Жидкостно-поплавковое самобалансирующее устройство

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в любой отрасли машиностроения для автоматической балансировки вращающихся масс. Сущность изобретения заключается в том, что жидкостно-поплавковое самобалансирующее устройство для вращающихся масс содержит корпус, имеющий замкнутую кольцевую полость с гладкой поверхностью, внутри которой размещены твердые подвижные тела, а остальное пространство целиком заполнено жидкостью. Кольцевая полость имеет прямоугольное сечение. Масса твердых подвижных тел меньше массы вытесняемой ими жидкости. Техническим результатом является создание пассивного автобалансира, упрощение и удешевление конструкции устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в любой отрасли машиностроения для автоматической балансировки вращающихся масс в диапазоне закритических (выше резонансных) частот вращения.

Известно множество конструкций самобалансирующих устройств, объединенных в класс пассивных автобалансиров, принцип построения которых основан на использовании эффекта Лаваля-Сирля (de Laval, Thearie), заключающегося в способности любых подвижных масс (в том числе и жидкостей), связанных с вращающимся валом, перемещаться при определенных условиях к положению контрдисбаланса. Теоретически, использование этого эффекта открывает (с 1930 г.) путь создания конструктивно простых балансирующих устройств, автоматически компенсирующих в диапазоне закритических частот вращения несбалансированность вращающихся масс (роторов) с заранее неизвестным или изменяющимся во времени дисбалансом, что является несомненным достоинством этого класса устройств и определяет постоянный интерес к ним [1, 2, 3]. Тем не менее, устройства этого типа до сих пор не востребованы практикой, поскольку они, как правило, не обеспечивают при многократных запусках полной повторяемости балансировки. Причиной тому являются недостатки, порождаемые самой схемой построения устройств, которая при всем разнообразии конструкций традиционно повторяет классический принцип устройства Сирля - использование малого числа массивных противовесов с демпфированием их движения вязким трением в жидкости. Такая схема, во-первых, допускает значительный разброс начальных условий движения системы «ротор-балансир» от пуска к пуску и, во-вторых, вызывает максимальное торможение противовесов на самом активном начальном этапе балансировки, что приводит в конце концов к потере точности балансировки. Преодоление этих недостатков требует создания дополнительных устройств, что влечет за собой усложнение конструкций и резкое ограничение возможности их реализации [3, 4, 5, 6].

Изменить эту ситуацию позволяют самобалансирующие устройства, в которых в качестве балансиров используется большое количество шаров малой массы с нелинейным демпфированием их движения [7, 8]. Однако такой подход к решению проблемы не является единственно возможным.

Наиболее близким по техническому исполнению к заявляемому изобретению является устройство-прототип, содержащее замкнутую кольцевую полость, внутри которой размещены стальные противовесы и жидкость для смазки и демпфирования, целиком заполняющая остальную часть полости. Для достижения удовлетворительной работоспособности в конструкцию заложены предельно высокие требования к качеству обработки и точности изготовления (до долей микрометра) рабочих поверхностей, однако оценки стабильности работы устройства не приводятся [4].

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание пассивного автобалансира, обеспечивающего стопроцентную стабильность балансировки при одновременном упрощении и удешевлении конструкции устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в заявляемом устройстве кольцевая полость имеет прямоугольное сечение, а массивные шары-противовесы заменены на твердые подвижные тела, масса которых меньше массы вытесняемой ими жидкости. Иными словами, применены рабочие тела с обратным по сравнению с прототипом соотношением массы шаров Мш и массы вытесняемой ими жидкости Мж: в прототипе Мшж>1, в предлагаемом устройстве Мшж<1. Выполнение последнего неравенства приводит к радикальному изменению функций рабочих элементов балансира и их поведения в процессе балансировки. Жидкость, обладая большей, чем твердые подвижные тела, массой при равенстве объемов, становится основным подвижным носителем уравновешивающей массы, не теряя функций смазки и демпфирования и оставаясь свободной от воздействия сил сухого трения. Тела же теряют функции противовесов и превращаются в поплавки, которые при разгоне ротора "всплывают" к внутреннему ободу кольцевой полости, а на рабочих оборотах смещаются в зону дисбаланса, освобождая место для таких же по объему, но более тяжелых масс жидкости в диаметрально противоположной зоне контрдисбаланса.

Прямоугольное сечение кольцевой полости способствует свободному перемещению жидкости как носителя уравновешивающей массы и делает устройство более простым в изготовлении.

Твердые подвижные тела для увеличения подвижности могут быть выполнены в форме шаров.

На фиг.1 изображено самобалансирующее устройство и расположение шаров в полости до начала вращения при вертикальной (а) и горизонтальной (б) ориентации оси вращения; на фиг.2 изображено движение шаров в процессе балансировки, где

1 - корпус устройства,

2 - кольцевая полость,

3 - жидкость,

4 - шары.

Устройство содержит корпус 1, имеющий замкнутую кольцевую полость 2 прямоугольного сечения с гладкой внутренней поверхностью, целиком заполненную жидкостью 3 с погруженными в нее твердыми шарами 4, способными всплывать в жидкости. Шары 4 могут быть как монолитными, так и полыми. В качестве примера можно указать несколько возможных сочетаний материала шаров и жидкостей: пробка-вода, пенопласт-вода, пенопласт-спирт и др., для которых отношение Мшж не превосходит 0,3. Устройство сохраняет способность балансировки при любом количестве шаров 4, начиная с двух до тех пор, пока на внутреннем ободе остается пространство для перемещения шаров. Однако наилучшие возможности для балансировки достигаются при заполнении внутреннего обода наполовину. При этом размеры полости должны обеспечивать свободное перемещение шаров 4 и жидкости 3.

Самобалансирующее устройство работает следующим образом. В исходном положении, до начала вращения ротора шары 4 располагаются у верхней стенки кольцевой полости 2 произвольным образом при вертикальной ориентации вала (фиг.1, а) либо всплывают компактной группой к верхней части внешнего обода при горизонтальной ориентации вала (фиг.1, б). С началом вращения пограничный слой жидкости 3 у стенок кольцевой полости 2 вовлекает остальную жидкость 3 с шарами 4 в совместное движение, а возникающее при вращении центробежное ускорение создает в жидкости 3 перепад давления вдоль радиуса полости 2 с минимумом на внутреннем ободе. Легкие шары 4, продолжая вращаться вместе с жидкостью 3, всплывают в зону наименьшего давления к внутреннему ободу и остаются там в течение всей дальнейшей работы.

После прохождения резонанса и выхода на рабочие обороты, когда скорость вращения жидкости 3 уравнивается со скоростью вращения корпуса 1, случайные возмущения затухают и в полости 2 создаются условия для действия сил, стремящихся переместить подвижные массы к положению контрдисбаланса. Эти силы действуют как на жидкость 3, так и на шары 4, но в условиях сплошности жидкости 3 перемещения становятся взаимосвязанными. Поскольку силы пропорциональны массам подвижных тел, то твердые и легкие, практически безынерционные по сравнение с жидкостью 3 шары 4 могут изменить свое положение только под действием сил давления в жидкости 3. В процессе балансировки жидкость 3 устремляется в сторону дисбаланса, вытесняя шары 4 в противоположном направлении по внутреннему ободу (фиг.2). Следует отметить, что шары 4 участвуют в процессе не только как рабочие тела для перемещения масс. Другой их функцией является удержание уравновешивающих объемов жидкости 3 на стороне положения контрдисбаланса, поскольку в сильном поле центробежных сил жидкость 3 при отсутствии каких-либо формосохраняющих элементов распределится практически равномерным слоем по наружному ободу кольцевой полости 2, лишив устройство способности балансировки.

По мере приближения системы к состоянию уравновешенности поле балансирующих сил постепенно исчезает и перемещение подвижных масс под действием внутренних потерь энергии в жидкости 3 прекращается. Благодаря вовлечению в процесс одновременно двух типов высоко подвижных тел (текучей жидкости 3 и легких шаров 4) и снижению влияния сухого трения процесс балансировки проходит настолько эффективно, что различие начальных условий движения системы "ротор-балансир" при повторных запусках практически не влияет на точность работы устройства.

Эффективность работы предлагаемого устройства может быть еще более повышена заменой шаровых поплавков на поплавки в форме круговых цилиндров тех же габаритов. Такая замена, не изменяя характер работы устройства, дает возможность расширить диапазон балансировки по дисбалансу примерно в 1,5 раза и одновременно упрощает процесс изготовления поплавков.

Предлагаемое устройство, создавая повышенную мобильность балансирующих масс и снижая вредное влияние сухого трения за счет использования текучей жидкости в качестве основного носителя подвижной массы, обеспечивает при любой ориентации оси вращения ротора эффективность и точность балансировки со стопроцентной стабильностью работы при многократных запусках. Конструкция устройства универсальна, технологична и допускает при изготовлении использование самых распространенных материалов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ден-Гартог Дж. П. Механические колебания. - М.: Физматгиз, 1960.

2. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем. - М.: Наука, 1971.

3. Справочник по балансировке / Под ред. М.Е. Левита. - М.: Машиностроение, 1992.

4. Патент США № 3733923, кл. F 16 F 15/32, 1973.

5. СССР, а.с. № 1048342, кл. G 01 M 1/02, Автоматическое балансирующее устройство, 1983.

6. СССР, а.с. № 1201697, кл. G 01 M 1/02, Автоматическое балансирующее устройство, 1985.

7. Патент РФ № 2063011, кл. G 01 M 1/38, 1/02, Самобалансирующее устройство, 1996.

8. Патент РФ № 2210014, кл. F 16 F 15/32, G 01 M 1/38, 1/02, Самобалансирующее устройство, 2003.

1. Жидкостно-поплавковое самобалансирующее устройство для вращающихся масс, содержащее корпус, имеющий замкнутую кольцевую полость с гладкой поверхностью, внутри которой размещены твердые подвижные тела, а остальное пространство целиком заполнено жидкостью, отличающееся тем, что кольцевая полость имеет прямоугольное сечение, а масса твердых подвижных тел меньше массы вытесняемой ими жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что твердые подвижные тела выполнены в форме шаров.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что твердые подвижные тела выполнены в форме круговых цилиндров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области производства роторных механизмов для различных отраслей промышленности и касается самобалансирующегося вертикального роторного механизма с газостатической опорой, содержащего рабочий орган, газостатический опорный узел с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, пята которого объединена с рабочим органом, образуя ротор, а подпятник которого имеет отверстие для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям, систему газообеспечения и привод.

Изобретение относится к области производства роторных механизмов для различных отраслей промышленности и касается вертикального роторного механизма с самобалансирующимся рабочим органом, содержащего рабочий орган, фигурное основание, средство коррекции дисбаланса рабочего органа, средство передачи вращательного момента от фигурного основания рабочему органу и привод с жестким валом, соединенным с фигурным основанием.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для многократной автоматической балансировки роторов преимущественно для колес автотранспорта.

Изобретение относится к способу автоматического изменения дисбаланса в автобалансирующих устройствах с перемещением корректирующей массы и может быть использовано в бытовых стиральных машинах с вертикальной осью вращения.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для самобалансировки вращающихся масс в динамическом режиме в диапазоне закритических оборотов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при балансировке роторов малоразмерных авиадвигателей. .

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а его объектом является груз, выполняющий функцию корректирующей массы для балансировки роторов турбомашин, в частности паровых турбин.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы. .

Изобретение относится к уравновешивающим структурным элементам и способу динамического уравновешивания вращающегося элемента, используемым в стиральной машине. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к самобалансирующимся роторным механизмам с вертикальной осью вращения ротора и газостатическим опорным узлом
Изобретение относится к области материалов, которые используются для балансировки колес

Ротор с компенсатором дисбаланса содержит рабочее колесо ступени турбомашины и компенсатор дисбаланса колеса в виде балансировочного груза, выполненного в форме сегмента с круговыми внешней и внутренней поверхностями и стопорным элементом. Ротор имеет, по меньшей мере, с одной стороны в теле колеса выемку с кольцевыми внешним и внутренним поднутрениями. Снаружи по торцу колеса напротив внешнего поднутрения выполнен кольцевой выступ с пазами, а напротив внутреннего поднутрения - наружный бурт. Сегмент внешней конической и внутренней поверхностями установлен в поднутрениях выемки колеса и зафиксирован отгибом стопорного элемента в паз выступа. Ось паза расположена в плоскости продольной оси колеса под углом к последней. При работе турбомашины балансировочный груз своей конической поверхностью контактирует со скольжением с конической поверхностью внешнего поднутрения выемки диска и надежно поджимается центробежными силами своей торцевой поверхностью к торцевой поверхности колеса. Изобретение позволяет упростить балансировку ротора, например рабочего колеса ступени турбомашины, за счет исключения его снятия со станка при балансировке, уменьшить нагрузки на подшипники ротора и увеличить быстроходность турбомашины за счет повышения точности и стабильности балансировки колеса, повысить надежность крепления балансировочного груза в колесе и срока службы колеса турбомашины. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для балансировки валов машин. Груз для балансировки редуктора содержит корректирующую массу и выполнен в виде концентричного кольца с выступом или лыской на внутренней поверхности с радиальными сквозными и несквозными прорезями. В результате упрощается монтаж груза для балансировки редуктора. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Турбинная установка содержит роторную машину (12, 14, 24) и балансировочный груз (78). Роторная машина содержит вращающийся компонент (62) с канавкой (76), имеющей основание (84) и пару наклонных сторон (86), сходящихся друг к другу в первом направлении (66) от основания (84) с образованием проема (92). Балансировочный груз (78) расположен в указанной канавке (76) и имеет корпус, первую пару наклонных сторон (94), сходящихся друг к другу в первом направлении и разделенных первым расстоянием (98), и вторую пару наклонных сторон (100), сходящихся друг к другу в указанном первом направлении (66) и разделенных вторым расстоянием (101), которое больше первого расстояния (98). Каждая сторона первой пары наклонных сторон балансировочного груза содержит плоский участок (96), обеспечивающий уменьшение расстояния (98) между сторонами (94). Балансировочный груз выполнен с возможностью прохождения через указанный проем в канавку (76) и поворота с обеспечением взаимодействия указанных наклонных сторон (86) канавки со второй парой наклонных сторон (100) балансировочного груза. Достигается упрощение конструкции канавки и установки балансировочного груза в канавке и его закрепления поворотом. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к балансировке шин, которая устраняет нарушение баланса в автомобильных колесах. Гелевая композиция для балансировки шин содержит 1) 85-97% по массе компонента гликолевого эфира, содержащего смесь двух эфиров сополимера этилен/пропиленгликоля общей формулы (I) или общей формулы (II) или их смеси R − O { [ C H ( C H 3 ) C H 2 − O − ] m [ C H 2 − C H 2 − O ] n } H ;                                       ( I ) R 1 − ( O { [ C H ( C H 3 ) C H 2 − O − ] m [ C H 2 − C H 2 − O ] n } H ) 2 ,                               ( I I ) где R представляет собой водород или алкильную группу из 2-8 атомов углерода; R1 - алкиленовый компонент из 2-8 атомов углерода, в котором один и тот же атом углерода не несет два заместителя; m - количество пропиленгликоля в компоненте или компонентах сополимера этилен/пропиленгликоля, мас.%; и n - количество этиленгликоля в компоненте или компонентах сополимера этилен/пропиленгликоля, мас.%, где соотношение n:m от 35:65 до 80:20; каждое соединение гликолевого сополимера имеет среднечисленный молекулярный вес 2000-10000; и 2) 3-15 мас.% гелеобразующего вещества силикагеля. При этом композиция для балансировки является вязкоупругой и имеет модуль накопления (G') от 1500 до 5000 Па при 22°С, модуль потерь (G"), меньший, чем модуль накопления, вплоть до частоты перехода, составляющей 10-40 Гц, и критическое напряжение текучести, превышающее 2 Па. Изобретение улучшает качество балансировки. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Способ балансировки вращающегося узла (33) газотурбинного двигателя (ГТД) (10), предусматривающий снятие лопатки (56) статора с узла газотурбинного двигателя. Снятие лопатки статора обеспечивает доступ к вращающемуся узлу газотурбинного двигателя. Данный способ включает также по меньшей мере одно из перечисленных ниже действий, а именно: установку, снятие или переустановку балансировочного грузика на вращающемся узле благодаря доступу к данному вращающемуся узлу, обеспечиваемому снятием лопатки статора. Таким образом, можно уменьшить длину ГТД (10) по сравнению с ГТД, имеющими узел непосредственно для установки балансировочного кольца. В результате, это дает возможность уменьшения площади, занимаемой ГТД (10). 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к балансировочной системе для ротора, используемого в турбомашинном оборудовании. Пассивная динамическая инерционная балансировочная система ротора включает в себя множество балансировочных элементов, посаженных на вал ротора в местах расчетного максимального модального отклонения вала. Каждый из балансировочных элементов имеет по меньшей мере одну камеру, и в по меньшей мере одной камере размещается множество подвижных грузов и вязкая текучая среда. Когда вал ускоряется к точке несбалансированности, грузы перемещаются в по меньшей мере одной камере в место, которое является противоположным точке несбалансированности. Вязкая текучая среда обеспечивает демпфирование для подвижных грузов для предотвращения чрезмерного перемещения в камере и для обеспечения их смазки. Также предложены система для самокорректировки несбалансированности ротора турбомашинного оборудования во время вращения ротора и способ для балансировки ротора в турбомашинном оборудовании. Группа изобретений направлена на создание постоянной и недорогой системы и способа для динамической балансировки ротора, которая сама корректируется при несбалансированности, когда ротор работает. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к автомобильному транспорту. Способ балансировки колеса включает в себя по меньшей мере этапы экструзии профиля из неотвержденного и/или невулканизированного вязкоэластичного полимера, содержащего по меньшей мере один наполнитель и имеющего общую плотность более 0,9 кг/дм3, отделения от экструдированного профиля из указанного полимера отрезка, длина которого соотносится с требуемой для балансировки массой, приложения балансировочного груза к ободу колеса и отверждения балансировочного груза на колесе. Технический результат – повышение прочности и снижение стоимости балансировки колеса. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх