УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ Российский патент 2004 года по МПК G01M1/32 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов машин и механизмов на ходу при закритической частоте вращения.

Известно устройство для автоматической балансировки роторов (RU 2171457, кл. G 01 М 1/32), 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. Опору ротора на газовой смазке устанавливают внутри кольцевой 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.

Недостатками решения является использование его только на опорах на газовой смазке.

Задачей заявляемого изобретения является возможность создания универсального балансировочного устройства для установки на любые роторные.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении автоматического уравновешивания дисбаланса любых роторных систем.

Указанный технический результат обеспечивается тем что, при возникновении дисбаланса происходит биение ротора в опорах. Механическая энергия биения ротора воспринимается упругой мембраной, совершающей упругие колебания, и нагревающаяся под действием этих колебаний. Основная часть этой тепловой энергии поступает к легкоплавкому веществу, которое, нагреваясь, меняют свое агрегатное состояние с твердого на жидкое. Гибкие стенки балансировочной камеры получают возможность перемещаться и перемещать вслед за собой ротор. Под действием центробежных сил на закритической скорости ротор переходит в сбалансированное положение, вещество затвердевает и фиксирует сбалансированное положение. При возникновении последующей разбалансировки механизма устройство вступает в работу автоматически по описанной выше схеме.

Ограничительные признаки: устройство для автоматической балансировки ротора, содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную легкоплавкими материалами, обладающими способностью расплавляться при разогреве опоры, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой.

Отличительные признаки: между ротором и статором устанавливают упругую мембрану, способную выделять тепло при знакопеременных упругих деформациях.

Известно, что балансировка - это технологический процесс совмещения главной центральной оси инерции ротора с его осью вращения. Заявляемое устройство производит балансировку ротора при помощи подвижных опор на закритических скоростях вращения. В процессе балансировки устройство совмещает ось вращения ротора, с главной центральной осью инерции ротора (ГОСТ 22061-76). При работе машины или механизма на частоте, ниже критической, устройство не вмешивается в их работу и не добавляет дополнительный дисбаланс.

При эксплуатации машины или механизма на ходу возможно появление дисбаланса. Это может проявляться из-за появления сколов, трещин, износа деталей, неравномерности нагрева различных узлов, а также при аварийных ситуациях. Также некоторые машины изменяют свой дисбаланс в процессе работы, это следствие их технологического процесса (шлифовальные машины, центрифуги, и др.). Поэтому необходима разработка специального устройства для автоматической балансировки роторов машин и механизмов в процессе их работы.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом.

Во время нормальной работы, когда ротор идеально сбалансирован, устройство не добавляет дисбаланс в систему. Легкоплавкое вещество (сплав Вуда) находится в твердом состоянии, и балансировочная камера является твердой, кольцевой прослойкой между ротором и статором. Ротор сбалансирован и вследствие этого вибрация близка к нулю. Жесткость упругой мембраны выбирается таким образом, чтобы она приводилась в действие только при заданном (недопустимом) уровне вибрации. Во время появления недопустимого дисбаланса резко возрастает вибрация и динамические нагрузки на подшипники. Упругая мембрана начинает изгибаться из-за вибрации, и под действием знакопеременных нагрузок выделяется тепловая энергия на мембране. Соединение мембраны с ротором и статором произведено таким образом, чтобы большая часть энергии отдавалась к легкоплавкому веществу, этому помогает и тепловая изоляция мембраны. Под действие тепла вещество внутри балансировочной камеры расплавится, и ее упругие стенки получают две степени свободы для перемещения. Балансировочная камера деформируется под действием центробежных сил так, чтобы свести дисбаланс к минимуму. Это явление называется самоцентрированием ротора со степенью свободы (Куинджи А.А, Колосов Ю.А., Народицкая Ю.И. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин. М.: - Машиностроение, 1974, 152 с.). С исчезновением дисбаланса резко уменьшается вибрация и прекращается тепловой поток к жидкому легкоплавкому веществу внутри камеры. Оно начинает остывать под действием температуры окружающей среды и фиксирует стенки камеры во время работы ротора в сбалансированном состоянии. Если изменится частота вращения или возникнет дисбаланс при его эксплуатации на рабочей частоте вращения, то процесс балансировки ротора произойдет автоматически по выше изложенной схеме.

Изобретение поясняется чертежом, где показан пример его реализации.

На ротор 1 устанавливают балансировочную камеру 2. Внутренняя часть балансировочной камеры полностью заполняют легкоплавким веществам 3. Упругая мембрана 4 касается одним концом с передаточным кольцом 5 и подавляющей своей площадью она связана со стенками балансировочной камеры. Для обеспечения возможности мембране совершать колебания между ней и балансировочной камерой находится воздушный зазор 6. При помощи специальных материалов 7 производится тепловая изоляция мембраны. В свою очередь передаточным кольцом связано с подшипником 8, который другой стороной крепится к статору 9.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов машин и механизмов, работающих на закритической скорости. Устройство содержит кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную легкоплавкими материалами, обладающими способностью расплавляться при разогреве опоры и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой. Между ротором с установленной на нем балансировочной камерой и статором с закрепленным на нем подшипником расположена с воздушным зазором упругая мембрана, способная выделять тепло при знакопеременных упругих деформациях. При этом соединение мембраны с ротором и статором произведено посредством тепловой изоляции. Техническим результатом данного изобретения является обеспечение автоматического уравновешивания дисбаланса любых роторных систем. 1 ил.

Устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную легкоплавкими материалами, обладающими способностью расплавляться при разогреве опоры и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой, отличающееся тем, что между ротором с установленной на нем балансировочной камерой и статором с закрепленным на нем подшипником располагают с воздушным зазором упругую мембрану, способную выделять тепло при знакопеременных упругих деформациях, при этом соединение мембраны с ротором и статором произведено посредством тепловой изоляции таким образом, чтобы большая часть энергии отдавалась к легкоплавкому веществу.