Способ упрочнения ротора центробежных машин

Способ упрочнения ротора центробежных машин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СО»ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИДЛИСГИЧ. СКИХ оГСпчагиy, В 24 В 39/0Г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛь:;Т»=У (21) 4857532/27 (22) 06.08.90 (46) "! 5.09.92. Бюл. М 34 (75) С.Г.Аппель и M.Ñ.Àïïåëü (56) Автоаское свидетельство СССР

tÔ 1694369, кл, В 24 В 39/00. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЛ РОТОРА ЦБНТРОБЕЖНЫХ МАШИН (57) Использование; изобретение относится к машиностроению, в частности к способу упрочнения ротора центробежных машин, и

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу упрочнения ротора центробежных машин, и мажет быть использована в центр фугах, турбокомпрессорах, гурбонасосах, сепараторах, двигателях, работающих безотказно, при условии возрастания площади поперечного се:-;ения ротора при подходе к пределу текучести его материала, применяемых в таких отраслях промышленности, как биологическая, газовая, нефтяная, химическая и т.д.

В современных м; шинах экспериментально наблюдается эффе-- влияния площади опасного сечения упрочняемай детали на увеличение ее прочности, который заключается в том, что при увеличении площади опасного сечения упрочняемой детали напряжения в нем уменьшаются.

Однако увеличение площади опасного сечения в процессе работы упрочняемой детали не рассматривается, Известен аналог способа упрочнения ротора центробежных машин, включающий может най и применение в цен-рифугах турбакомпр cccp3»:, 7рбснасасах, сепBpBтарах, дсигателях, работающих безотказна при условии возраст::.нии плсгцади поперечного сечения ротора при подходе к г:ределу текучести его материала, Сущность изобретения: обеспечение натяга между дисками статсра и ротора.. ссушествляют путем воздействия на них магнитных и лей, равных по величине и направленп; х навстречу друг дс. r 1 ил изменение частоты cG !Bc вен н ь! х колебаний ротора п те»а воздействия 1;а Феррамеf нитНЫй Э»Е.-ГЕНТ РСТОРа:",аНИтНЫМ ПОПC! f ПРИ прохождении резонансных Bcòoò, пр:.: размещении фессомагни.»наго элемен;а на наружной поверх:— .ости асторе, на ферромагнитный элем"-:— ; r,ã,îãñë:;, f-åëьно

BQBäåécTB,!cT вторы ..магнит»!ыf I полем, равным па величине прг-и-оспа»ажно по направлению первому маг»,итному полю, Недостаткам известнcга аналога способа упрочне» ия роторы центробежных машин является тс, та плошадь попс речногс сечения ротора паи подходе к пределу текучести не BCBDBGTBGI-.

Известен протст .!I способа упрачня-..";я ротора центробежных ма:..:ип, вк»ючыющий статор с дисками, pBcf f G»o)KBH»! ыми tUI IUBH трич-:à .ротору, саг»асно которому при увеЛИЧЕНИИ НагРУЗКИ ОСУ»ЦЕСТВГ". ÎT СОЗДBHÛB вокруг ратаса упро- няюшпх СЬО»очек и их последую цее уделе»- ие пр«снижении нагрузок, 8 качестве упрачня»с!!, их оболочек I 761451

55 используют диски статора, 3 их соединение с ротором осуществляют 33 счет 06b-:".ìíîãî гэсширения ротора и создан я нат -; а меж. ду ротором и дисками статора г|утем нагрева ротора.

Недостатком известного пpoготипа способа упрочнения ротора центробежных машин является большая инерционность процесса объемного расширения упрочняемого ротора путем его нагрева.

Указанный прототип является наиболее близким к предлагаемому изобретени:о техническим решением, Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия проц-:."са упрочнения.

Поставленная цель д "тигается тем, что в предлагаемом способе упрочнения ротора центробе>кных машин, имеiQLUvlx стаToð с дисками, размещенными на внутренней поверхности корпуса и расположенными концентрично ротору, согласно которому при увеличении нагрузки осугцествляют создание вокруг ротора упрочняющих оболо .ак, используют в качестве упрочняющих оболочек диски статОра, обеспе-IliiBBIGT натяг между ротором и дисками статора, удаляот упрочняющие оболочки при снижении нагрузки. Осуществляют односторо, нее, радиальное растяжение ферромагнитных, статорных разрезных дисков путем возделствия Hà НМх магнитными полями, равных пo величине и направленных навстре<у дру" другу.

Сопоставительный анализ заявленно, о решения с прототипом показывае-, -.то предлагаемый способ упрочнения ротооа центробежных машин отличается От известного тем, что осуществляют односторон.- ее радиальное растяжение ферромагнитных, статорных разрезных дисков путем воздейСТВИЯ На НИХ Ма ГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ, Р3 321 ЫМИ по величине и направленными нaBOTpe y одно другому.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна"

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение ог прототипа. что позволило сделать вывод о соответствии критерию "существеннlIB

Отличия, На чертеже показан ротор машины, ðBализующий предлагаемый способ, продольный разрез.

Машина содержит статор 1 с дисками 2, размещенными на внутренней поверхности корпуса 3 и распОложенными концентрично ротору 4 с валом 5, подкл;оченным к эле:<тропроводу 6. СтатОр 1 размещен в подшипниках 7 и 8, установленных B торцевьчх крышках 9 и 10, ротор 4 несет на внешней поверхности Ооторные диски 1 1, расположенные таким образом, что они занимают пространство между статорными дисками 2, установленнь ми на подпятниках 12 в опорных кол",.öàõ 13, Насос заземлен, Диски 2 статора имеют обечайки 14, а ротор 4 имеет обечайки 15. Обечайки 14 и 15 снабжены оболочками 16 vi 17. На наружной поверхности

Из немагнитных материалов выполнены корпус 3, ротор 4 с валом 5, дисками 11 ротор".ûìè, ооечайками 15 и оболочками 17, подшипни:<и 7 vi 8 и торце--ые крышки 9 и 10, подпятники 12 и опорные кольца 13, обечайки 14 и оболочки 16. ,Цля обеспечения зазора между статором и ро —:îðîì 4, при минимальное объеме первого, источники 20 и 21 электрической энергии отключены.

Пример. Способ упрочнения ротора центробежнblx машин реализуется следу .оьцим образом.

В процессе работы машины при увеличении нагрузки H3 BBfi 5 свыше номинальной располо>кенные на наружной поверхности

: <орпуса 1 соленоиды 18 и I9 обеспечивают, при условии подкл очения их к источникам

20 и 21 электрической энергии, л агнитные поля. При этом происходит односторо::-.:Нее, радиальное растяженис разрезных, ферромагнитныx, статорных дисков 2, путем Во3действия на них магнитных полями, равных по величине и направленных навстречу друг дру-у, что ведет:< силовому сжатию пустотелого пространства внутри ферромагнитны", статорных дисков 2, диаметр свободной iloлости в KDTopblx линейно уменьшается с ростом нгпряженности магнитных полей.

Включением операций силового радиального растяжения статорных дисков 2 обеспечива от натяг между обечайками 14 и

15, ротора 4 и статорных фарромагнитных дисков 2. Натяг оболочек 16 и 17 ротора 4 и статорных ферромагнитных дисков 2 достигается за счет того, что ферромагнитный матеоиал статорных дисков 2 B результате силовых воздействий, р3вных г О Rеличинв и

ВэаИМНО НаПРаВЛЕННЫХ НЗВСТРЕЧУ ДРУгл ДРУгу магнитных полей увеличивает свой обьем и выбирает при -T0M круговой ми-лиметровый зазор между ротором 4 и охватываю .цим его статором 1, Оказывает контактное д".вле;-.Ie на наружные оболо .Ки ";6 и 17, 17б1451

30

55 изготовленные из алюминия, статорных ферромагнитных дисков 2. При атом наружная оболочка 16 статорных ферромагнитных дискон 2 испытывает объемное расширяющее напряжение, а наружные оболочки 17 ротора 4 находятся в условиях объемного сжимающего напряжения пад воздействием контактирующих с ним наружных поверхностей обечаек 15. вала 15 в процессе силового воздействия при включении в работу магнитных полей, равных па величине и направленных навстречу друг другу. В результате происходит увеличение объема ротора 4, а абечайки 14 и 15 статора 1 и ротора

4 напрягаются, т.к. круговой зазор между ними заменяется натягом. Процесс все время происходит при твердом состоянии HHружных поверхностей обечаек 15, вала 5, ротора 4 и статора 1, В условиях непрерывного увеличения площади поперечного сечения неподвижного статара 1 кольцевой зазор между вращающимся ротором 4 и неподвижным статором 1 исчезает.

Вследствие силового воздействия равных по величине и взаимно направленных навстречу друг другу магнитных полей оболочки 16 и 17 ротора 4 и статора 1 воедино соединяются друг с другом и пад воздействием сил трения между ними устанавливается натяг, Тем самым возрастание поперечного сечения вращающегося ротора 4 за счет соединения его с натягом со статором 1 обеспечивает вращение статора

1 и тем самым увеличение прочности ротора

В конечном состоянии в процессе упрочнения стенки вращающихся статора 1 и ротора 4 с валом 5 оказываются напряженными. Режим упрачнения магнитными полями, равными по величине и направленных навстречу друг другу, а также величина деформаций вращающихся оболочек определяется условием многократного их применения, требуемой величиной напряжений и неразрушающим воздействием нагрузок. Наличие натяга между вращающимися оболочками ротора 4 и статора 1 обеспечивает создание циклически разъемного соединения, образующего вращающиеся, упрачня ощиеся оболочки. Суммарное сечение ротора 4 увеличивается и он воспринимает большие нагрузки без остаточных деформаций. При снижении нагрузки на вал 5 до номинальной соленоиды 18 и

19 отключают ат источников 20 и 21 электрической энергии, и эа счет того, что вращающийся вал 5 ротора 4 больше не контактирует с натягом с неподвижной оболочкой статора 1 процесс упрочнения ротора 4 завершается, Пример конкретного выполнения способа представлен данными в приведенной ни>ке таблицы, в к ..торой указаны характеристики и параметры всех участвующих абьектав с ук" çàíèåì режимаа и времени этапов работы.

Режим проведения упрочнения ротора не вызывает затруднений при асу,цествлении предлагаемого способа. Простота осуществления способа, возможность использования стандартного оборудования и невысокая механическая обработка исходных обечаек статора, а также надежность соединения определяют эффективность способа, Данные таблицы показывают, что пусковой момент в 2 раза больше, чем крутящий момент в процессе нормального, установившегося режима работы. Следовательно, в процессе запуска диаметр вала из условия прочности следует увеличить не менее чем в 1,5 раза. С целью упрочнения ротора машины статор соединяют воедино с роторам под воздействием магнитных полей и ферромагнитных статорных разреэных дисков, увеличивая первоначальный диаметр вала ротора, В нормальном режиме работы, после запуска ротора машины в работу, магнитные паля отключают. При этом ферромагнитные статорные, раэреэные диски перестают возрастать по площади и под действием центробежных сил отходят ат поверхности вала, Применение предлагаемого способа позволяет упростить процесс при упрочнении вращающихся деталей в виде ротора машины, что ведет к повышению надежности.

Формула изобретения

Способ упрочнения ротора центробежных машин, имеющих статор с дисками, расположенными концентрично ротору, включающий создание вокруг ротора упрачняющих оболочек при увеличении нагрузки с использованием в качестве упрочняюших оболочек дисков статара с обеспечением атяга между дисками статара и ротором. т л и ч а ю шийся тем. что, с целью повышения надежности, натяг между дисками статора и ротором осуществляют путем воздействия на них магнитными полями, равными по величине и направленными навстречу друг другу, причем диски статара выполняют ферромагнитными.

1761451

Перечень объектов, участвующих в работе

Параметры объекта

Характеристика объекта

Привод ротора

Потребляемая мощность, необходимая для вращения ротора при высоком давлении

Выше 0,5 мм рт.ст, Форвакуумное давление, при котором происходит перегрев двигателя

0,8 кВт

Мощность

Температура необходимого прогрева

Пусковой момент привода ротора

В,два раза больше крутящего момента при нормальном установившемся режиме работы

12000 об/мин

200 мм

1000 мм

Не менее 0,053

Максимальные обороты

Вал ротора

Диаметр

Длина

Деформации

Материал

Немагнитный

10 А/м

Напряженность магнитного поля

Соленоид

220 в

3000 ч

Напряжение

Время безотказ>- ой работы

Длительность бездействия " время упрочнения

Не более одного часа

Начало воздействия магнитным При форвакуумном давлении полем - начало времени упроч- ниже 0,5 мм рт,ст, нения При трогании машины в работу

Конец воздействия магнитного поля - конец времени упрочнения

Режим работь>

Циклический " циклы случайной длительности

Ротор

500 мм

Не более 1000 мм

Длина

Вид напряжения

Статор

Растягивающее

На поверхность подпятника

Контактное давление

Состояние

Зазор с ротором

Круговой не менее 1 мм

Длительность одного цикла

ДеФормация

Длительность натяга

Зазор со статором

Контактное давление

Вид напряжения

Вид- движения

Материал

Максимальные обороты

Диаметр

В 12-16 раз больше потребляемой мощности и при низком давлении

В момент выхода на остаточное давление примерно 5 10 мм рт,ст °

Вмомент уменьшения момента трения в опорах после трогания..

Не более одного часа

Не менее 0,05>

Не более 1 часа

Не более l мм - круговой

На наружную поверхность статора.

Сжимающее

Вращение

Немагнитный

12000 об/мин

Вначале - неподвижный, затеивращение, в конце неподвижный

1761f151

Продоп1хение таблицн

Вид упролня1сщих о6олонек

ДИСКИ C JTOP iга ИЭ фЕррпнаГНИ

1-ОГО Маторнат=, раарЕаинл, Опартсе слпбодно т Лплтни <и

Пути создания оболо I K II ux последую11,ее удаление

Путем ре11ерсироагн11ия пт1онади попереи1 ого с немил ротора при его цикл fffpcxce со. пенен, и путем натяга со ста-орннми Ферромагнитна1ми раерез 1нми дисками путем еоалейстаия на и.;х магнитничи полям1-, раеньх по величине и напр".âffåíK-Ix на-..стра;у друг другу, 4 3 5 17 И j7

Составитель С.Апоель

Техред ММоргентал

Редактор Н,Семенова

Корректор А.Воровин

Заказ3218 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагаоина, 101