УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ Российский патент 2001 года по МПК G01M1/32 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов, преимущественно с опорами на газовой смазке.

Известно устройство для автоматической балансировки роторов (В.Н.Нестеренко, А.П.Соколов, А.Н.Голиков. Авторское свидетельство СССР N 1030687, кл. G 01 M 1/38), содержащее устанавливаемую между ротором и подшипниковой опорой кольцевую камеру постоянного поперечного сечения с упругими торцевыми стенками, заполненную отвердевающей жидкостью (полимеризующимися связующими в жидком состоянии), причем жесткость торцевых стенок выбирают из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки.

Недостатком решения является одноразовость балансировки роторов на заданной скорости их вращения. В то же время в ротативных системах при их эксплуатации возможны переменные режимы работы ротора, при которых расчетных режимов может быть несколько. Ротативная система, уравновешенная по известному способу на одном режиме, становится динамически неуравновешенной на другом режиме.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности автоматической балансировки ротора при изменении его частоты вращения или возникновении дисбаланса при его эксплуатации на фиксированной частоте.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в возможности автоматического уравновешивания дисбалаланса ротора при различных режимах его эксплуатации.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные признаки: кольцевая камера, заполненная отвердевающим материалом и имеющая упругие стенки, жесткость которых выбирается из условия самоустановки ротора при заданной скорости его вращения при балансировке.

Отличительные признаки: опора ротора на газовой смазке устанавливается внутри кольцевой камеры, в качестве отвердевающего материала используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью расплавляться при разогреве опоры, вызванной вибрацией ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора.

Известно (Виноградов В.С., Космынин А.В. Малоразмерные турбины с опорами на газовой смазке. Владивосток: Изд-во ДВГУ-1998. - 146 с.), что опоры на газовой смазке не имеют ограничений по частоте вращения. Одновременно с этим при низкой несущей способности они требуют высокой точности изготовления и балансировки роторов с такими опорами при их эксплуатации.

Для автоматической балансировки роторов с опорами на газовой смазке предлагается использовать их недостаток: низкую несущую способность. Возникновение дисбаланса при эксплуатации или переходе на режимы, отличные от расчетных, неизбежно приводит к вибрации ротора и, как следствие этого, возникновению контакта между валом и вкладышем. В результате за счет сил трения опоры динамически неуравновешенного ротора будут разогреваться. Возникновение такого источника теплоты и предлагается использовать для автоматического устранения дисбаланса ротора.

Изобретение осуществляется следующим образом. Опору ротора на газовой смазке устанавливают внутри кольцевой камеры с упругими торцевыми стенками, жесткость которых выбирают из условия обеспечения самобалансировки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки. Перед началом балансировки камеру предварительно заполняют отвердевающим материалом из легкоплавкого вещества, обладающего способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние при подводе и последующем отводе теплоты (например, сплавом Вуда). Затем ротор после отвердения легкоплавкого вещества приводят во вращение с рабочей частотой с одновременной подачей газовой смазки в его опоры, Если ротор окажется неуравновешенным, то благодаря возникающей вибрации опоры разогреются. Возникший приток теплоты расплавит легкоплавкое вещество, а торцовые стенки кольцевой камеры сдеформируются так, что ротор начнет вращаться относительно оси, близкой к главной центральной оси инерции, т. е. произойдет автоматическая балансировка ротора. Вибрация ротора исчезнет и подвод теплоты прекратится. Вращение ротора продолжают до тех пор, пока вещество в камере не отвердеет за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорами и окружающей средой. При этом деформация торцевых стенок будет зафиксирована до момента возникновения новых условий дисбаланса. Если изменится рабочая частота вращения ротора или возникнет дисбаланс при его эксплуатации на рабочей частоте вращения, то процесс балансировки ротора произойдет автоматически по вышеизложенной схеме. При наличии у ротора нескольких опор предлагаемое устройство устанавливается на каждом из них.

Изобретение поясняется чертежом, где показан пример его реализации.

Опору ротора 1 на газовой смазке 2 устанавливают внутри кольцевой камеры 3 с упругими торцевыми стенками 4. Перед началом балансировки камеру предварительно заполняют отвердевающим материалом из легкоплавкого вещества 5. Затем ротор 1 после отвердения легкоплавкого вещества 5 приводят во вращение с рабочей частотой с одновременной подачей газовой смазки 2 в его опоры. Если ротор 1 окажется неурановешенным, то возникшая вибрация разогреет опоры 6. Возникший приток теплоты расплавит легкоплавкое вещество 5, а торцовые стенки кольцевой камеры 4 сдеформируются так, что ротор начнет вращаться относительно оси, близкой к главной центральной оси инерции, т.е. произойдет автоматическая балансировка ротора 1. Вибрация ротора исчезнет и подвод теплоты прекратится. Вращение ротора 1 продолжают до тех пор, пока вещество 5 в камере 3 не отвердеет за счет естественного отвода теплоты.

Устройство может быть использовано для автоматической балансировки роторов преимущественно с опорами на газовой смазке. Технический результат - повышение эффективности уравновешивания дисбаланса ротативных систем. Кольцевая камера, имеющая упругие торцевые стенки, заполнена отвердевающим материалом. Опору ротора на газовой смазке устанавливают внутри камеры. В качестве отвердевающего материала используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью расплавляться при разогреве опоры, вызванном вибрацией ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора. 1 ил.

Устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее кольцевую камеру, заполненную отвердевающим материалом и имеющую упругие торцевые стенки, жесткость которых выбирается из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки, отличающееся тем, что опору ротора на газовой смазке устанавливают внутри кольцевой камеры, а в качестве отвердевающего материала используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью расплавляться при разогреве опоры, вызванном вибрацией ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора.