Устройство для автоматической балансировки роторов
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов машин и механизмов. Устройство содержит кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную отвердевающим материалом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры из-за сил трения, возникающих от вибрации ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора. При этом в роторе в месте крепления к нему внутренней обоймы балансировочной камеры выполнена шарообразная выпуклость. Балансировочная камера выполнена в виде цилиндрической емкости с поршнем, положение которого относительно емкости выбирается из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки. Технический результат - уменьшение времени нахождения системы в разбалансированном состоянии в процессе балансировки. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматического уравновешивания роторов, машин и механизмов.
Известно устройство для автоматической балансировки роторов (RU 2171457, кл. G 01 М 1/32), содержащее кольцевую камеру, заполненную отвердевающим материалом и имеющую упругие торцевые стенки, жесткость которых выбирается из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки. Опору ротора на газовой смазке устанавливают внутри кольцевой камеры. В качестве отвердевающего материала используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью расплавляться при разогреве опоры, вызванном вибрацией ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора.
Недостатками решения является длительность и большие энергозатраты на перемещение оси ротора в более «легкое» положение, а также возможность его использования только на опорах на газовой смазке.
Задачей заявляемого изобретения является возможность создания универсального балансировочного устройства для установки на любые роторные системы.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в уменьшении времени нахождения системы в разбалансировочном состоянии в процессе балансировки.
Указанный технический результат обеспечивается тем что, при возникновении дисбаланса происходит биение ротора в опорах и одновременно разогревание их. Легкоплавкие вещества внутри камеры меняют свое агрегатное состояние с твердого на жидкое, и тут же ротор переходит в более «легкое» положение вследствие явления самоцентрирования.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные признаки: устройство для автоматической балансировки ротора, содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную отвердевающим материалом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры из-за сил трения, возникающих от вибрации ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора.
Отличительные признаки: балансировочная камера выполнена в виде цилиндрической емкости с поршнем, положение которого относительно емкости выбирается из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки.
Общеизвестно, что балансировка - это технологический процесс совмещения главной центральной оси инерции ротора с его осью вращения. Одним из методов балансировки является изменение положения опор ротора так, чтобы ось вращения ротора, обычно проходящая через центры сечений подшипниковых опор, совпала с главной центральной осью инерции ротора. Для достижения результата применяют балансировочную камеру, устанавливаемую между ротором и подшипниковой опорой, заполненную отвердевающей жидкостью.
При эксплуатации ротативной конструкции неизбежно возникновение дисбаланса из-за: изменения скорости вращения ротора; наличия на вращающемся роторе изношенных, сломанных, дефектных, недостающих, недостаточно прочно закрепленных и т.д. деталей и узлов; особенностей эксплуатации данного оборудования, приводящих к неравномерному нагреву и искривлению роторов; появления сколов или налипания среды на вращающиеся части машины, их коррозионного износа, ослабления связей в составных роторах, ослабления опор и фундаментных конструкций. При этом работоспособность машины сохраняется и требуется балансировка. Важным фактором будет являться время нахождения системы под нагрузкой, на рабочей частоте вращения с дисбалансом, в течение эксплуатации которого резко вырастают динамические усилия на опоры. Время реагирования балансировочного устройства определит долговечность конструкции.
В заявляемом устройстве время нахождения системы в разбалансированном состоянии зависит только от состояния легкоплавких веществ, находящихся внутри балансировочной камеры. При возникновении вибрации выделяется большое количество тепла, происходит расплавление легкоплавких веществ, которые в свою очередь позволяют поршню перемещаться относительно камеры. Данная операция происходит на закритических скоростях вращения (это регулируется подбором температуры плавления легкоплавких веществ). При получении свободы движения поршень вместе с ротором смещается, совмещая ось вращения с главной центральной осью инерции ротора. Это явление называется самоцентрированием (Дондошанский В.К. Динамика и прочность судовых газотурбинных двигателей. Л.: Судостроение, 1978). После балансировки автоматически прекращается вибрация, и происходит отвод теплоты от легкоплавких веществ, которые застывают, и ротор вращается в сбалансированном состоянии.
Устройство состоит из внутренней обоймы или цилиндрической емкости 1 и внешней обоймы или поршня 2, которые в свою очередь составляют балансировочную камеру. Внутри камера заполнена легкоплавкими веществами 3. Балансирочная камера крепится внешней обоймой к подшипнику 5, а внутренней - к ротору 4, который имеет в месте крепления шарообразную выпуклость. В рабочем состоянии при возникновении дисбаланса происходит разогрев легкоплавких веществ. Они изменяют свое агрегатное состояния с твердого на жидкое и позволяют внутренней обойме перемещаться относительно внешней. Но при этом первоначальное положение оси ротора будет параллельно конечному. Таким образом, можно устранить лишь статическую неуравновешенность. Но также устройство обязано устранять и моментную неуравновешенность (ГОСТ 22061-76 Система классов точности балансировки. М.: Издательство стандартов, 1977). Поэтому для устранения моментной неуравновешенности предусмотрена шарообразная выпуклость. С ее помощью ось ротора может не только параллельно перемещаться относительно своего первоначального положения, но и принимать угол, необходимый для устранения моментной неуравновешенности.
Устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную отвердевающим материалом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры из-за сил трения, возникающих от вибрации ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора, отличающееся тем, что в роторе, в месте крепления к нему внутренней обоймы балансировочной камеры, выполнена шарообразная выпуклость, а балансировочная камера выполнена в виде цилиндрической емкости с поршнем, положение которого относительно емкости выбирается из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки.
