Упругая опора с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин

Упругая опора с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин

Реферат

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции упругих опор с изменяемой податливостью, применяемых в стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана упругодемпферная опора турбомашины, содержащая подшипник, статорный элемент, жестко закрепленный на наружном кольце подшипника корпус, соединенный со статорным элементом посредством радиально-упругого элемента типа «беличьего колеса» (Патент RU №2303143, МПК F01D 25/16, 19.12.2005).

Следует отметить, что известная опора может быть применима не только в турбомашинах, а и в стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин.

В известной упругой опоре жесткость изменяется ступенчато в результате увеличения силы, действующей на подшипник в направлении продольной оси в процессе работы.

Недостатками известной опоры являются ступенчатое изменение жесткости от меньшего к большему значению и обратно (две фиксированные величины жесткостей опоры в процессе работы), что допускает испытание одного конкретного типа роторов (по массово-жесткостным характеристикам и габаритам) и возможность изменения жесткости опоры только в случае приложения к подшипнику силы вдоль продольной оси, что не всегда может быть обеспечено при автономных динамических испытаниях роторов турбомашин.

Задачей заявленного изобретения является создание упругой опоры с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, лишенной указанных выше недостатков.

Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленной конструкции является возможность плавного изменения жесткости опоры, увеличение диапазона изменения жесткости опоры и изменение жесткости опоры без приложения осевой силы к подшипнику.

Указанные технические эффекты достигаются тем, что 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 посредством радиально-упругого элемента типа «беличьего колеса», согласно настоящему изобретению дополнительно содержит оправку радиально-упругого элемента, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры по направляющим посредством привода, закрепленным на статорном элементе, при этом радиально-упругий элемент выполнен в виде шпилек цилиндрического сечения.

Такое конструктивное исполнение заявленной упругой опоры позволяет без приложения продольной силы к подшипнику, за счет перемещения оправки радиально-упругого элемента, обеспечиваемого посредством ручного, механического или любого другого типа привода, вдоль продольной оси по направляющим, закрепленным на статорном элементе, плавно регулировать жесткость опоры непосредственно в процессе автономных динамических испытаний роторов турбомашин, что обеспечивает изменение критической частоты вращения ротора и снижение вибраций как испытательного оборудования, так и самого ротора при работе в области критических частот вращения. Также заявленная конструкция обеспечивает значительный диапазон жесткости упругой опоры, что позволяет проводить автономные динамические испытания роторов различного типа (по массово-жесткостным характеристикам и габаритам).

На фигуре чертежа представлен продольный разрез заявленной упругой опоры с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин.

Упругая опора с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, содержащая подшипник 1, установленный на испытуемом роторе 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 цилиндрического сечения, содержит оправку 7 радиально-упругого элемента, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры по направляющим 8 как вручную, так и посредством привода 9, закрепленного на статорном элементе 3.

Опора работает следующим образом.

При вращении ротора 2 с некритической частотой вращения в процессе автономных стендовых испытаний оправка 7 упругого элемента занимает определенное положение на упругом элементе, обеспечивая определенную жесткость упругой опоры и передачу радиальной нагрузки с ротора 2 по силовой связи: подшипник 1 → корпус 5 → упругий элемент → оправка 7 упругого элемента → направляющие упругого элемента → статор 3.

При приближении частоты вращения ротора 2 к значению критической частоты вращения и, как следствие, увеличении вибраций ротора 2 и стендового оборудования, плавно перемещают оправку 7 упругого элемента посредством привода 9 в сторону подшипника 1, увеличивая жесткость упругого элемента или исключая его из силовой связи, что приводит к изменению амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ротора 2 и, как результат, к изменению критической частоты вращения ротора 2 и общему снижению уровня вибраций.

Когда ротор 2 проходит зону критической частоты вращения, оправку 7 упругого элемента плавно перемещают посредством привода 9 в исходное положение. Таким образом, жесткость опоры снижается до первоначального значения.

Возможен вариант, когда опора работает как жесткая, то есть оправка 7 упругого элемента изначально смещена к подшипнику 1, делая жестким упругий элемент или исключая его из силовой связи. В этом случае при приближении частоты вращения ротора 2 к значению критической частоты оправку 7 упругого элемента плавно перемещают посредством привода 9 в сторону от подшипника 1, что снижает жесткость упругого элемента и приводит к повышению податливости опоры. Аналогично вышеописанному происходит изменение АЧХ ротора 2 и уменьшение вибраций как ротора 2, так и испытательного оборудования.

В связи с вышеизложенным, специалисту на основании известного уровня техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение позволяет путем изменения положения оправки упругого элемента плавно изменять жесткость опоры непосредственно в процессе автономных динамических испытаний различных типов роторов (по массово-жесткостным характеристикам и габаритам), тем самым изменяя их АЧХ, обеспечивая постоянную работу роторов на некритических частотах вращения и снижая общий уровень вибраций.

1. 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 посредством радиально-упругого элемента типа «беличьего колеса», отличающаяся тем, что содержит 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.

2. Упругая опора по п.1, отличающаяся тем, что оправка радиально-упругого элемента выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры посредством привода.