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 испытаний роторов турбомашин.

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.

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.

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 повышение надежности опоры в процессе испытаний.

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.

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.

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, 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.

Опора работает следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.

Упругая опора с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, содержащая подшипник, установленный на испытуемом валу, 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, отличающаяся тем, что на корпусе подшипника выполнены сквозные отверстия, в которые с зазором установлены направляющие.