Ротор с компенсатором дисбаланса



Ротор с компенсатором дисбаланса
Ротор с компенсатором дисбаланса
Ротор с компенсатором дисбаланса
Ротор с компенсатором дисбаланса
Ротор с компенсатором дисбаланса
Ротор с компенсатором дисбаланса

 


Владельцы патента RU 2516722:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)

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 балансировочной технике в общем машиностроении и, в частности, может быть использовано для балансировки роторов турбомашин.

При работе турбомашины из-за дисбаланса вращающихся частей всегда возникают вибрации ротора, которые существенно снижают коэффициент трения и могут приводить к смещению балансировочных грузов от положения, выбранного при балансировке ротора.

На ротор и балансировочные грузы, кроме всего прочего, воздействуют значительные аэродинамические силы от перемешивания воздуха в турбомашине.

К смещению балансировочных грузов также могут приводить различные температурные расширения грузов и колеса, выполненных из различных материалов.

Установлено, что уравновешивание вращающихся частей машин посредством добавления корректирующих грузов позволяет уменьшить нагрузки на подшипники машин и таким образом повысить их ресурс. Это особенно важно для высокооборотных машин и двигателей, когда сброс/приемистость оборотов ротора во время работы достигает несколько тысяч оборотов в секунду.

Известно устройство (авт. свид. СССР №200857, F16F 15/32, 09.04.1966), содержащее груз в форме сегмента со стопорной пластиной, установленной в проточку диска ротора, где цилиндрический выступ пластины входит в отверстие, имеющееся в бурте диска ротора с радиальными и окружными пазами. Однако в отверстиях на бурте диска, служащих для постановки контровок и являющихся концентраторами напряжений, после определенного времени работы в диапазоне высоких центробежных сил, температур и вибраций возникают трещины, приводящие к разрушениям дисков и авариям с тяжелыми последствиями.

Известна роторная машина (патент США №8 177 487, F01D 25/04, 04.05.2009 и его аналог - патент РФ №2010 117 015, F01С 1/00, 30.04.2010), содержащая вращающуюся часть с кольцевой канавкой и балансировочный груз. Канавка имеет основание и боковые наклонные стороны, сходящиеся друг к другу от основания с образованием проема.

Балансировочный груз имеет корпус с наклонными сторонами и расположен в указанной канавке с возможностью перемещения в окружном направлении при взаимодействия наклонных сторон груза с наклонными сторонами канавки. Балансировочный груз закреплен в канавке резьбовыми стопорами.

Установка позволяет бесступенчато балансировать роторную машину. Однако в условиях воздействия на ротор и груз пульсирующих нагрузок надежность крепления балансировочного груза резьбовыми стопорами недостаточна.

Наиболее близким из известных устройств по технической сущности и достигаемому результату является устройство компенсации дисбаланса колеса, содержащее балансировочный груз, выполненный в виде сегмента и устанавливаемый в проточку диска ротора с радиальными и окружными пазами (авт. свид. СССР №624130, G01М 1/32, 09.03.1977). Груз выполнен с буртом для закрепления его в окружном пазу и с радиальными выступами, размеры и расположение которых соответствует размерам и расположениям радиальных пазов. Изобретение повышает надежность и срок службы диска. Однако при односторонней установке груза в канавке, когда сброс/приемистость оборотов ротора во время работы достигает несколько тысяч оборотов в секунду, надежность крепления груза значительно снижается.

Предложенное изобретение решает следующие задачи:

- упрощение и удешевление балансировки ротора;

- уменьшение нагрузки на подшипники ротора турбомашины за счет повышения точности и стабильности балансировки колеса;

- повышение надежности крепления балансировочного груза в колесе и срока службы колеса турбомашины.

Поставленные задачи решаются тем, что ротор с компенсатором дисбаланса содержит, например, рабочее колесо ступени турбомашины и компенсатор дисбаланса колеса в виде балансировочного груза. Балансировочный груз выполнен в форме сегмента со стопорным элементом. Колесо имеет, по меньшей мере, с одной стороны в теле выемку с кольцевым внешним поднутрением, а снаружи напротив поднутрения по торцу колеса кольцевой выступ с пазами. Причем сегмент внешней поверхностью установлен во внешнем поднутрении выемки колеса и зафиксирован отгибом стопорного элемента в паз выступа.

В соответствии с изобретением:

- внешняя поверхность сегмента выполнена конической, соосной продольной оси колеса, расширяющейся в сторону тела колеса;

- внутренняя поверхность сегмента в поперечном сечении изготовлена торообразной;

- стопорный элемент сегмента выполнен в виде отгибной лапки;

- выемка колеса дополнительно имеет кольцевое внутреннее поднутрение с наружным буртом, концентричное кольцевому внешнему поднутрению, причем сегмент внутренней поверхностью установлен во внутреннем поднутрении выемки;

- кольцевые поверхности внешнего и внутреннего поднутрений выемки колеса соответственно конгруэнтны круговым внешней и внутренней поверхностям сегмента;

- пазы размещены извне наружного выступа внешнего поднутрения выемки;

- отгибная лапка расположена на свободной стенке сегмента под наружным кольцевым выступом колеса и зафиксирована на последнем с осуществлением деформации лапки в паз.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленных задач, так как:

- выполнение внешней поверхности сегмента конической, соосной продольной оси ротора, расширяющейся в сторону тела колеса, и расположение сегмента внешней поверхностью в идентичном внешнем поднутрении колеса обеспечивает при работе турбомашины надежное дополнительное соединение сегмента с колесом за счет большой силы трения, возникающей на сопряженных поверхностях от действия центробежных сил. Это позволяет избежать смещения сегмента (груза) в процессе эксплуатации высокооборотных турбомашин и тем самым предотвратить их разбалансировку, а следовательно, и, как минимум, дорогой внеплановый ремонт;

- изготовление внутренней поверхности сегмента в поперечном сечении торообразной и расположение сегмента этой поверхностью во внутреннем поднутрении выемки колеса исключает выпадение сегмента из внутреннего поднутрения выемки в неподвижном состоянии турбомашины, что улучшает надежность крепления балансировочного груза в колесе, повышает точность и стабильность балансировки колеса и уменьшает при работе турбомашины нагрузки на подшипники ротора;

- выполнение стопорного элемента сегмента в виде отгибной лапки дополнительно повышает надежность фиксации балансировочного груза в колесе за счет прижатия отгибной лапки к поверхности паза центробежными силами, возникающими при работе турбомашины;

- выполнение кольцевых поверхностей внешнего и внутреннего поднутрений выемки колеса соответственно конгруэнтными круговым внешней и внутренней поверхностям сегмента обеспечивает повышение точности установки груза в колесе и стабильности балансировки колеса;

- размещение пазов извне наружного выступа внешнего поднутрения выемки позволяет обеспечить доступ к установке балансировочных грузов в колесе и креплению лапок грузов в пазах без снятия ротора с балансировочного станка;

- расположение отгибной лапки на свободной стенке сегмента под наружным кольцевым выступом колеса и фиксирование ее на выступе с осуществлением деформации лапки в паз дополнительно обеспечивает упрощение и удешевление балансировки ротора без снятия его с балансировочного станка.

Развитие совокупности существенных признаков изобретения для частных случаев его выполнения дано далее.

Расположение оси каждого паза в плоскости продольной оси колеса под острым углом к последней может обеспечивать равномерное расположение лапки при деформации в пазу без нагружения сегмента во внешнем и внутреннем поднутрениях колеса.

Поверхность каждого паза может быть выполнена в виде части торовой, конической или цилиндрической поверхностей. Форма паза определяется конструкцией и быстроходностью ротора и обеспечивает плавность деформации лапки груза в паз колеса без трещинообразования.

Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи:

- упрощена и удешевлена балансировка ротора;

- уменьшена нагрузка на подшипники ротора и повышена быстроходность турбомашины за счет повышения точности и стабильности балансировки колеса;

- повышены надежность крепления балансировочного груза в колесе и срок службы колеса турбомашины.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции и работы ротора турбомашины с компенсатором дисбаланса на фиг.1-6, где:

на фиг.1 изображено продольное сечение колеса, содержащего балансировочный груз, установленный во внешнем и внутреннем поднутрениях выемки колеса;

на фиг.2 - балансировочный груз в сечении до установки в колесо;

на фиг.3 - вид на балансировочный груз со стороны отгибной лапки;

на фиг.4 - вид на тыльную сторону колеса с пазами, размещенными извне наружного выступа внешнего и паза внутреннего поднутрений;

на фиг.5 - сечение груза, установленного в поднутрении выемки колеса и зафиксированного от смещения деформацией отгибной лапки в паз наружного выступа внешнего поднутрения выемки колеса;

на фиг.6 - вид на вариант доработки по массе балансировочного груза.

Ротор с компенсатором дисбаланса, изображенный на фиг.1, содержит, например, рабочее колесо 1 ступени турбомашины и компенсатор дисбаланса колеса в виде балансировочного груза 2. Груз 2 (см. фиг.2, 3) выполнен в форме сегмента со стопорным элементом 3. Колесо 1 имеет, по меньшей мере, с одной стороны в теле выемку 4 с кольцевым внешним поднутрением 5, а снаружи напротив поднутрения 5 по торцу колеса - кольцевой выступ 6 с пазами 7 (см. фиг.4). Причем сегмент 2 внешней поверхностью 8 установлен во внешнем поднутрении 5 выемки 4 колеса 1 и зафиксирован отгибом стопорного элемента 3 в паз 7 выступа 6. Внешняя поверхность 8 сегмента 2 выполнена конической, соосной продольной оси колеса 1, расширяющейся в сторону тела колеса. Внутренняя поверхность 9 сегмента 2 в поперечном сечении изготовлена торообразной. Стопорный элемент 3 сегмента 2 выполнен в виде отгибной лапки. Выемка 4 колеса 1 дополнительно имеет (см. фиг.1, 5) кольцевое внутреннее поднутрение 10 с наружным буртом 11, концентричное кольцевому внешнему поднутрению 5. Причем сегмент 2 внутренней поверхностью 9 установлен во внутреннем поднутрении 10 выемки 4. Кольцевые поверхности внешнего 5 и внутреннего 10 поднутрений выемки 4 колеса 1 соответственно конгруэнтны (см. фиг.2) внешней 8 и внутренней 9 поверхностям сегмента 2. Пазы 7 размещены (см. фиг.4) извне наружного выступа 6 внешнего поднутрения 5 выемки 4. При этом отгибная лапка 3 расположена на свободной стенке сегмента 2 под наружным кольцевым выступом 6 колеса 1 и зафиксирована на последнем с осуществлением деформации лапки 3 в паз 7. Ось каждого паза 7 расположена в плоскости продольной оси колеса 1 под углом к последней (не показано). Поверхность каждого паза 7 может быть выполнена в виде части торовой, конической или цилиндрической поверхности, что определяется конструкцией и быстроходностью ротора турбомашины.

Для установки балансировочных грузов (сегментов) 2 в поднутрения 5 и 10 выемки 4 на наружном бурте 11 поднутрения 10 имеется радиальный паз 12 (см. фиг.5).

Грузы (сегменты) 2 изготавливаются, например, точением колец из материалов различной плотности, например алюминия, титана, стали и других материалов, и вырезаются по ширине, равными или меньшими по размерам ширины паза 12 в бурте 11.

Ротор устанавливают на балансировочный станок. Подобранные по массе один или несколько грузов 2 (из наборов различной плотности) через паз 12 (см. фиг.5) устанавливают в кольцевую выемку 4 колеса 1, образованную кольцевыми внешним 5 и внутренним 10 поднутрениями и перемещают в окружном направлении до места, определенного на балансировочном станке до постановки груза 2. Затем лапка 3 груза 2 частично деформируется с фиксацией в паз 7 выступа 6 (см. фиг.4) с возможностью, в случае необходимости, скорректировать массу груза 2 и его угловое местоположение.

После достижения необходимой величины дисбаланса рабочего колеса лапка 3 окончательно деформируется до контакта с поверхностью паза 7 в кольцевом выступе 6.

В случае невозможности подбора груза 2 необходимой массы можно установить на колесо 1 диаметрально противоположно два груза другой массы с разницей в массе, равной необходимой, например, алюминиевый, титановый или стальной груз 2. Кроме того, необходимую массу груза 2 можно получить за счет его доработки снятием лишнего материала, например, как показано на фиг.6.

Подбор необходимого груза 2 выполняется без снятия ротора с балансировочного станка.

При работе турбомашины груз 2 своей конической внешней поверхностью 8 контактирует со скольжением с конической поверхностью внешнего поднутрения 5 выемки 4 диска 1 и надежно поджимается центробежными силами своими конгруэнтными поверхностями к поверхностям выемки 4 колеса 1. Это в совокупности с фиксацией груза 2 деформацией лапки 3 в паз 7 при воздействии на лапку 3 центробежных сил позволяет надежно крепить балансировочный груз 2 на колесе 1 в окружном направлении при сбросе/приемистости оборотов ротора во время эксплуатации в составе, например, высокооборотного авиадвигателя, где сброс/приемистость достигают несколько тысяч оборотов в секунду.

1. Ротор с компенсатором дисбаланса, содержащий, например, рабочее колесо ступени турбомашины и компенсатор дисбаланса колеса в виде балансировочного груза, выполненного в форме сегмента со стопорным элементом, где колесо имеет, по меньшей мере, с одной стороны в теле выемку с кольцевым внешним поднутрением, а снаружи напротив поднутрения по торцу колеса кольцевой выступ с пазами, причем сегмент внешней поверхностью установлен во внешнем поднутрении выемки колеса и зафиксирован отгибом стопорного элемента в паз выступа, отличающийся тем, что внешняя поверхность сегмента выполнена конической, соосной продольной оси колеса, расширяющейся в сторону тела колеса, внутренняя поверхность сегмента в поперечном сечении изготовлена торообразной, а стопорный элемент сегмента выполнен в виде отгибной лапки, выемка колеса дополнительно имеет кольцевое внутреннее поднутрение с наружным буртом, концентричное кольцевому внешнему поднутрению, причем сегмент внутренней поверхностью установлен во внутреннем поднутрении выемки, кольцевые поверхности внешнего и внутреннего поднутрений выемки колеса соответственно конгруэнтны внешней и внутренней поверхностям сегмента, пазы размещены извне наружного выступа внешнего поднутрения выемки, при этом отгибная лапка расположена на свободной стенке сегмента под наружным кольцевым выступом колеса и зафиксирована на последнем с осуществлением деформации лапки в паз.

2. Устройство балансировки ротора по п.1, отличающееся тем, что ось каждого паза расположена в плоскости продольной оси колеса.

3. Устройство балансировки ротора по п.2, отличающееся тем, что ось каждого паза расположена под острым углом к продольной оси колеса.

4. Устройство балансировки ротора по п.1, отличающееся тем, что поверхность каждого паза выполнена в виде части торовой поверхности.

5. Устройство балансировки ротора по п.1, отличающееся тем, что поверхность каждого паза выполнена в виде части конической поверхности.

6. Устройство балансировки ротора по п.1, отличающееся тем, что поверхность каждого радиального паза выполнена в виде части цилиндрической поверхности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам инерционных испытаний червячных редукторов, и может быть использовано для их исследования на энергоэффективность.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для выполнения прецизионной динамической балансировки роторов гироскопов. Устройство содержит измерительную систему, приспособление для установки балансируемого изделия и датчик контрастной метки, размещенные на основании измерительной системы, расположенном в вакуумируемой камере, систему охлаждения и откачки-закачки воздуха, лазер, предназначенный для удаления материала с поверхности балансируемого изделия, систему защиты узлов, деталей и поверхности балансируемого изделия от загрязнения продуктами лазерной обработки, пневматически связанную с системой охлаждения и откачки-закачки воздуха, источник питания привода балансируемого изделия, а также модули электроники, электрически связанные с датчиками для измерения дисбаланса и с информационно-управляющей системой на базе ПЭВМ и предназначенные для управления балансировкой изделия.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам измерения мощности потерь энергии в подшипниках качения. Сущность способа измерения мощности потерь на трение в подшипниках качения заключается в том, что мощность потерь энергии в подшипнике качения определяется как произведение суммы моментов инерции системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения» на сумму угловой скорости и половины приращения угловой скорости за период, в течение которого определено угловое ускорение системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению на разность углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», определенного с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению.

Изобретение относится к способам инерционных испытаний ременных и цепных передач и позволяет определить момент инерции ременных и цепных передач. Способ заключается в том, что ко входному валу ременной (цепной) передачи через соединительную муфту подсоединяется выходной вал электрического двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для определения моментов инерции изделий. Устройство содержит подвижную часть, имеющую возможность колебаний вокруг оси, неподвижной относительно основания, например, под действием упругих элементов или сил гравитации, эталонное тело, имеющее элементы технологического базирования для закрепления его на подвижной части устройства.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению массы, координат центра масс и моментов инерции изделий, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для балансировки роторов турбин. Способ заключается в следующем.

Группа изобретений относится к автомобильной технике. Способ профилактики работы двигателя автомобиля включает оценку соответствия топлива по его устойчивости к окислению на основании определения процентного содержания ВНТ в топливе питания двигателя посредством спектроскопии в ближней инфракрасной области с возможностью изменения указанного содержания и уведомление пользователя о качестве топлива на основании результатов вышеуказанного определения.

Изобретение относится к области балансировочной техники, в частности к динамической балансировке роторов. Способ заключается в следующем.

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.
Изобретение относится к области материалов, которые используются для балансировки колес. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к самобалансирующимся роторным механизмам с вертикальной осью вращения ротора и газостатическим опорным узлом.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в любой отрасли машиностроения для автоматической балансировки вращающихся масс. .

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. .

Вентилятор для газотурбинного двигателя летательного аппарата содержит входной конус газотурбинного двигателя, диск вентилятора, а также лопатки вентилятора, установленные на упомянутом диске, с которым они вращаются относительно оси вращения вентилятора.
Наверх