СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ РОТАТИВНЫХ СИСТЕМ Российский патент 1998 года по МПК G01M1/32 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматического уравновешивания роторов ротативных машин и механизмов.

Уровень техники заключается в следующем.

Известен способ автоматического уравновешивания ротативных систем, основанный на применении жидкостного устройства для автоматического уравновешивания роторов (Куинджи А. А., Колосов Ю.А., Народицкая Ю.И. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин. - М.: Машиностроение, 1974, стр. 66, 67, рис. 54), для которого характерно использование жидкостных уравновешивающих масс, которыми частично заполняют балансировочную камеру при вращении системы на оборотах выше критических. При этом динамика используемых урановешивающих масс такова, что при закритическом режиме вращения ротативной системы динамические силы вызывают перетекание жидкости в наиболее удаленную от оси вращения полость балансировочной камеры (противоположную положению неуравновешенной части ротора) и способствуют приведению центра тяжести системы к оси вращения. Таким образом, динамические силы перетекающих уравновешивающих масс автоматически компенсируют инерционные силы, обусловленные неуравновешенностью конструкции вращающегося ротора. Это оригинальное свойство известного способа автоматического уравновешивания ротора позволяет при его относительной простоте существенно снизить уровень напряженности и вибрации высокооборотной ротативной системы при закритическом режиме ее вращения.

Однако в известном решении по устранению неуравновешенности ротативных систем уравновешивающая жидкость поступает в полость балансировочной камеры только при сверхкритической частоте вращения ротора, так как в противном случае при вращении системы на оборотах ниже критических резко увеличивается неуравновешенность системы. Отрицательно-противоположный эффект при докритическом режиме вращения ротора обусловлен тем, что вектор динамической силы воздействия на ротативную систему со стороны свободноперемещающихся жидкостных уравновешивающих масс в этом случае совпадает по направлению с вектором вынужденной силы, вызванной неуравновешенностью центра масс ротора. Конструктивное усложнение ротативной системы с целью использования уравновешивающей жидкости только в закритической области не изменяет, таким образом, неуравновешенности системы на малых скоростях по частоте вращения ротора и не облегчает условия ее перехода через критическую скорость.

Вследствие отмеченного недостатка известный способ автоматического уравновешивания ротативных систем имеет явные ограничения в практическом использовании. А при работе ротативной системы в широком диапазоне изменения частоты вращения использование рассмотренного жидкостного уравновешивающего устройства в полости ротора в общем случае становится нецелесообразным.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: неуравновешенная ротативная система - балансировочное пространство, частично заполненное уравновешивающими массами, которые в процессе вращения ротативной системы в области закритического режима работы перемещаются и занимают положение, противоположное неуравновешенности.

Причина, припятствующая получению в прототипе требуемого результата, заключается в том, что жидкостное устройство для автоматического уравновешивания роторов не устраняет неуравновешенность ротативной системы в докритической области и не облегчает условия перехода через критическую скорость, так как наличие жидкости, свободно перемещающейся в балансировочной полости, при вращении системы на оборотах ниже критических увеличивает ее неуравновешенность. А отсутствие жидкости в балансировочной камере при докритическом режиме вращения ротора не решает проблему неуравновешенности ротативной системы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности уравновешивания ротативной системы.

Технический результат, который может быть получен при решении поставленной задачи, заключается в повышении эффективности уравновешивания дисбаланса ротативной системы вне зависимости от режима ее эксплуатации. Требуемый технический результат достигается за счет расширения диапазона уравновешенности системы на режимах эксплуатации как в докритическом, так и в закритическом дипазонах вращения ротора, а также облегчения условий перехода через критическую скорость путем естественного (в поле центробежных и вибрационных сил) перемещения уравновешивающих масс в балансировочном пространстве, которые в области закритического режима работы ротативной системы занимают положение, противоположное неуравновешенности. При этом в качестве уравновешивающих масс используют вещества, обладающие начальным свойством текучести и свойством затвердевать под действием катализаторов, дополнительно вводимых в балансировочное пространство, а также поля центробежных и вибрационных сил в области закритического режима до полной фиксации уравновешивающих масс в балансировочном пространстве.

Ограничительные признаки: автоматическое уравновешивание ротативных систем; частичное заполнение балансировочного пространства уравновешивающими массами; при частоте вращения ротативной системы в области закритического режима уравновешивающие массы перемещаются в балансировочном пространстве, занимая положение, противоположное неуравновешенности.

Отличительные признаки: в качестве уравновешивающих масс используют вещества, обладающие начальным свойством текучести и свойством затвердевать под действием катализаторов, дополнительно вводимых в балансировочное пространство, и поля центробежных и вибрационных сил. Процесс затвердевания уравновешивающих масс осуществляется в области закритического режима работы ротативной системы до полной фиксации уравновешивающих масс в балансировочном пространстве.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемых техническим результатом заключается в том, что уравновешивающие массы, частично заполняющие балансировочное пространство, в процессе увеличения частоты вращения ротора выше критических под действием центробежных и вибрационных сил перемещаются в балансировочном пространстве, занимая такое положение (угловое и радиальное), которое пространственно противоположно неуравновешенности ("тяжелой" части) ротативной системы. Частичное заполнение балансировочной камеры урановешивающими массами в режиме закритической частоты вращения способствует увеличению перетекающей массы на стороне "легкой" части ротативной системы, что снижает градиент противоположно направленных динамических сил: сил, неуравновешенных относительно геометрической оси масс ротора, и сил перемещающего вещества уравновешивающих масс. А использование в качестве уравновешивающих масс веществ, обладающих свойствами затвердевать под действием катализатора и поля центробежных и вибрационных сил в области закритического режима работы ротативной системы до полной фиксации уравновешивающих масс в балансировочном пространстве исключает последующее их перемещение и разуравновешивание системы при переходе из закритического режима в область докритической частоты вращения. При этом уменьшаются амплитуды прогибов геометрической оси и знакопеременных вибродинамических реакций опор системы для закритического режима, а также улучшаются условия перехода ротативной системы через критическую частоту вращения вследствие снижения амплитуды резонансных колебаний ротора.

Заявляемый способ автоматического уравновешивания дисбаланса ротативных систем может быть реализован при использовании различных веществ в качестве уравновешивающих масс, которые при вращении ротативной системы на оборотах выше критических, то есть в области закритического режима, способны перемещаться в балансировочном пространстве, занимая положение, противоположное неуравновешенности системы. При этом используемые веществ в качестве уравновешивающих масс должны обладать свойством затвердевать под действием катализаторов, дополнительно вводимых в балансировочное пространство, в полях центробежных и вибрационных сил в области закритического режима до полной их фиксации в балансировочном пространстве.

К таким веществам можно отнести, например, пластмассы, получаемые при холодном отверждении на основе модификации кремнийорганических, эпоксидных и других полимеров с различными порошкообразными (металлическими и неметаллическими) наполнителями.

В балансировочное пространство ротативной неуравновешенной системы предварительно вводится вещество, обладающее начальным свойством текучести, с последующим добавлением катализатора. Полученная смесь частично заполняет балансировочное пространство ротативной системы. Подготовленная таким образом ротативная система приводится во вращение с относительно большим ускорением так, чтобы переход от докритического режима в область закритической частоты вращения был минимален по времени. Частота вращения закритического режима выдерживается до полного окончания процесса затвердевания и фиксации уравновешивающей массы в балансировочном пространстве.

Пример реализации автоматического уравновешивания ротативных систем при использовании пластбетона на основе мономера ФА.

Кварцевый песок предварительно смешивают с фурфуролом (органическая жидкость), в растворомешалке. Затем добавляют мономер ФА, который образуется при реакции фурфурола и ацетона в присутствии 20%-ного водного раствора NaOH. Образованная таким образом однородная текучая масса помещается в балансировочную камеру ротативной системы.

Далее приготавливают раствор катализатора отверждения, который дополнительно вводится в балансировочную камеру.

После этого ротативная система приводится в состояние вращения с увеличением оборотов ротора. При выходе системы на закритический режим вращения, обороты ротора стабилизируются.

В период увеличения скорости в последующей стабилизацией частоты вращения ротора в полости балансировочной камеры под действием динамических сил происходит интенсивное перемешивание исходных компонентов с образованием однородного и изотропного вещества, представляющее свободно перемещающуюся в пределах балансировочной камеры уравновешивающую массу. При стабилизации закритической частоты вращения заканчивается перетекание уравновешивающей массы в "легкое" место балансировочной камеры. Поддержание постоянной частоты вращения ротора сохраняется до момента завершения реакции отверждения. При этом процесс затвердевания уравновешивающей массы заканчивается с одновременным схватыванием ее со стенками балансировочной камеры и первоначально неуравновешенная ротативная система приобретает окончательное свойство - динамически уравновешенной системы. На этом процесс автоматического уравновешивания ротативной системы заканчивается и вращение ротора прекращается.

Предлагаемый способ автоматического уравновешивания ротативных систем позволяет с меньшими энергетическими затратами расширить область динамической уравновешенности системы в широком диапазоне изменения режимов ее эксплуатации.

Способ может быть использован для автоматического уравновешивания роторов ротативных машин и механизмов. Способ заключается в частичном заполнении балансировочного пространства уравновешивающими массами. В качестве уравновешивающих масс используются самофиксирующиеся вещества, обладающие начальным свойством текучести с возможностью изменения состояния в области закритического режима работы ротативной системы.

Способ автоматического уравновешивания ротативных систем, заключающийся в частичном заполнении балансировочного пространства уравновешивающими массами, которые в процессе вращения ротативной системы в области закритического режима работы перемещаются и занимают положение, противоположное неуравновешенности, отличающийся тем, что в качестве уравновешивающих масс используют вещества, обладающие начальным свойством текучести и свойством затвердевать под действием катализаторов, дополнительно вводимых в балансировочное пространство, и поля центробежных и вибрационных сил в области закритического режима работы ротативной системы до полной фиксации уравновешивающих масс в балансировочном пространстве.