Устройство для динамической балансировки роторов

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство включает станину с установленной на ней опорой для балансируемого изделия, на которой закреплен один конец упругих элементов первой вибровоспринимающей системы, второй конец которых присоединен к установочному месту для ротора, двигатель вращения, балансировочную оправку, блок торможения и вторую вибровоспринимающую систему, датчик вращения и два датчика колебаний, соединенных с измерителем дисбаланса. Станина выполнена с поперечным сечением в форме двух вертикальных, симметрично расположенных и примыкающих друг к другу двутавров, образуя верхнюю и нижнюю сплошные поверхности, а также внутреннюю и наружные полости, при этом на верхней сплошной поверхности равномерно размещены плоские пластины с жестко закрепленными на них направляющими. На направляющих установлены первая и введенная в устройство вторая опоры, причем один конец упругих элементов второй вибровоспринимающей системы закреплен на второй опоре, а второй конец упругих элементов этой же вибровоспринимающей системы соединен с введенным в устройство и размещенным по второй опоре вторым установочным местом для балансируемого ротора. Блок торможения размещен в наружной полости станины. Технический результат: повышение точности испытания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для балансировки роторов с отношением длины к диаметру больше двух.

Имеется стенд серии МС (Информационный листок Государственного предприятия МЗОР, Беларусь). Станина изготовлена в виде единого модуля, верхняя сторона которого выполняет роль направляющих для подвижных опор. Для обеспечения виброустойчивости станина имеет большую массу, а элементы управления двигателем вращения расположены в отдельном шкафу, что усложняет конструкцию стенда.

Имеется стенд серии ВМ-300 (фирма «Диамех 2000», Россия «Информационный листок»). Опоры стенда перемещаются по цилиндрическим направляющим, укрепленным на плоской станине. Номенклатура балансируемых изделий ограничена по массе, так как направляющие разнесены в пространстве и жесткость механической системы в поперечном направлении недостаточна.

Дисбаланс, вызванный элементами узлов привода, который меняется по мере их износа, не учитывается. Это снижает точность балансировки.

Имеется стенд горизонтальный для балансировки (каталог фирмы SCHENK, ФРГ «Универсальные балансировочные станки»), имеющий массивную сплошную станину с соединенными с ней направляющими, по которым перемещаются опоры с вибровоспринимающей системой, связанной с датчиком колебаний и системой измерения дисбаланса.

Так как направляющие контактируют со станиной по всей длине, деформация станины от температуры и внешних воздействий напрямую передается через опоры балансируемому изделию, а это увеличивает погрешность измерений.

Технологические допуски на детали для соединения привода и балансируемого изделия, а также их износ в процессе эксплуатации приводят к люфтам в соединениях, что вызывает дополнительные погрешности при измерении дисбаланса.

Первичные преобразователи давления на опоры, зависящего от неуравновешенности ротора, выполнены в виде торсионов и объединены конструктивно со станиной, поэтому влияние внешней среды передается от станины первичным преобразователям, что снижает точность балансировки.

Имеется устройство для динамической балансировки изделий (патент РФ 2225602, 2004 г. - взято за прототип), в котором вал двигателя вращения соединен с балансируемым изделием непосредственно с помощью балансировочной оправки. Основание двигателя вращения через платформу закреплено на одном конце упругих элементов первой вибровоспринимающей системы, вторые концы которых закреплены на станине, представляющей массивное основание единой или модульной конструкции, на которой установлены направляющие с непосредственным контактом с опорой по всей длине. Установочное место для балансируемого изделия через упругие элементы второй вибровоспринимающей системы соединено с опорой, установленной на станине.

Недостатком устройства можно считать ограничение по массе балансируемых роторов, так как последние закреплены одним концом непосредственно на валу двигателя вращения, что усложняет конструкцию устройства, а большая масса балансируемого изделия, укрепленного на валу двигателя вращения, может вызвать изгиб вала, что увеличивает дисбаланс и приводит к увеличению погрешности измерения дисбаланса.

Жесткость механической системы устройства обеспечивается большой массой станины, что дополнительно усложняет конструкцию и увеличивает металлоемкость устройства.

Все изменения, происходящие с массивной станиной от температуры и внешних механических воздействий, передаются направляющим и через них и вибровоспринимающую систему на двигатель вращения. Все это снижает точность балансировки.

Технический результат изобретения - упрощение конструкции и повышение точности балансировки.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве для динамической балансировки роторов, содержащем станину с установленной на ней опорой для балансируемого изделия, на которой закреплен один конец упругих элементов первой вибровоспринимающей системы, второй конец которых присоединен к установочному месту для ротора, двигатель вращения, балансировочную оправку, блок торможения и вторую вибровоспринимающую систему, датчик вращения и два датчика колебаний, соединенных с измерителем дисбаланса, станина выполнена с поперечным сечением в форме двух вертикальных, симметрично расположенных и примыкающих друг к другу двутавров, образуя верхнюю и нижнюю сплошные поверхности, а также внутреннюю и наружные полости, при этом на верхней сплошной поверхности равномерно размещены плоские пластины с жестко закрепленными на них направляющими, на которых установлены первая и введенная в устройство вторая опоры, причем один конец упругих элементов второй вибровоспринимающей системы закреплен на второй опоре, а второй конец упругих элементов этой же вибровоспринимающей системы соединен с введенным в устройство и размещенным по второй опоре вторым установочным местом для балансируемого ротора, при этом блок торможения размещен в наружной полости станины.

Технический результат достигается и в том случае, когда в заявляемое устройство дополнительно введен соединенный с измерителем дисбаланса датчик колебаний, неподвижная часть которого жестко закреплена на станине, а подвижная часть этого датчика колебаний имеет возможность взаимодействия с балансировочной оправкой.

В заявленном изобретении использование станины, выполненной из двутавра в сочетании с плоскими пластинами, закрепленными на станине, на которых установлены направляющие для перемещения опор, уменьшает влияние деформации со стороны станины на направляющие из-за отсутствия сплошного контакта по всей длине направляющих при сохранении их механической прочности. Это уменьшает нагрузку на привод для перемещения опор, повышает точность измерений и упрощает конструкцию устройства. Форма плоских пластин не имеет значения, существенным является их равномерное распределение на поверхности станины.

Введение второй опоры в совокупности с использованием плоских пластин позволяет снизить требования к механической прочности и люфтам опорных подшипников вала двигателя вращения.

Наличие в предложенной конструкции свободного наружного объема в станине позволяет разместить элементы блока торможения двигателя вращения, что упрощает конструкцию устройства, например, исключает необходимость в отдельном электрическом шкафе.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для динамической балансировки роторов.

На фиг.2 представлен разрез АА структурной схемы фиг.1.

На фиг.3 представлен вид сверху структурной схемы фиг.1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленного изобретения с получением указанного технического результата

В известных устройствах требуемые жесткость и вибропрочность механической системы обеспечиваются за счет большой массы станины или использования фундамента для установки станины.

Выполнение станины из двух стандартного образца вертикальных, симметрично расположенных двутавров, имеющих в переходе с горизонтальной на вертикальную плоскость переменное сечение, обеспечивает достаточную механическую прочность для вращения роторов с большой массой, снижает массу станины и ухудшает условия для возникновения механического резонанса при вращении балансируемого ротора.

Устройство для динамической балансировки роторов содержит станину 1 (Фиг.1), состоящую из двух двутавров 2 (Фиг.2), на верхней плоскости 3 (Фиг.2) которых размещены плоские пластины 4 (Фиг.3), на которых вдоль станины укреплены направляющие 5 (Фиг.3), с размещенными на них первой 6 и второй 7 опорами (Фиг.1) с возможностью их перемещения вдоль станины по направляющим 5 (Фиг.3) и устанавливаемых в положение, определяемое длиной балансируемого ротора 8 (Фиг.1). На боковой стороне первой и второй вибровоспринимающих систем своими верхними частями закреплены упругие элементы 9 (Фиг.2), а нижние части этих же упругих элементов 9 присоединены к траверсе 10 (Фиг.2), на которой размещаются по два на каждой траверсе ролика 11 (Фиг.2), имеющие возможность перемещаться в вертикальной плоскости и являющиеся установочным местом для балансируемого ротора 8 (Фиг.1). На первой и второй вибровоспринимающих системах неподвижно закреплены корпуса первого 12 и второго 13 (Фиг.1) датчиков колебаний соответственно, подвижные штоки которых упираются в упругие элементы 9 (Фиг.2) первой и второй (Фиг.1) вибровоспринимающих систем соответственно. Двигатель вращения 14 (Фиг.1) через балансировочную оправку 15 (Фиг.1) соединяется с валом балансируемого ротора 8 (Фиг.1). Датчик вращения 16 (Фиг.1) установлен на валу двигателя вращения 14 (Фиг.1). На кронштейне 17 (Фиг.1), закрепленном жестко на станине 1 (Фиг.1), установлен корпус третьего датчика колебаний 18 (Фиг.3), шток которого взаимодействует с балансировочной оправкой 15 (Фиг.1). Выходы первого 12, второго 13 (Фиг.1) и третьего 18 (Фиг.3) датчиков колебаний и датчика вращения 16 (Фиг.1) соединены с измерителем дисбаланса 19 (Фиг.1). Элементы электрической схемы блока торможения 20 (Фиг.2) размещаются в наружной полости 21 (Фиг.2) станины 1 (Фиг.1).

Работает устройство следующим образом.

Подвижные первую 6 и вторую 7 опоры устанавливают в положение, обеспечивающее размещение на роликах 11 установочных мест опорных частей балансируемого ротора 8. После этого балансируемый ротор 8 помещают на установочные места, а именно на ролики 11 и один конец вала балансируемого ротора 8 с помощью балансировочной оправки 15 соединяют с валом двигателя вращения 14.

Для определения дисбаланса запускается двигатель вращения 14. При вращении ротора 8 с неуравновешенной массой со степенью свободы в горизонтальной плоскости, из-за несовпадения оси вращения и геометрической оси балансируемого ротора 8 возникают периодические силы, отклоняющие упругие элементы первой и второй вибровоспринимающих систем. В результате балансируемый ротор 8 будет совершать колебательное движение на упругих элементах. Частота колебаний совпадает с частотой вращения двигателя 14, а амплитуда колебаний пропорциональна величине произведения неуравновешенной массы на радиус балансируемого ротора. Перемещение упругих элементов первой и второй вибровоспринимающих систем воспринимается первым 12 и вторым 13 датчиками колебаний, которые преобразуют перемещение в электрический сигнал, который подается на измеритель дисбаланса 19.

Третий датчик колебаний 18 воспринимает радиальное биение балансировочной оправки 15 при вращении балансируемого ротора 8, что, в частности, может быть связано с биением вала двигателя вращения 14 или люфтом в месте соединения балансировочной оправки 15 и вала балансируемого ротора 8. Третий датчик колебаний 18 преобразует перемещение в электрический сигнал, который в противофазе к сигналам от первого 12 и второго 13 датчиков колебаний подается на измеритель дисбаланса 19.

Экспериментальные исследования показали, что применение заявленного изобретения позволяет упростить конструкцию, что снижает трудоемкость изготовления и его металлоемкость до 15%. При этом точность измерения дисбаланса повышается не менее чем на 5% для роторов с массой 500 кг.

1. Устройство для динамической балансировки роторов, содержащее станину с установленной на ней опорой, для балансируемого изделия, на которой закреплен один конец упругих элементов первой вибровоспринимающей системы, второй конец которых присоединен к установочному месту для ротора, двигатель вращения, балансировочную оправку, блок торможения и вторую вибровоспринимающую систему, датчик вращения и два датчика колебаний, соединенных с измерителем дисбаланса, отличающееся тем, что станина выполнена с поперечным сечением в форме двух вертикальных, симметрично расположенных и примыкающих друг к другу двутавров, образуя верхнюю и нижнюю сплошные поверхности, а также внутреннюю и наружные полости, при этом на верхней сплошной поверхности равномерно размещены плоские пластины с жестко закрепленными на них направляющими, на которых установлены первая и введенная в устройство вторая опоры, причем один конец упругих элементов второй вибровоспринимающей системы закреплен на второй опоре, а второй конец упругих элементов этой же вибровоспринимающей системы соединен с введенным в устройство и размещенным по второй опоре вторым установочным местом для балансируемого ротора, при этом блок торможения размещен в наружной полости станины.

2. Устройство по п.1, отличающиеся тем, что в него дополнительно введен соединенный с измерителем дисбаланса датчик колебаний, неподвижная часть которого жестко закреплена на станине, а подвижная часть этого датчика колебаний имеет возможность взаимодействия с балансировочной оправкой.