RU2535435C1

RU2535435C1 - Resilient support with adjuster rigidity for dynamic tests of turbine machine rotors at test rig

Info

Publication number: RU2535435C1
Application number: RU2013148591/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Гусенко; Сергей Александрович Заваруев; Антон Герольдович Терешко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-12-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: resilient support with adjusted rigidity contains a bearing, stator element rigidly secured on the external race of the bearing, casing connected with stator element by means of a radial resilient element of squirrel wheel type, and holder of the radial resilient element. The holder is made with possibility to move along the longitudinal axis of the support on the guides secured on the stator element. The radial resilient element is made in form of cylindrical pins, and holder of the radial resilient element is made with possibility of movement along the longitudinal axis of the support by means of a drive.

EFFECT: invention ensures smooth adjustment of the support rigidity during dynamic test of the turbine machine rotor at test rigs.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции упругих опор с изменяемой податливостью, применяемых в стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, and in particular to the design of elastic supports with variable flexibility, used in bench dynamic tests of turbomachine rotors.

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).As the closest analogue, an elastic damper support of a turbomachine is selected, comprising a bearing, a stator element, a housing rigidly fixed to the outer ring of the bearing connected to the stator element by means of a squirrel-wheel-type radial-elastic element (Patent RU No. 2303143, IPC F01D 25/16, 12/19/2005).

Следует отметить, что известная опора может быть применима не только в турбомашинах, а и в стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин.It should be noted that the known support can be applicable not only in turbomachines, but also in bench dynamic tests of rotors of turbomachines.

В известной упругой опоре жесткость изменяется ступенчато в результате увеличения силы, действующей на подшипник в направлении продольной оси в процессе работы.In the known elastic support, the stiffness changes stepwise as a result of an increase in the force acting on the bearing in the direction of the longitudinal axis during operation.

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.The disadvantages of the known support are a stepwise change in stiffness from a smaller to a larger value and vice versa (two fixed values of the stiffness of the support during operation), which allows testing of one specific type of rotor (mass-stiffness characteristics and dimensions) and the possibility of changing the stiffness of the support only in case of application to the bearing force along the longitudinal axis, which can not always be achieved with autonomous dynamic testing of turbomachine rotors.

Задачей заявленного изобретения является создание упругой опоры с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, лишенной указанных выше недостатков.The objective of the claimed invention is the creation of an elastic support with adjustable stiffness for bench dynamic tests of rotors of turbomachines, devoid of the above disadvantages.

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.The technical result achieved by using the claimed design is the ability to smoothly change the stiffness of the support, increasing the range of changes in the stiffness of the support and changing the stiffness of the support without applying axial force to the bearing.

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.These technical effects are achieved by the fact that an elastic support with adjustable stiffness for dynamic bench tests of turbomachine rotors, comprising a bearing, a stator element, a housing rigidly fixed to the outer ring of the bearing connected to the stator element by means of a squirrel-wheel-type radial-elastic element, according to the present the invention further comprises a mandrel of a radially resilient member configured to move along the longitudinal axis of the support along the rails by drive mounted on the stator element, while the radially elastic element is made in the form of cylindrical studs.

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).Such a design of the claimed elastic support allows without the application of longitudinal force to the bearing, by moving the mandrel of the radially elastic element provided by a manual, mechanical or any other type of drive along the longitudinal axis along the guides mounted on the stator element, to smoothly adjust the stiffness of the support directly in the process of autonomous dynamic testing of turbomachine rotors, which ensures a change in the critical rotor speed and vibration reduction as used educational equipment, and the rotor itself when working in the field of critical speeds. Also, the claimed design provides a significant range of stiffness of the elastic support, which allows autonomous dynamic testing of rotors of various types (mass-stiffness characteristics and dimensions).

На фигуре чертежа представлен продольный разрез заявленной упругой опоры с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин.The figure of the drawing shows a longitudinal section of the claimed elastic supports with adjustable stiffness for bench dynamic tests of the rotors of turbomachines.

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.An elastic support with adjustable stiffness for dynamic bench tests of turbomachine rotors, comprising a bearing 1 mounted on a test rotor 2 of a turbomachine, a stator element 3, a housing 5 rigidly mounted on the outer ring 4 of the bearing 1, connected to the stator element 3 by means of a radial-elastic element of the type squirrel wheel ", made in the form of studs 6 of cylindrical section, contains a mandrel 7 of a radially elastic element, made with the possibility of movement along the longitudinal axis of the support along the guides 8 both manually and by means of a drive 9, mounted on a stator element 3.

Опора работает следующим образом.The support works as follows.

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.When the rotor 2 is rotated with an uncritical rotational speed during stand-alone bench tests, the mandrel 7 of the elastic element occupies a certain position on the elastic element, providing a certain stiffness of the elastic support and the radial load is transmitted from the rotor 2 by force connection: bearing 1 → housing 5 → elastic element → mandrel 7 elastic element → guides of the elastic element → stator 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.When approaching the rotational speed of the rotor 2 to the value of the critical rotational speed and, consequently, increasing the vibrations of the rotor 2 and bench equipment, the mandrel 7 of the elastic element is smoothly moved by means of the drive 9 towards the bearing 1, increasing the stiffness of the elastic element or excluding it from the force connection, which leads to a change in the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the rotor 2 and, as a result, to a change in the critical frequency of rotation of the rotor 2 and a general decrease in the level of vibration.

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.When the rotor 2 passes the zone of critical speed, the mandrel 7 of the elastic element is smoothly moved by means of the actuator 9 to its original position. Thus, the stiffness of the support is reduced to its original value.

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.It is possible that the support works as rigid, that is, the mandrel 7 of the elastic element is initially biased towards the bearing 1, making the elastic element rigid or excluding it from the force connection. In this case, when the rotational speed of the rotor 2 approaches the critical frequency, the mandrel 7 of the elastic element is smoothly moved by means of the drive 9 away from the bearing 1, which reduces the stiffness of the elastic element and increases the flexibility of the support. Similar to the above, there is a change in the frequency response of the rotor 2 and a decrease in the vibrations of both the rotor 2 and the test equipment.

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.In connection with the foregoing, it should be obvious to a specialist on the basis of the prior art that the present invention allows, by changing the position of the mandrel of the elastic element to smoothly change the stiffness of the support directly in the process of autonomous dynamic testing of various types of rotors (mass-stiffness characteristics and dimensions), thereby changing their frequency response, ensuring the constant operation of the rotors at non-critical frequencies of rotation and reducing the overall level of vibration.

Claims

1. An elastic support with adjustable stiffness for dynamic bench tests of turbomachine rotors, comprising a bearing, a stator element, a housing rigidly fixed to the outer ring of the bearing connected to the stator element by means of a squirrel-wheel-type radial-elastic element, characterized in that it comprises a radially mandrel -elastic element made with the possibility of movement along the longitudinal axis of the support along the guides mounted on the stator element, while the radially elastic element is made in the form Pills cylindrical section.

2. The elastic support according to claim 1, characterized in that the mandrel of the radially elastic element is arranged to move along the longitudinal axis of the support by means of a drive.