一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器

本发明涉及旋转机械系统支承阻尼，特别涉及一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器。

背景技术：

1、在航空发动机、燃气轮机等旋转机械系统中，为降低转子引起的振动，保证转子可靠和长寿命运转，采用支承阻尼结构始终是最主要的振动控制手段。特别是近年来，随着技术和性能要求的提高，转子工作转速也相应升高，往往处于多阶临界转速以上。因此，研发适用于高转速转子的支承阻尼结构，降低转子通过临界时的振动响应，对于旋转机械系统的工程应用具有重要价值。

2、目前，在航空发动机和燃气轮机中，得到最广泛使用和最充分研究的阻尼器是挤压油膜阻尼器(sfd)，其结构相对简单、使用寿命较长、阻尼效果优良，通过利用轴承进动运动下滑油流体动压润滑原理，对转子振动能量进行耗散。然而，流体动压润滑形成的油膜力学特性是转子进动转速和进动半径的高度非线性函数，高速转子应用中非常容易出现“双稳态”的非线性突跃响应；同时，油膜在高转速下还易震荡失稳，导致转子产生不稳定地非协调涡动响应。这都使其在高速转子上的应用收到限制。为了克服上述挤压油膜阻尼器的缺陷，工程界提出一种弹性环式挤压油膜阻尼器(ersfd)。这一阻尼器在油膜腔内加入一个弹性环结构，分隔油腔以避免流体动压非线性效应的产生，同时其上加工有细小阻尼孔，利用滑油流经阻尼孔的节流作用产生阻尼效果。然而，这种结构仍存在一些问题：首先，需要在受到交变应力下的弹性环上开孔，孔边极易因应力集中而产生高周疲劳，大大影响了弹性环的使用寿命；其次，由于轴承运动时，运动相反方向的弹性环内凸台会发生分离，导致滑油从凸台间隙流动而不经阻尼孔，降低阻尼效果；最后，阻尼效果和支承刚度、寿命之间存在较大设计矛盾，往往需要因保证支承刚度和寿命而牺牲阻尼性能。

技术实现思路

1、针对传统弹性环挤压油膜阻尼器结构在高速转子系统的应用中，所存在的弹性环寿命问题和阻尼效果较差问题，本发明提供一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，创新性地提出射流器式外环设计措施，利用射流加速滑油流动以提高流动阻尼，并避免在弹性环上开孔，从而提高了结构使用寿命。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，包括转子轴颈、轴承、轴向拧紧螺母、轴承座、外油膜衬套、射流器、弹性环、封油o形圈和轴承衬套；

4、所述轴承装配在转子轴颈上，由轴向拧紧螺母轴向固定；

5、所述轴承座上加工有供油通道，用来对阻尼器提供具有一定压力的滑油；

6、所述外油膜衬套和射流器加工有法兰边，利用螺栓和轴承座固定；外油膜衬套通过轴承座的过盈配合圆柱面进行径向定位，射流器通过外油膜衬套的过盈配合圆柱面进行径向定位；

7、所述轴承外环衬套装配在轴承外环上；

8、所述弹性环装配于轴承外环衬套和射流器之间，弹性环的内、外表面沿周向分别均匀地分布有若干个内凸台与外凸台，且内凸台与外凸台位置相互交错，内凸台与轴承外环衬套配合，外凸台与射流器的功能段配合；

9、所述射流器包含功能段，功能段为周向分段结构，分段数量与弹性环的外凸台的数量相同，各段内表面与弹性环的外凸台配合；同时，功能段还用于构成内油膜和外油膜；

10、所述弹性环上加工有u形槽，在外油膜衬套的一侧安装有定位销，利用定位销对弹性环进行周向固定。

11、优选的，所述轴承座安装在旋转机械装置的支承结构上，具有至少一个供油通道；所述轴承座加工有螺纹孔；

12、优选的，所述外油膜衬套轴向一侧加工有法兰翻边，通过螺栓固定在轴承座上，并与轴承座圆柱面过盈配合从而径向定位；另一侧加工有挡板，用于形成密封的油腔，其上安装有定位销；所述外油膜衬套具有至少一个进油口和一个回油口；

13、优选的，所述弹性环的主体为薄壁环状结构，内、外圆柱表面交错地加工有若干个内凸台、外凸台；所述弹性环的外凸台外表面与所述射流器配合，内凸台的内表面与所述轴承外衬套配合，从而对轴承径向定位；弹性环上加工有u形槽，用于配合所述外油膜衬套上的定位销；

14、优选的，所述射流器一侧加工有法兰翻边，用过通过螺栓与所述外油膜衬套一起固定在轴承座上，并与所述外油膜衬套通过圆柱面过盈配合进行径向定位；所述射流器加工有挡板，用于形成油腔；所述射流器的功能段上具有加工有径向方向的收敛形的缝隙；

15、优选的，所述射流器的收敛形的缝隙尺寸参数和射流角度可以作为设计参数而调整阻尼效果；

16、优选的，所述射流器通过连接结构与轴承座固定并径向定位，并包含功能段，功能段为周向分段结构，各段之间构成收敛形的缝隙；所述缝隙连通内油膜和外油膜，所述缝隙在内油膜一侧的宽度相较外油膜一侧的宽度更大，且缝隙两侧位于同一径向方向，当滑油从内油膜流向外油膜时，缝隙形成的滑油流道为收敛形，且流动为径向方向。

17、优选的，所述射流器通过连接结构与轴承座固定并径向定位，并包含功能段，功能段为周向分段结构，各段之间构成收敛形的缝隙；所述缝隙在内油膜一侧的宽度相较外油膜一侧的宽度更大，同时内油膜一侧缝隙和外油膜一侧缝隙不在同一径向方向上，使滑油流经缝隙后的射流在外油膜中具有的切向分量，从而增大滑油在外油膜中的周向流动速度，以提高在外油膜中的流动阻尼。

18、作为优化，所述射流器环段外表面可以加工阻流板，并周向地加工有阻尼孔，用于加强阻尼效果；

19、优选的，所述轴承外环衬套过盈地装配在轴承外环上，轴向两侧端面加工有安装封油o形圈的凹槽；

20、本发明相较现有的弹性环挤压油膜阻尼器，具有以下优点：

21、(1)本发明中，弹性环和上不需要加工小孔，相比带有小孔的结构大大降低了结构上的应力集中，由此提高了弹性环的疲劳寿命和使用寿命；

22、(2)本发明中，弹性环阻尼器通过射流孔将滑油流动加速，提高滑油速度梯度从而提高流动损失，并能够利用射流冲击壁面的动能损失进一步进行阻尼耗散；

23、(3)本发明中，射流器能够通过附加带有阻尼孔的阻流板而提高阻尼能力；

24、(4)本发明中，阻尼效果避免受到弹性环运动导致的凸台分离而造成的损失。

技术特征：

1.一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：包括转子轴颈(1)、轴承(2)、轴向拧紧螺母(3)、轴承座(4)、外油膜衬套(7)、射流器(11)、弹性环(13)、封油o形圈(14)和轴承外环衬套(15)；

2.根据权利要求1所述的一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述射流器(11)的功能段(12)的截面具有周向非连续特征，且周向各段之间的缝隙为收敛形的缝隙(18)；

3.根据权利要求1或2所述的一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：外油膜衬套(7)和射流器(11)在弹性环(13)的两侧加工有挡板，同时轴承外环衬套(15)轴向两侧安装封油o形圈(14)，形成封闭油腔；

4.根据权利要求1或2所述的一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：当转子横向运动时，轴承外环衬套(15)在轴承(2)的带动下也产生横向运动，挤压弹性环(13)发生变形，使内油膜(16)的一侧子油腔体积减小，使其中滑油由收敛形的缝隙(18)流出。

5.根据权利要求1或2所述的一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述射流器(11)的收敛形的缝隙(18)的射流角度可以调整，使射流在外油膜(9)中具有相对更大的切向分量，以增大滑油在外油膜(9)中的周向流动流速。

6.根据权利要求1或2所述的一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述射流器通过连接结构与轴承座(4)固定并径向定位，并包含功能段(12)，功能段(12)为周向分段结构，各段之间构成收敛形的缝隙(18)；所述缝隙(18)连通内油膜(16)和外油膜(9)，所述缝隙(18)在内油膜(16)一侧的宽度相较外油膜(9)一侧的宽度更大，且缝隙两侧位于同一径向方向，当滑油从内油膜(16)流向外油膜(9)时，缝隙(18)形成的滑油流道为收敛形，且流动为径向方向。

7.根据权利要求1或2所述的一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述射流器通过连接结构与轴承座(4)固定并径向定位，并包含功能段(12)，功能段(12)为周向分段结构，各段之间构成收敛形的缝隙(18)；所述缝隙(18)在内油膜(16)一侧的宽度相较外油膜(9)一侧的宽度更大，同时内油膜(16)一侧缝隙和外油膜(9)一侧缝隙不在同一径向方向上，使滑油流经缝隙(18)后的射流在外油膜(9)中具有的切向分量，从而增大滑油在外油膜(9)中的周向流动速度，以提高在外油膜(9)中的流动阻尼。

8.根据权利要求1或2所述的一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器，其特征在于：所述射流器的功能段(12)外侧加工阻流板(21)，并在其上加工周向的阻尼孔(23)；当滑油经射流器加速后在外油膜(9)中流动时，阻尼孔(23)的节流作用增强阻尼器的阻尼效果。

技术总结
本发明公开一种射流式弹性环挤压油膜阻尼器。该阻尼器布置在转子轴承支座位置，主要包含轴承座、外油膜衬套、弹性环、射流器、轴承外衬套等组件。本发明中，阻尼器的阻尼减振效果来自于转子振动时，滑油受弹性环变形作用下产生流动，在射流器、外油膜和油腔间交换流动中的粘滞作用。相较一般弹性环挤压油膜阻尼器，本发明不仅能够利用射流器提高滑油速度梯度从而提高能量耗散率，还能够避免弹性环上产生应力集中以保证结构有较高的使用寿命。本发明结构紧凑，阻尼高效，且阻尼性能可以通过改变射流器的结构参数进行轻易调整。

技术研发人员：马艳红,洪杰,韩卓荤,宋石平,王永锋
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13