Самобалансирующийся вертикальный роторный механизм с газостатической опорой

(51)04 9/12, 9/14 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ САМОБАЛАНСИРУЮЩИЙСЯ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ РОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ С ГАЗОСТАТИЧЕСКОЙ ОПОРОЙ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие НПО Центр(72) Авторы Лускин Григорий МихайловичВоробьев Владимир ВасильевичБородавко Владимир ИвановичБороха Эдуард ЛеонидовичАртамонов Владимир АлександровичКозин Александр ЮрьевичКостевич Юрий Владимирович(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие НПО Центр(57) Самобалансирующийся вертикальный роторный механизм с газостатической опорой,содержащий рабочий орган, газостатический опорный узел с пятой и подпятником с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, причем подпятник имеет отверстие для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, связанную с отверстием подпятника, и привод с механической передачей,состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим, отличающийся тем, что он снабжен 8104 1 2006.06.30 фигурной рамой, расположенной между рабочим органом и пятой и связанной с ними посредством гибких элементов, узлом коррекции дисбаланса рабочего органа и узлом коррекции дисбаланса пяты, каждый из которых состоит из кольцеобразной корректирующей массы и гибких элементов, связывающих корректирующую массу с рабочим органом и пятой соответственно и взаимодействующих с фигурной рамой, гибкими механическими передачами для придания вращательного момента от пяты фигурной раме и от фигурной рамы рабочему органу, каждая из которых состоит из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим,причем места соединения гибких элементов узлов коррекции дисбаланса рабочего органа и пяты с рабочим органом и пятой, соответственно, расположены ближе к оси вращения ротора по сравнению с местами их взаимодействия с фигурной рамой. Изобретение относится к машиностроению, в частности к самобалансирующимся роторным механизмам с вертикальной осью вращения ротора и газостатическим опорным узлом, и может найти применение в различных отраслях машиностроения дробилки и мельницы с роторным рабочим органом, 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. Известен вертикальный роторный механизм с газостатической опорой (Роторный механизм центробежной установки), содержащий рабочий орган, газостатический опорный узел с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями (в виде части сферы), пята которого непосредственно и жестко соединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого имеет отверстие для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, связанную с центральным отверстием подпятника, и привод с гибкой механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим 1. Однако, данная роторная установка обладает недостаточно высокой надежностью, т.к. при возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе и при резонансных частотах вращения возникают значительные 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, и невозможностью обеспечить самобалансировку ротора из-за жесткого соединения рабочего органа и пяты. Известна также центробежная установка, содержащая корпус и вертикальный роторный механизм с газостатической опорой, состоящий из рабочего органа, газостатического опорного узла с пятой и подпятником с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, причем подпятник имеет отверстие для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, образуя ротор, систему газообеспечения, связанную с отверстием подпятника, и привод с гибкой механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим, при этом, установка содержит механический опорный узел,состоящий из подшипникового узла, установленного на валу, соединяющего рабочий орган и пяту, и упругого опорного узла, соединяющего подшипниковый узел и корпус 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 высоко-амплитудные колебания 2 8104 1 2006.06.30 ротора и, соответственно, высокие переменные динамические нагрузки в радиальном и угловом направлениях на подшипниковый узел и упругий опорный узел и их достаточно быстрый выход из строя. Эти недостатки связаны с тем, что из - за жесткого соединения рабочего органа и пяты невозможно обеспечить достижение технического результата, заключающегося в обеспечении самобалансировки рабочего органа и пяты независимо друг от друга и этим предотвратить радиальные и угловые колебания ротора. Задача изобретения состоит в значительном повышении надежности работы роторной установки за счет предотвращения радиальных и угловых колебаний ротора путем получения технического результата, заключающегося в обеспечении самобалансировки рабочего органа и пяты независимо друг от друга. Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи путем достижения указанного технического результата самобалансирующийся вертикальный роторный механизм с газостагической опорой, содержащий рабочий орган, газостатический опорный узел с пятой и подпятником с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, причем подпятник имеет отверстие для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения, связанную с отверстием подпятника, и привод с механической передачей, состоящей из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим, отличается тем, что он снабжен фигурной рамой, расположенной между рабочим органом и пятой и связанной с ними посредством гибких элементов, узлом коррекции дисбаланса рабочего органа и узлом коррекции дисбаланса пяты, каждый из которых состоит из кольцеобразной корректирующей массы и гибких элементов, связывающих корректирующую массу с рабочим органом и пятой, соответственно, и взаимодействующих с фигурной рамой, и гибкими механическими передачами для придания вращательного момента от пяты фигурной раме и от фигурной рамы рабочему органу, каждая из которых состоит из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим, причем места соединения гибких элементов узлов коррекции дисбаланса рабочего органа и пяты с рабочим органом и пятой, соответственно, расположены ближе к оси вращения ротора по сравнению с местами их взаимодействия с фигурной рамой. Изобретение поясняется чертежами фиг. 1 - общий вид механизма в разрезе фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1 фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 фиг. 4 - общий вид механизма в разрезе с рабочим органом и пятой, находящимися в состоянии дисбаланса. Самобалансирующийся вертикальный роторный механизм с газостатической опорой содержит рабочий орган 1, снабженный опорным элементом 2, фигурную раму 3, связанную с опорным элементом 2 рабочего органа 1 гибкими элементами 4, газостатический опорный узел с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, например, в виде части сферы, пята 5 которого связана с фигурной рамой 3 гибкими элементами 6, а подпятник 7 которого имеет отверстие 8 для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения (на чертежах не показана), связанную с отверстием 8 подпятника 7, узел коррекции дисбаланса рабочего органа 1, состоящий из кольцеобразной корректирующей массы 9 и гибких элементов 10, 11, 12, 13,14, 15, связывающих корректирующую массу 9 с рабочим органом 1 и взаимодействующих с фигурной рамой 3, узел коррекции дисбаланса пяты 5, состоящий из кольцеобразной корректирующей массы 16 и гибких элементов 17, 18 (остальные на чертежах не показаны) связывающих корректирующую массу 16 с пятой 5 и взаимодействующих с фигурной рамой 3, привод (на чертежах не показан) с гибкой механической передачей 19 для передачи вращательного момента пяте 5 от привода, гибкую механическую передачу 20 для передачи вращательного момента от пяты 5 фигурной раме 3 и гибкую механическую передачу 21 для передачи вращательного момента от фигурной рамы 3 рабочему органу 1. 3 8104 1 2006.06.30 Гибкие элементы 4 и 6 могут быть выполнены в виде тросов или цепей. Гибкие элементы 10, 11, 12, 13, 14, 15, и 17, 18, соединяющие корректирующие массы 9 и 16 с рабочим органом 1 и пятой 5, соответственно, выполнены, например, в виде тросов. Места их соединения с рабочим органом 1 и пятой 5 расположены ближе к оси вращения ротора по сравнению с местами их взаимодействия с фигурной рамой 3. Каждая из гибких механических передач 19, 20 и 21 состоит из трех валов, последовательно соединенных с возможностью пересечения осей, один из которых выполнен телескопическим. Изобретение используют следующим образом. Включают систему газообеспечения, содержащую, например, вентилятор или компрессор, из которой газообразное рабочее тело через отверстие 8 подпятника 7 поступает к несущим поверхностям газостатического опорного узла. Между несущими поверхностями создается избыточное давление, под действием которого ротор приподнимается(всплывает), образуя эксплуатационный зазор с газостатической опорной подушкой. Затем включают привод (электродвигатель) с гибкой механической передачей 19 и пяте 5 придают вращение с технологической скоростью. Посредством гибких механических передач 20 и 21 вращение с такой же скоростью придается фигурной опоре 3 и рабочему органу 1, соответственно. Посредством вращающегося рабочего органа 1 осуществляют различные центробежные и другие технологические процессы. В качестве рабочего органа 1 роторный механизм может содержать ускоритель материала ударно-центробежных дробилок и мельниц, рабочий орган других роторных дробилок и мельниц, барабан центрифуг или сепараторов различного назначения, рабочий орган центробежных испытательных стендов и центробежных литейных машин, паровую или газовую турбину и другие роторные рабочие органы. Во время холостого вращения, при осуществлении технологического процесса и на резонансных частотах вращения в рабочем органе 1 (например, ускорителе материала ударно-центробежной дробилки или мельницы) может проявиться остаточный или режимный дисбаланс (фиг. 4) вследствие возникновения динамической неуравновешенности. Под действием дисбаланса рабочий орган 1 будет смещаться в направлении вектора дисбаланса независимо от фигурной рамы 3 и пяты 5 благодаря тому, что связан с фигурной рамой 3 гибкими элементами 4 и приобретает вращение посредством гибкой механической передачи 21. Смещаясь, рабочий орган 1 освобождает гибкий элемент 13 и тянет за собой гибкий элемент 10. Благодаря этому корректирующая масса 9 смещается в направлении, прямо противоположном направлению смещения рабочего органа 1, и приобретает относительно оси вращения ротора состояние дисбаланса, вектор которого прямо противоположен вектору дисбаланса рабочего органа 1. Рабочий орган 1 перестанет смещаться,когда сила дисбаланса корректирующей массы 9 сравняется с силой его дисбаланса. При устранении динамической неуравновешенности рабочий орган 1 под действием сил самоцентрирования 3 сместится в исходное положение. При этом, гибкий элемент 10 освобождается, гибкий элемент 13 перемещается за рабочим органом 1, а корректирующая масса 9 перемещается в исходное положение и приобретает относительно оси вращения ротора состояние баланса. При возникновении дисбаланса в пяте 5 (фиг. 4). Благодаря тому, что пята 5 связана с фигурной рамой 3 гибкими элементами 6, приобретает вращение посредством гибкой механической передачи 19 и передает вращательный момент фигурной раме 3 посредством гибкой механической передачи 20, она будет смещаться в направлении вектора дисбаланса независимо от фигурной рамы 3 и рабочего органа 1. При этом, гибкий элемент 18 освобождается, гибкий элемент 17 перемещается за пятой 5, а корректирующая масса 16 смещается в направлении, прямо противоположном направлению смещения пяты 5 (вектора дисбаланса) и приобретает относительно оси вращения ротора дисбаланс, вектор которого прямо противоположен вектору дисбаланса пяты 5. 4 8104 1 2006.06.30 При устранении дисбаланса пята 5 под действием сил самоцентрирования 3 будет смещаться в исходное положение. При этом, гибкий элемент 17 освобождается, гибкий элемент 18 перемещается за пятой 5, а корректирующая масса 16 смещается в исходное положение и приобретает относительно оси вращения ротора состояние баланса. После завершения технологического процесса отключают привод, а после прекращения вращения ротора отключают систему газообеспечения и постепенно прекращают подачу газообразного рабочего тела к несущим поверхностям газостатического опорного узла. Пята 5 плавно опускается на подпятник 7. Источники информации 1. Патент РФ 2183136, МПК В 02 С 13/14. - Опубл. 10.06.2002. 2. Заявка на патент РБ 20010810, МПК В 04 В 3/00 // Официальный бюллетень 1. 2003 (прототип). 3. Ишлинский А.Ю. Прикладные задачи механики. Книга 2. Механика упругих и абсолютно твердых тел. - М. Наука, 1986. - С. 123. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5