damping fluid. In reservoir there located are the main and additional dampers. The main damper contains moving element in the form of cylinder with a bearing for flexible rotor support and centring springs in upper part. Moving element hinged-rests on housing. The additional damper contains inner damping cylinder of stepped form and outer damping cylinder interconnected by flexible element in the form of flat metallic membrane. The upper part of inner damping cylinder is provided with correcting ring embracing semi-axis of flexible support with a gap.

EFFECT: improving efficiency of rotor oscillations damping at large amplitudes of its movements and strong interactions, simplifying design and improving damper reliability.

10 cl, 1 dwg

Description

,Изобретение относится к машиностроению, к устройствам подавления механических колебаний роторных систем и может быть использовано в роторах быстровращающихся машин и приборов.The invention relates to mechanical engineering, to devices for suppressing mechanical vibrations of rotor systems and can be used in rotors of rapidly rotating machines and devices.

Известен демпфирующий узел быстровращающегося вертикального ротора (патент РФ 2044937 C1, F16F 9/10, 15/023 опубл. 27.09.1995.), который включает основной демпфер, содержащий элемент с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий демпфирующий цилиндр с корректирующим кольцом. Демпфирующий цилиндр выполнен ступенчатой формы, нижняя часть которого имеет больший диаметр и свободно установлена в полости с демпфирующей жидкостью, а в верхней части меньшего диаметра установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры. На нижнем конце демпфирующего цилиндра выполнен участок конической формы.Known damping node of a rapidly rotating vertical rotor (RF patent 2044937 C1, F16F 9/10, 15/023 publ. 09/27/1995.), Which includes a main damper containing an element with a bearing for flexible support of the rotor and centering springs in the upper part, articulated in the tank filled with a damping fluid, and an additional damper containing a damping cylinder with a correction ring. The damping cylinder is made in a stepped form, the lower part of which has a larger diameter and is freely installed in the cavity with damping fluid, and in the upper part of the smaller diameter there is a correction ring covering the axis of the flexible support with a gap. At the lower end of the damping cylinder, a section of a conical shape is made.

Известен демпфирующий узел быстровращающегося вертикального ротора (патент РФ 2292499 С1, F16F 15/023, опубл. 27.01.2007), который включает основной демпфер, содержащий подвижный элемент с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий демпфирующий цилиндр с корректирующим кольцом. Демпфирующий цилиндр выполнен ступенчатой формы, нижняя часть которого имеет больший диаметр и свободно установлена в полости с демпфирующей жидкостью, а в верхней части меньшего диаметра установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры. Демпфирующий цилиндр подвешен в полости на дополнительных центрирующих пружинах, закрепленных за верхнюю часть меньшего диаметра, и имеет кольцевой радиальный выступ на наружной поверхности нижней части.Known damping node of a rapidly rotating vertical rotor (RF patent 2292499 C1, F16F 15/023, publ. 01/27/2007), which includes a main damper containing a movable element with a bearing for flexible support of the rotor and centering springs in the upper part, pivotally supported in the tank, filled with a damping fluid, and an additional damper comprising a damping cylinder with a correction ring. The damping cylinder is made in a stepped form, the lower part of which has a larger diameter and is freely installed in the cavity with damping fluid, and in the upper part of the smaller diameter there is a correction ring covering the axis of the flexible support with a gap. The damping cylinder is suspended in the cavity on additional centering springs fixed to the upper part of a smaller diameter, and has an annular radial protrusion on the outer surface of the lower part.

Известные конструкции демпфирующего узла не обеспечивают достаточно стабильного и эффективного демпфирования собственных частот колебания ротора, колебания ротора с повышенным небалансным состоянием и колебания ротора в аварийном режиме.Known designs of the damping assembly do not provide sufficiently stable and efficient damping of the natural frequencies of the rotor oscillations, rotor oscillations with an increased unbalanced state and rotor oscillations in emergency mode.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить достаточно стабильное и эффективное демпфирование собственных частот колебания ротора, колебания ротора с повышенным небалансным состоянием и колебания ротора в аварийном режиме.The technical task of the present invention is to provide sufficiently stable and efficient damping of the natural frequencies of the rotor oscillations, rotor oscillations with an increased unbalanced state and rotor oscillations in emergency mode.

Технический результат изобретения - создание простой конструкции демпфера, обеспечивающей надежное и эффективное демпфирование колебаний ротора при больших амплитудах его перемещений и сильных взаимодействиях.The technical result of the invention is the creation of a simple damper design that provides reliable and efficient damping of rotor vibrations with large amplitudes of its movements and strong interactions.

Данная задача решается за счет того, что демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы включает корпус, основной демпфер, содержащий подвижный элемент в виде цилиндра с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра помещена в полость с демпфирующей жидкостью, и наружный демпфирующий цилиндр, расположенный в полости с демпфирующей жидкостью, при этом внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы и наружный демпфирующий цилиндр соединены гибким элементом в виде плоской металлической мембраны.This problem is solved due to the fact that the damping unit of the rapidly rotating vertical rotor system includes a housing, a main damper containing a movable element in the form of a cylinder with a bearing for flexible support of the rotor and centering springs in the upper part, articulated in a reservoir filled with damping fluid, and an additional a damper containing a step-shaped internal damping cylinder, in the upper part of which a correction ring is installed, covering the axle shaft of the flexible support with a gap, the lower part five internal damping cylinder is placed in a cavity with a damping fluid, the damping and outer cylinder disposed in the cavity with a damping fluid, wherein the inner damper cylinder and the outer stepped shape of the damping cylinder is connected by a flexible element in the form of a planar metal diaphragm.

Кроме того, жесткость гибкого элемента обеспечивает собственную частоту колебаний внутреннего цилиндра, близкую или равную собственной частоте колебаний роторной системы.In addition, the stiffness of the flexible element provides a natural frequency of oscillation of the inner cylinder, close to or equal to the natural frequency of vibration of the rotor system.

Кроме того, гибкий элемент выполнен в виде профильной металлической мембраны.In addition, the flexible element is made in the form of a profile metal membrane.

Кроме того, гибкий элемент выполнен из эластомерного материала.In addition, the flexible element is made of elastomeric material.

Кроме того, в гибком элементе выполнены аксиально расположенные отверстия.In addition, axially spaced openings are made in the flexible member.

Кроме того, между гибким элементом и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра имеется торцевой демпфирующий зазор.In addition, there is an end damping gap between the flexible member and the end surface of the inner damping cylinder.

Кроме того, между внутренним демпфирующим цилиндром и наружным демпфирующим цилиндром имеется радиальный демпфирующий зазор.In addition, there is a radial damping gap between the inner damping cylinder and the outer damping cylinder.

Кроме того, внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо.In addition, a ring is installed inside the outer damping cylinder.

Кроме того, между внутренним демпфирующим цилиндром и внутренним кольцом наружного демпфирующего цилиндра имеется радиальный демпфирующий зазор.In addition, there is a radial damping gap between the inner damping cylinder and the inner ring of the outer damping cylinder.

Кроме того, в образующей наружного демпфирующего цилиндра выполнены отверстия.In addition, holes are formed in the generatrix of the outer damping cylinder.

Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

Демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы включает корпус 1, основной демпфер, содержащий подвижный элемент 2 в виде цилиндра с подшипником 3 для гибкой опоры ротора 4 и центрирующими пружинами 5 в верхней части, шарнирно опертый 6 в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью 7, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы 8, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо 9, охватывающее с зазором полуось 10 гибкой опоры 4, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра 8 помещена в полость корпуса 1, заполненную демпфирующей жидкостью 7, и наружный демпфирующий цилиндр 11, расположенный в полости корпуса 1, с демпфирующей жидкостью 7. Наружный демпфирующий цилиндр 11 соединен своей верхней частью с внутренним демпфирующим цилиндром 8 гибким элементом 12 в виде плоской металлической мембраны. Внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо 13. Наружный демпфирующий цилиндр 11 имеет в образующей отверстия 14, сферический участок 15 и оперт своей нижней частью на выточку корпуса 1. Гибкий элемент 12 имеет аксиально расположенные отверстия 16. Между гибким элементом 12 и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра 8 имеется кольцевой торцевой демпфирующий зазор А. Между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и внутренним кольцом 13 наружного демпфирующего цилиндра 11 имеется демпфирующий радиальный зазор Б.The damping assembly of the rapidly rotating vertical rotor system includes a housing 1, a main damper comprising a movable element 2 in the form of a cylinder with a bearing 3 for flexible support of the rotor 4 and centering springs 5 in the upper part, pivotally supported 6 in the tank filled with damping fluid 7, and an additional damper comprising a step-shaped internal damping cylinder 8, in the upper part of which a correction ring 9 is installed, covering the axle shaft 10 of the flexible support 4 with a gap, the lower part of the internal damping the first cylinder 8 is placed in the cavity of the housing 1, filled with a damping fluid 7, and an external damping cylinder 11 located in the cavity of the housing 1, with the damping fluid 7. The outer damping cylinder 11 is connected by its upper part to the inner damping cylinder 8 by a flexible element 12 in the form of a flat metal membrane. A ring 13 is installed inside the outer damping cylinder 13. The outer damping cylinder 11 has a spherical portion 15 in the forming hole 14 and is supported by its lower part on the undercut of the housing 1. The flexible element 12 has axially located holes 16. Between the flexible element 12 and the end surface of the inner damping cylinder 8 there is an annular end damping gap A. Between the inner damping cylinder 8 and the inner ring 13 of the outer damping cylinder 11 there is a damping radial clearance B.

Работа демпфирующего узла состоит в следующем: при приведении ротора 17 во вращение его низкочастотные колебания, например колебания, при разгоне от неуравновешенности ротора, при которых амплитуды колебаний не очень велики и зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10 не выбирается, передаются через гибкую опору 4 и подшипник 3 на верхнюю часть подвижного элемента 2, в результате чего подвижный элемент 2 наклоняется в резервуаре корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на шарнире 6. При таких движениях подвижного элемента 2 возникают упругая восстанавливающая сила при деформации центрирующих пружин 5 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре В между подвижным элементом 2 и корпусом 1. Упругие и демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора и предотвращают или гасят его колебания.The operation of the damping unit is as follows: when the rotor 17 is brought into rotation, its low-frequency oscillations, for example, oscillations, during acceleration from rotor imbalance, at which the oscillation amplitudes are not very large and the gap between the correction ring 9 and the axle shaft 10 is not selected, are transmitted through the flexible support 4 and a bearing 3 on the upper part of the movable element 2, as a result of which the movable element 2 is tilted in the reservoir of the housing 1 with the damping fluid 7, swinging on the hinge 6. During such movements of the movable element 2 elastic restoring force during deformation of the centering springs 5 and damping forces when moving the damping fluid 7, mainly in the radial clearance B between the movable element 2 and the housing 1., elastic and damping forces stabilize the rotation of the rotor and prevent or suppress its oscillations.

Если при приведении ротора 17 во вращение его низкочастотные колебания, например колебания при разгоне от повышенной неуравновешенности ротора, при которых амплитуды колебаний велики и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, полуось 10 входит во взаимодействие с кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате этого внутренний демпфирующий цилиндр 8 наклоняется в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на упругом элементе 12. При таких движениях внутреннего демпфирующего цилиндра 8 возникают упругая восстанавливающая сила при деформации упругого элемента 12 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и кольцом 13. Упругие и демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора 17 и предотвращают или гасят его колебания.If, when the rotor 17 is brought into rotation, its low-frequency oscillations, for example, oscillations during acceleration from increased rotor imbalance, at which the oscillation amplitudes are large and a gap is selected between the correction ring 9 and the axle shaft 10, the axle shaft 10 interacts with the ring 9 and acts on the internal damping cylinder 8. As a result of this, the inner damping cylinder 8 tilts in the cavity of the housing 1 with the damping fluid 7, swinging on the elastic element 12. With such movements, the inner damping cylinder And 8, an elastic restoring force arises upon deformation of the elastic element 12 and damping forces when the damping fluid 7 moves, mainly in the radial clearance B between the inner damping cylinder 8 and the ring 13. The elastic and damping forces stabilize the rotation of the rotor 17 and prevent or suppress its oscillations.

Если при приведении ротора 17 во вращение, например при совпадении его собственной частоты с частотой вращения, происходит увеличение амплитуды его колебаний в радиальном направлении и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, то полуось 10 входит во взаимодействие с корректирующим кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате чего возникают совместные колебания внутреннего демпфирующего цилиндра 8 на упругом элементе 12 и ротора 17. Колебания внутреннего демпфирующего цилиндра 8 упруго деформируют гибкий элемент 12, при этом жесткость гибкого элемента подобрана таким образом, что собственная частота колебаний внутреннего цилиндра 8 на гибком элементе 12 близка или совпадает с собственной частотой колебаний ротора 17. При таких движениях внутреннего демпфирующего цилиндра 8 возникает упругая восстанавливающая сила при деформации упругого элемента 12 и демпфирующие силы при перемещении демпфирующей жидкости 7, главным образом в радиальном зазоре Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и наружным демпфирующим цилиндром 11 и в торцевом зазоре А между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и упругим элементом 12. Упругие и демпфирующие силы уменьшают или гасят собственные колебания ротора и стабилизируют его вращение.If when bringing the rotor 17 into rotation, for example, when its natural frequency coincides with the rotation frequency, its oscillation amplitude increases in the radial direction and a gap is selected between the correcting ring 9 and the half shaft 10, then the half shaft 10 interacts with the correcting ring 9 and affects the inner damping cylinder 8. As a result, joint vibrations of the inner damping cylinder 8 on the elastic element 12 and the rotor 17 arise. The oscillations of the inner damping cylinder 8 are elastically defective flexible element 12 is formed, while the stiffness of the flexible element is selected so that the natural vibration frequency of the inner cylinder 8 on the flexible element 12 is close to or coincides with the natural vibration frequency of the rotor 17. During such movements of the internal damping cylinder 8, an elastic restoring force arises upon deformation of the elastic element 12 and damping forces when moving the damping fluid 7, mainly in the radial clearance B between the inner damping cylinder 8 and the outer damping cylinder 11 and in the end gap A between the inner damping cylinder 8 and the elastic element 12. Elastic and damping forces reduce or damp the natural vibrations of the rotor and stabilize its rotation.

При сильном воздействии на вращающийся ротор 17 значительно увеличивается амплитуда его колебаний и выбирается зазор между корректирующим кольцом 9 и полуосью 10, полуось 10 входит во взаимодействие с корректирующим кольцом 9 и воздействует на внутренний демпфирующий цилиндр 8. В результате чего внутренний демпфирующий цилиндр 8 наклоняется в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7, качаясь на упругом элементе 12, и выбирается радиальный зазор Б между внутренним демпфирующим цилиндром 8 и наружным демпфирующим цилиндром 11, при этом происходит отклонение наружного демпфирующего цилиндра 11. Отклонение наружного демпфирующего цилиндра И в полости корпуса 1 с демпфирующей жидкостью 7 создает дополнительную демпфирующую силу, действующую на ротор 17 через внутренний демпфирующий цилиндр 8, при этом демпфирующие силы стабилизируют вращение ротора 17 и предотвращают или гасят его колебания. При уменьшении амплитуды колебаний ротора 17 полуось 10 выходит из взаимодействия с корректирующим кольцом 9, а наружный демпфирующий цилиндр 11 центрируется в корпусе 1 под действием силы тяжести с помощью участка 15 сферической формы.With a strong impact on the rotating rotor 17, the amplitude of its oscillations increases significantly and a gap is selected between the correction ring 9 and the axis 10, the axis 10 interacts with the adjustment ring 9 and acts on the inner damping cylinder 8. As a result, the inner damping cylinder 8 tilts in the cavity housing 1 with a damping fluid 7, swinging on the elastic element 12, and selects a radial clearance B between the inner damping cylinder 8 and the outer damping cylinder 11, while there is a deviation of the outer damping cylinder 11. The deviation of the outer damping cylinder And in the cavity of the housing 1 with the damping fluid 7 creates an additional damping force acting on the rotor 17 through the inner damping cylinder 8, while the damping forces stabilize the rotation of the rotor 17 and prevent or suppress its oscillations. With a decrease in the amplitude of oscillation of the rotor 17, the axle shaft 10 goes out of interaction with the correction ring 9, and the outer damping cylinder 11 is centered in the housing 1 under the action of gravity using a portion 15 of a spherical shape.

Claims

1. Демпфирующий узел быстровращающейся вертикальной роторной системы, включающий корпус, основной демпфер, содержащий подвижный элемент в виде цилиндра с подшипником для гибкой опоры ротора и центрирующими пружинами в верхней части, шарнирно опертый в резервуаре, заполненном демпфирующей жидкостью, и дополнительный демпфер, содержащий внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы, в верхней части которого установлено корректирующее кольцо, охватывающее с зазором полуось гибкой опоры, нижняя часть внутреннего демпфирующего цилиндра помещена в полость с демпфирующей жидкостью, и наружный демпфирующий цилиндр, расположенный в полости с демпфирующей жидкостью, отличающийся тем, что дополнительный демпфер содержит внутренний демпфирующий цилиндр ступенчатой формы и наружный демпфирующий цилиндр, соединенные гибким элементом в виде плоской металлической мембраны.1. A damping assembly of a rapidly rotating vertical rotor system, comprising a housing, a main damper comprising a movable element in the form of a cylinder with a bearing for flexible support of the rotor and centering springs in the upper part, articulated in a reservoir filled with damping fluid, and an additional damper containing an internal damping a step-shaped cylinder, in the upper part of which a correction ring is installed, covering with a gap the axis of the flexible support, the lower part of the internal damping cylinder the core is placed in a cavity with a damping liquid, and an external damping cylinder located in the cavity with a damping liquid, characterized in that the additional damper comprises an internal damping cylinder of a stepped shape and an external damping cylinder connected by a flexible element in the form of a flat metal membrane.

2. Демпфирующий узел по п.1, отличающейся тем, что жесткость гибкого элемента обеспечивает собственную частоту колебаний внутреннего цилиндра, близкую или равную собственной частоте колебаний роторной системы.2. The damping unit according to claim 1, characterized in that the stiffness of the flexible element provides an eigenfrequency of oscillation of the inner cylinder that is close to or equal to the eigenfrequency of the rotor system.

3. Демпфирующий узел по п.1, отличающейся тем, что гибкий элемент выполнен в виде профильной металлической мембраны.3. The damping unit according to claim 1, characterized in that the flexible element is made in the form of a profile metal membrane.

4. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что гибкий элемент выполнен из эластомерного материала.4. Damping unit according to claim 1, characterized in that the flexible element is made of elastomeric material.

5. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что в гибком элементе выполнены аксиально расположенные отверстия.5. The damping unit according to claim 1, characterized in that the flexible element is made axially located holes.

6. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что между гибким элементом и торцевой поверхностью внутреннего демпфирующего цилиндра имеется торцевой демпфирующий зазор.6. The damping assembly according to claim 1, characterized in that there is an end damping gap between the flexible element and the end surface of the inner damping cylinder.

7. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что между внутренним демпфирующим цилиндром и наружным демпфирующим цилиндром имеется радиальный демпфирующий зазор.7. The damping assembly according to claim 1, characterized in that there is a radial damping gap between the inner damping cylinder and the outer damping cylinder.

8. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что внутри наружного демпфирующего цилиндра установлено кольцо.8. The damping assembly according to claim 1, characterized in that a ring is installed inside the outer damping cylinder.

9. Демпфирующий узел по п.1, отличающийся тем, что в образующей наружного демпфирующего цилиндра выполнены отверстия.9. The damping unit according to claim 1, characterized in that the holes are made in the generatrix of the external damping cylinder.

10. Демпфирующий узел по п.8, отличающийся тем, что между внутренним демпфирующим цилиндром и внутренним кольцом наружного демпфирующего цилиндра имеется радиальный демпфирующий зазор. 10. The damping assembly of claim 8, characterized in that there is a radial damping gap between the inner damping cylinder and the inner ring of the outer damping cylinder.