Способ балансировки элементов роторных систем и устройство для его осуществления

Авторы патента:


Способ балансировки элементов роторных систем и устройство для его осуществления
Способ балансировки элементов роторных систем и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2485467:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретения относятся к области машиностроения, а именно к технологии балансировки вращающихся элементов роторных систем, например центробежных насосов, компрессоров, центрифуг и др. Способ заключается в том, что измеряют значения и направления дисбаланса, устраняют неуравновешенности добавлением корректирующей массы и ее размещении на поверхности балансируемой детали с ориентацией в сторону, противоположную направлению вектора дисбаланса ротора. При этом корректировка массы производится путем нанесения покрытия на поверхность балансировки методом детонационного напыления. Устройство включает привод вращения, датчик определения дисбаланса, устройство для метания тел, формирующих корректирующую массу, систему подачи метаемых тел; вычислительную систему, определяющую момент выстрела. При этом в качестве метаемых тел, формирующих корректирующую массу, используются частицы порошков для детонационного напыления, а в качестве устройства для метания тел используют оборудование для напыления детонационных покрытий. Технический результат заключается в упрощении процедуры балансировки, а также в повышении ее точности и производительности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологии балансировки вращающихся элементов роторных систем, например центробежных насосов, компрессоров, центрифуг и др.

Известен аналогичный способ балансировки элементов роторных систем, описанный в работе [1], основанный на методе взрыва проволочек в магнитном поле (плазменное напыление). В данном способе балансируемую деталь приводят во вращение и определяют положение точки балансировки (легкого места) на вращающемся элементе. В момент прохождения легкого места против щели устройства подают высокое напряжение (1000…1100 В) на контакты, между которыми закреплена тонкая проволочка. Вызванный этим напряжением ток (2000 А) расплавляет материал за 15 мкс, т.е. расплавление носит характер взрыва. Электромагнитные силы выбрасывают расплавленный металл из щели на поверхность элемента роторной системы в точку балансировки. Производительность корректировки масс, достигаемая с помощью такого устройства, составляет 0,006…1 г·мин-1.

Недостатками данного способа являются низкая точность балансировки из-за невозможности точной оценки массы, добавляемой при взрыве проволоки, а также низкая производительность корректировки масс.

В качестве прототипа выбран способ балансировки деталей [2], состоящий в определении величины и расположения дисбаланса, расчете с помощью ЭВМ координат точки балансировки и метании «снарядов» (пуль) известной массы в направлении торцевой поверхности балансируемой детали (ротора), имеющей пазы (отверстия) для удержания корректирующих снарядов, расположенные аксиально на балансируемой поверхности.

Данный способ балансировки обладает следующими недостатками: необходимо использовать специальную деталь с аксиальными пазами для размещения снарядов, несущих корректирующую массу, что усложняет процедуру балансировки; в каждой точке паза может разместиться только один снаряд, что может существенно затруднить достижение требуемой точности балансировки детали.

Известны аналогичные устройства для балансировки роторных систем ЭЗ-105, ЭЗ-90, ЭЗ-84, описанные в работе [1], содержащие источник высокого напряжения, выводимого на контакты, между которыми закреплена тонкая проволочка; электропривод для вращения ротора; между ротором и проволочкой находится щель; устройство для определения дисбаланса.

Недостатками данного устройства является низкая производительность из-за необходимости переустановки проволочки, возникновение сильных электромагнитных помех, необходимость мощного источника тока.

В качестве прототипа выбрано устройство для балансировки вращающихся элементов роторных систем [2], включающее привод вращения; датчик определения дисбаланса; устройство для метания тел (шариков), формирующих корректирующую массу; систему подачи метаемых тел; вычислительную систему, определяющую момент выстрела; специальный улавливатель с кольцевым углублением.

Данное устройство имеет следующие недостатки: необходимость использования специальной пушки и улавливателя с кольцевым углублением для удержания тел, формирующих корректирующую массу; использование шариков в качестве тел, формирующих корректирующую массу, не позволит обеспечить точную балансировку, поскольку невозможно разместить в одном месте более одного шарика, а также невозможно внести корректирующую массу, меньшую массы одного шарика. Таким образом, масса шарика должна быть равна требуемой корректирующей массе, необходимой для достижения балансировки с заданной точностью, что на практике достичь сложно.

Технический результат настоящего изобретения заключается в упрощении процедуры балансировки, а также в повышении ее точности и производительности.

Технический результат достигается тем, что измеряют значения и направления дисбаланса, устраняют неуравновешенности добавлением корректирующей массы и ее размещении на поверхности балансируемой детали с ориентацией в сторону, противоположную направлению вектора дисбаланса ротора, при этом корректировка массы производится путем нанесения покрытия на поверхность балансировки методом детонационного напыления. Устройство для реализации способа, включающее привод вращения; датчик определения дисбаланса; устройство для метания тел, формирующих корректирующую массу; систему подачи метаемых тел; вычислительную систему, определяющую момент выстрела, при этом в качестве метаемых тел, формирующих корректирующую массу, используются частицы порошков для детонационного напыления, а в качестве устройства для метания тел используют оборудование для напыления детонационных покрытий.

Корректировка массы в заявленном способе производится путем нанесения покрытия на поверхность балансировки методом детонационного напыления. Повышение точности балансировки в заявленном способе обеспечивается тем, что за один выстрел в зависимости от материала напыляемого порошка наслаивается корректирующая масса от 10 до 100 мг. Причем корректирующая масса за один выстрел имеет стабильную величину, что обеспечивается высокоточной системой дозирования детонационных установок, а также высокой адгезией детонационных покрытий к поверхностям конструкционных материалов. При этом частота следования выстрелов достигает 10 Гц, что позволяет наносить покрытия с производительностью до 1 г/с и обеспечивает высокую производительность балансировки.

Заявленный способ реализуется по следующим этапам.

1. Балансировочную поверхность предварительно активируют, например, методом пескоструйной обработки для обеспечения лучшей адгезии покрытий.

2. Роторную систему приводят во вращение на рабочей частоте.

3. Определяют дисбаланс.

4. Определяют время упреждения выстрела по формуле.

5. По завершении времени упреждения производят выстрел по поверхности балансировки.

6. Повторно оценивают дисбаланс роторной системы и сравнивают его с допустимым дисбалансом. Если измеренный дисбаланс не превышает допустимый, то балансировку прекращают.

В противном случае повторяют этапы 4-6.

Заявленное устройство в зависимости от типа обрабатываемой детали может быть представлено в двух вариантах. Схема первого варианта заявляемого устройства для балансировки деталей типа «кольцо» приведена на фиг.1. Схема второго варианта заявляемого устройства для балансировки деталей типа «вал» приведена на фиг.2.

Устройства по обоим вариантам содержат установку для метания тел (автоматизированный детонационный комплекс), включающий:

формирователь инициирующего импульса (искры) 1, дозатор 2, детонационную установку 3, систему газораспределения 4, датчик угла поворота и частоты вращения 5, двигатель вращения балансируемого ротора 6, датчик определения дисбаланса 7, балансируемую деталь 8, датчик биений 9, усилитель 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, привод двигателя вращения 12, управляющую ЭВМ балансировки 13, управляющую ЭВМ детонационной установки 14.

Высокая точность балансировки обеспечивается точностью дозирования порошка, который является балансировочным материалом. В зависимости от используемого объема лунки мерного челнока дозатора, в ствол детонационной установки могут подаваться порции порошка от 50 до 300 мг. При этом в диапазоне указанных масс порошка может быть выбран режим напыления, обеспечивающий высокую адгезию порошка к поверхности балансируемой детали. В процессе балансировки могут использоваться несколько дозаторов, обеспечивающих грубое и точное наращивание корректирующей массы. В процессе напыления детонационной установкой обеспечивается частота следования выстрелов 10 Гц, при этом время одного выстрела составляет 100 мс. За это время выполняются операции дозирования газов во взрывную камеру и ствол, дозирование порошка и инициирование детонации газовой смеси. Таким образом скорость приращения корректирующей массы составляет 0,2-12 г/сек (12-72 г/мин).

Так как точка балансировки проходит некоторое расстояние за время от момента инициирования детонации до наслаивания частиц порошка на поверхность балансировки, необходимо вводить некоторое упреждение по времени или углу при начале цикла "газораспределение - дозирование порошка - выстрел".

Расчет этого упреждения осуществляется следующим образом.

Расстояние, которое пройдет точка балансировки за время цикла выстрела

где v - линейная скорость перемещения точки на цилиндрической поверхности роторной системы; t0 - длительность цикла одного выстрела и перемещения порошка;

При угловых отсчетах угол упреждения задается формулой

где С - длина окружности ротора в сечении, нормальном к оси ротора, проведенной в точке балансировки (С=πD); D - диаметр окружности; f - частота вращения ротора;

При отсчетах времени упреждение, отсчитываемое от момента обнаружения точки балансировки и определяющее момент выстрела, задается формулой

Описание способа и устройства в динамике.

В процессе балансировки обрабатываемую деталь закрепляют на шпинделе, приводимом в движение от привода вращения. Затем роторную систему приводят во вращение до рабочих скоростей. Далее измерительная система определяет корректирующую массу и положение точки балансировки, затем на основе датчика угла поворота, скорости вращения роторной системы и времени метания частиц детонационной установкой рассчитывается время задержки выстрела по формуле (3). По истечении данного времени управляющая ЭВМ подает команду на осуществление выстрела в систему управления детонационной установки. Далее осуществляется заполнение ствола газовой детонирующей смесью, дозирование порошка в ствол в требуемом количестве и формируется сигнал инициирования детонации. Продуктами детонации частицы порошка нагреваются и метаются в сторону поверхности балансируемой детали. Достигая поверхности детали, частицы порошка образуют пятно напыления, формирующее корректирующую массу в точке балансировки. Далее повторяется оценка дисбаланса, и при необходимости процесс напыления повторяется до достижения корректирующей массы, обеспечивающей балансировку роторной системы с требуемой точностью.

Пример. Балансируемый элемент роторной системы в виде стального круга диаметром 400 мм и толщиной 5 мм, имеющего дисбаланс, устанавливали на валу и приводили во вращение серводвигателем Delta ASMT мощностью 750 Вт с частотой 27,85 оборотов в секунду (1671 об/мин). Угол поворота вала отслеживали инкрементальным энкодером, встроенным в серводвигатель. В качестве датчика определения дисбаланса использовали балочные элементы с наклеенными тензорезисторами, воспринимающие нагрузку на опоры вала с установленной деталью роторной системы. Срез ствола детонационной установки располагали в осевом направлении балансируемого диска и нацеливали на точку, отстоящую на расстояние, равное диаметру пятна напыления от окружности диска. Точку прицеливания выбирали на прямой совпадающей с осью максимальной чувствительности датчиков биения. Расстояние среза ствола от поверхности диска устанавливали равным 200 мм.

Сигнал с выхода тензорезистивного моста поступал на вход тензоусилителя, далее на аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ. При этом по заданной программе регистрировались моменты максимальной изгибающей деформации чувствительных элементов, соответствующие совпадению направления вектора дисбаланса с направлением максимальной чувствительности датчика биений. Таким образом точка балансировки в этот момент совпадала с точкой прицеливания ствола детонационной установки. Текущее значение корректирующей массы определялось по калиброванным значениям, воспринимаемым датчиками биения. В определенный таким образом момент времени начинался отсчет интервала упреждения, рассчитанного по формуле (3). По истечении этого времени осуществляли выстрел, при котором порция порошка металась продуктами детонации на поверхность балансируемого диска, и в точке балансировки создавалось пятно напыления массой 60 мг. Указанные действия повторялись автоматически до достижения приемлемой амплитуды биений, составляющей 0,1 Н. Всего технологическая операция балансировки заняла 1,5 минуты.

Использованная литература

1. Левит М.Е., Рыженков В.М. Балансировка деталей и узлов. - М.: Машиностроение, 1986. - 248 с., ил.

2. US Patent №7231822. Machine and method for balancing a member during rotation / Gary L. Peresada, Christopher E. Emr, Russel Н. Marvin. Date of patent: Jun. 19, 2007.

1. Способ балансировки элементов роторных систем, заключающийся в измерении значения и направления дисбаланса, устранении неуравновешенности добавлением корректирующей массы и ее размещении на поверхности балансируемой детали с ориентацией в сторону, противоположную направлению вектора дисбаланса ротора, отличающийся тем, что корректировка массы производится путем нанесения покрытия на поверхность балансировки методом детонационного напыления.

2. Устройство для реализации способа по п.1, включающее привод вращения; датчик определения дисбаланса; устройство для метания тел, формирующих корректирующую массу; систему подачи метаемых тел; вычислительную систему, определяющую момент выстрела, отличающееся тем, что в качестве метаемых тел, формирующих корректирующую массу, используются частицы порошков для детонационного напыления, а в качестве устройства для метания тел используют оборудование для напыления детонационных покрытий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к станкам для динамической балансировки колес транспортных средств и предназначено для повышения производительности за счет уточнения параметров одной из плоскостей коррекции в процессе балансировки колеса.

Изобретение относится к оборудованию для испытания колесных транспортных средств. .

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для балансировки карданных передач. .

Изобретение относится к нефтегазовому машиностроению, а именно к процессу производства погружных электрических центробежных насосов для добычи нефти (ЭЦН), и может быть использовано в технологическом процессе изготовления и ремонта указанных насосов.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для определения массы и координат центра масс преимущественно крупногабаритных изделий. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов машин и механизмов. .

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании датчиков массового расхода воздуха автомобилей, оборудованных микропроцессорной системой управления двигателем внутреннего сгорания.

Изобретение относится к строительной отрасли промышленности и может быть использовано для испытания и исследования рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний на надежность окон, дверей, различных открывающихся створок и может быть использовано при механических испытаниях

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использован для определения положения центра масс объектов энерго-, тяжелого и транспортного машиностроения, например, крупногабаритных объемных металлоконструкций

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к способу тяговых испытаний транспортных машин (преимущественно трактора) при трогании с места под нагрузкой

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, а именно к оборудованию для испытаний гидравлических ясов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сборке и балансировке гибких роторов компрессоров, турбоагрегатов и валопроводов газоперекачивающих агрегатов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну. Способ проверки качества герметизации заключается в определении мест неплотностей по звуку засасываемого внутрь транспортного средства воздуха, путем создания внутри загерметизированного транспортного средства разрежения. Места неплотностей дополнительно определяют в одной изолированной от внутреннего объема транспортного средства полости, предварительно образованной на надгусеничной полке транспортного средства. Полость соединена воздуховодом с внутренним объемом транспортного средства. Устройство для проверки качества герметизации содержит прибор для контроля разрежения внутри загерметизированного транспортного средства со шлангом отбора воздуха. Шланг соединяет прибор с внутренним объемом транспортного средства. Устройство снабжено системой для создания разрежения в одной изолированной от внутреннего объема полости, предварительно образованной на надгусеничной полке транспортного средства. Система выполнена в виде воздуховодов, соединенных посредством соединительных элементов между собой и с внутренним объемом транспортного средства. Достигается повышение достоверности проверки качества герметизации методом «разрежения» при подготовке транспортного средства к преодолению водных преград по дну. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ анализа колеса транспортного средства включает шину заранее определенной конфигурации и тиксотропное балансировочное вещество. Способ включает вращение колеса транспортного средства с заранее определенным количеством оборотов за некоторый период времени. При этом поверхность протектора шины в первой области контакта с заранее определенной силой прижимается к вращающемуся барабану, и измерительным устройством измеряется первое ускорение в первой области контакта. Вращение другого колеса транспортного средства, включающего другую шину заранее определенной конфигурации, с заранее определенным количеством оборотов за другой период времени. При этом другое колесо транспортного средства сбалансировано традиционным способом и имеет другой остаточный дисбаланс, а поверхность другого протектора другой шины во второй области контакта с заранее определенной силой прижимается к вращающемуся барабану, и измерительным устройством измеряется второе ускорение во второй области контакта, и определение колеса транспортного средства как сбалансированного, если первое ускорение меньше или равно второму ускорению. Раскрыто также устройство и система для анализа колеса транспортного средства, включающего шину заранее определенной конфигурации и тиксотропное балансировочное вещество, в соответствии со способом изобретения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для балансировки вращающихся тел. В состав устройства входят станок для закрепления и вращения детали, два технологических лазера, лучи от которых, при их включении, падают на торцевые поверхности вращающегося тела и испаряют материал в точке падения, два пьезодатчика, установленные в нижних точках обеих опор при закреплении тела вращения на станке, которые вырабатывают электрический сигнал, в зависимости от величины силы, действующей на них, два усилителя электрического напряжения, усиливающие электрические сигналы с пьезодатчиков, каждый со своего, и компьютер, в котором установлен драйвер, управляющий лазерами. В процессе балансировки, в случае если электрические сигналы с пьезодатчиков отличаются друг от друга по величине, то сначала осуществляется динамическая балансировка многократным кратковременным включением одного лазера со стороны большего по величине сигнала до тех пор, пока сигналы не уравняются. Затем осуществляется статическая балансировка многократным и кратковременным, на время, посередине максимума сигнала, например на 0,1 времени одного оборота, в зависимости от скорости вращения балансируемого тела, включением обоих лазеров, до момента, когда исчезнут сигналы от пьезодатчиков, вызванные разбалансировкой тела вращения. Также предварительно определяется заранее поправка, обусловленная силой тяжести, действующей на пьезодатчики, и учитывающаяся в компьютере при выдаче управляющих команд на лазеры. Технический результат заключается в возможности осуществления автоматической как статической, так и автоматической балансировки тел вращения, при сокращении времени балансировки и повышении точности балансировки. 3 ил.

Изобретение относится к области балансировочной техники, в частности к динамической балансировке роторов. Способ заключается в следующем. В опоры балансировочного стенда устанавливают ротор, имеющий расположенные на торцах две плоскости коррекции, одна из которых - балансировочная, а другая - пробная, обладающий известными предельно допустимыми параметрами асимметрии - значениями поперечного смещения центра масс и угла отклонения продольной главной центральной оси инерции относительно его геометрической оси. Приводят ротор во вращение, при вращении сначала определяют амплитуды и фазы вибраций обеих опор, вызванных начальными дисбалансами ротора. Затем, поочередно прикрепляя к каждой из плоскостей коррекции пробные грузы, снова определяют амплитуды и фазы вибраций обеих опор. После этого по полученным результатам рассчитывают коэффициенты балансировочной чувствительности стенда и коэффициенты взаимовлияния плоскостей коррекции. Затем определяют значения и углы начальных дисбалансов в каждой плоскости коррекции, по которым находят начальные значения параметров массо-инерционной асимметрии. При превышении хотя бы одним из них заданного предельно допустимого значения создают балансировочный дисбаланс в балансировочной плоскости коррекции, для создания которого сначала моделируют появление дисбаланса в балансировочной плоскости коррекции, обеспечивающего исключение начального дисбаланса в этой плоскости коррекции, а затем с учетом коэффициента взаимовлияния плоскостей коррекции моделируют появление дисбаланса в балансировочной плоскости коррекции, обеспечивающего приведение параметров массо-инерционной асимметрии к значениям, не превышающим соответствующих заданных предельно допустимых значений. Технический результат заключается в возможности оптимизации параметров массо-инерционной асимметрии, повышении точности определения остаточных параметров дисбаланса и снижении трудоемкости процесса балансировки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх