СПОСОБ БЕЗОПАСНОГО РАЗГОНА МАССИВНОГО РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ, УСТАНОВЛЕННОГО В АКТИВНЫХ МАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКАХ

СПОСОБ БЕЗОПАСНОГО РАЗГОНА МАССИВНОГО РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ, УСТАНОВЛЕННОГО В АКТИВНЫХ МАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКАХ


RU (11) 2265727 (13) C9

(51) МПК
F01D 19/00 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
Переиздание: C1 
(14) Дата публикации: 2006.05.10 
Информация о коррекции: Предыдущая версия документа 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004120039/06 
(22) Дата подачи заявки: 2004.06.30 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.06.30 
(45) Опубликовано: 2005.12.10 
(48) Коррекция опубликована: 2006.05.10 
в бюллетене №: 200613 
(56) Аналоги изобретения: СКУБАЧЕВСКИЙ Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей, Москва, Машиностроение, 1974, с.302. SU 1449670 A1, 07.01.1989. RU 2208690 C1, 20.07.2003. RU 2221157 C1, 10.01.2004. RU 2186224 C1, 27.07.2002. US 5682737 C1, 04.11.1997. GB 2199900 A, 24.01.1989. 
(72) Имя изобретателя: Климнюк В.Ю. (RU); Эскин И.Д. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (RU) 
(98) Адрес для переписки: 443086, г.Самара, Московское ш., 34, СГАУ, патентный отдел 

(54) СПОСОБ БЕЗОПАСНОГО РАЗГОНА МАССИВНОГО РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ, УСТАНОВЛЕННОГО В АКТИВНЫХ МАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКАХ

Изобретение относится к области турбостроения и энергомашиностроения. Сущность изобретения заключается в том, что в способе безопасного разгона ротора турбомашины, установленного в активных магнитных подшипниках, у магнитных подшипников с помощью АСУ создается два режима: первый - с возможно большей жесткостью, которую могут обеспечить ресурсы управления с учетом отработки динамических воздействий в условиях длительной безопасной работы машины, и второй - с жесткостью, на один (и менее) - два - четыре порядка меньшей жесткости первого режима, и разгон ротора на «проход» начинается с первого режима, затем по мере набора оборотов ротором происходит согласно программе, осуществляемой АСУ подшипника, плавное (безударное) переключение с первого режима на второй и наоборот таким образом, что при разгоне полностью исключается работа ротора на резонансе и в резонансной области любой из мод в зоне от нуля до рабочих оборотов и при этом на всех режимах выполняется условие < д, обеспечивающее безаварийную работу машины, где - безразмерная перегрузка, д - допустимая перегрузка. 1 з.п. ф-лы.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области турбостроения и энергомашиностроения.
В настоящее время выполнены и разрабатываются мощные турбокомпрессорные установки, применяемые в атомном энергомашиностроении для привода генератора и других функций.
Причем вес ротора этих машин может составлять десятки тонн.
Эти роторы устанавливаются в активные магнитные подшипники и несмотря на столь большие массы являются "гибкими", и в рабочий диапазон оборотов часто попадают не только параллельная, наклоняющая, но и первая, вторая и даже третья изгибные моды колебаний ротора.
Известный способ разгона ротора от нуля до рабочих оборотов и длительной работы на рабочих оборотах состоит в том, что резонансные режимы, попавшие в рабочий диапазон, проходятся на "проход", т.е. осуществлляется быстрый переход через опасные резонансные области (Скубачевский. Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение, 1974. - стр.302), причем на всех оборотах автоматическая система управления (АСУ) подшипника обеспечивает такое управление, что магнитные силы обеспечивают такие смещения ротора в подшипнике относительно положения равновесия (центра подшипника) (Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники. Теория, расчет, применение. - СПб: Политехника, 2003, стр.56, 62-72), что на всех оборотах в рабочем диапазоне турбокомпрессора должно выполняться условие
< д, (1)
обеспечивающее безаварийную работу машины. Здесь =P/G - безразмерная перегрузка, действующая на подшипник, Р - сила, действующая на подшипник, G - сила веса ротора, приходящаяся на подшипник, д - допустимое значение безразмерной перегрузки.
У массивных роторов д<1 и для выполнения условия (1) резонансные области либо проходятся быстро, что требует больших энергетических затрат, либо пройти их известным способом на «проход» не удается.
Описанный способ разгона ротора принят за прототип.
В основу изобретения поставлена задача обеспечения и в этих случаях безопасного разгона ротора, установленного в активные магнитные подшипники, от нуля до рабочих оборотов и длительной работы машины на этом режиме с перегрузкой, меньшей допустимой.
Поставленная задача решается тем, что в способе безопасного разгона массивного ротора турбомашины, установленного в активных магнитных подшипниках, включающем быстрый переход ротора через критические числа оборотов первых двух мод ротора (мод, соответствующих ротору, как жесткому телу), у активных магнитных подшипников с помощью АСУ создается два режима: первый - с возможно большей жесткостью, которую могут обеспечить ресурсы управления с учетом отработки динамических воздействий в условиях длительной безопасной работы машины, и второй - с жесткостью, на один (и менее) - два - четыре порядка меньшей жесткости первого режима, и разгон ротора на «проход» начинается с первого режима, затем по мере набора оборотов ротором происходит согласно программе, осуществляемой АСУ подшипника, плавные (безударные) переключения с первого режима на второй и наоборот таким образом, что при разгоне полностью исключается работа ротора на резонансе и в резонансной области любой из мод в зоне от нуля до рабочих оборотов, и при этом на всех режимах слабо и, следовательно, легко проходятся известным способом на "проход", и вплоть до первого переключения режимов в дорезонансной области первой изгибной моды ротора в подшипниках с первым режимом перегрузки малы и условие < д легко выполняется.
Так как жесткости подшипников обоих режимов существенно различаются, частоты критических режимов первого режима будут существенно сдвинуты в сторону увеличения частоты относительно частот соответствующих критических режимов второго режима.
Поэтому первое переключение с первого режима во второй режим произойдет в дорезонансной зоне первой изгибной моды первого режима в зарезонансную зону первой изгибной моды второго режима.
Затем обороты ротора будут набираться в зарезонансной зоне первой изгибной моды и в дорезонансной зоне второй изгибной моды второго режима до тех пор, пока не будет пройдена (по оборотам) резонансная область первой изгибной моды первого режима, и далее может быть осуществлено переключение из второго режима в первый и набор оборотов будет продолжаться в зарезонансной зоне первой изгибной моды и дорезонансной зоне второй изгибной моды первого режима.
Далее после прохождения по оборотам резонансной области второй изгибной моды второго режима произойдет плавное переключение во второй режим работы, и набор оборотов будет продолжаться в зарезонансной области второй изгибной моды этого режима. И так цикл переключения из режима в режим будет продолжаться вплоть до достижения рабочих оборотов, и на всех режимах в процессе разгона ротора, в том числе и на рабочих оборотах, будет выполнено условие < д.
Таким образом, предлагаемый способ разгона ротора позволяет полностью исключить работу ротора в резонансных областях, где выполняется условие < д, где - безразмерная перегрузка, д - допустимая перегрузка.
Благодаря тому, что разгон начинается на первом режиме работы подшипника, параллельная и наклоняющая моды, соответствующие колебанию ротора как жесткого тела, не возбуждаются или проявляются перегрузка даже при "быстром" проходе через них может оказаться чрезмерной.
Рабочие обороты ротора могут попасть как в первый режим, так и во второй, но лучше стремиться, чтобы они попали в зарезонансную область какой-нибудь изгибной моды. Причем в случае попадания их во второй режим энергетические затраты на поддержание режима работы подшипника будут существенно меньшими.
Отметим, что чем больше уровень демпфирования динамической системы, тем шире резонансная область амплитудно-частотной кривой и выше перегрузка в зарезонансной области кривой.
Поэтому для более успешного применения предлагаемого способа следует обеспечить минимальное демпфирование в динамической системе "ротор - опоры - корпус", т.е. минимальное демпфирование самих активных магнитных подшипников.
Отметим, что точный количественный закон переключений с режима на режим в каждом конкретном случае может быть определен либо решением задачи о вынужденных совместных колебаниях системы "ротор - опоры - корпус", либо экспериментальным путем.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ безопасного разгона массивного ротора турбомашины, установленного в активных магнитных подшипниках, включающий быстрый переход ротора через критические числа оборотов первых двух мод ротора (мод, соответствующих ротору как жесткому телу), отличающийся тем, что у активных магнитных подшипников с помощью АСУ создают два режима: первый с возможно большей жесткостью, которую могут обеспечить ресурсы управления с учетом отработки динамических воздействий в условиях длительной безопасной работы машины, и второй - с жесткостью, на один (и менее) - два - четыре порядка, меньшей жесткости первого режима, и разгон ротора начинают с первого режима, затем по мере набора оборотов ротором происходят согласно программе, осуществляемой АСУ подшипника, плавные (безударные) переключения с первого режима на второй и наоборот таким образом, что при разгоне полностью исключается работа ротора на резонансе и в резонансной области любой из мод в зоне от нуля до рабочих оборотов и при этом на всех режимах выполняется условие < д, где - безразмерная перегрузка, д - допустимая перегрузка.
2. Способ разгона по п.1, отличающийся тем, что первое переключение осуществляют из дорезонансной зоны первой изгибной моды ротора первого режима в зарезонансную зону первой изгибной моды ротора второго режима.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к машиностроению, а именно способам изготовления, ремонта и обслуживания различных типов подшипников: подшипники качения и скольжения, магнитные подшипники, гидростатические подшипники, газостатические подшипники, способы формирования антифрикционной поверхности трения в подшипниках и др.


Новые технологии и изобретения. Подшипники качения и скольжения




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "подшипник качения". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("подшипник" или "качения").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+подшипник -качения".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "подшипник" будут найдены слова "подшипники", "подшипнику" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "подшипник!".


Рейтинг@Mail.ru