УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ Российский патент 2004 года по МПК G01M1/38 

Изобретение относится к устройствам для автоматической балансировки вращающихся тел в процессе их вращения.

Известны устройства для автоматической балансировки роторов, использующие отжимаемую жидкость в качестве корректирующих масс и содержащие распределительную емкость, соединенную с помощью установленных на выходе клапанов с периферийными балансировочными резервуарами (см., например, патент США №2549756, кл. G 01 М 1/38, 1951 [1]; справочник "Вибрации в технике" в 6-и томах под ред. К.Ф.Фролова, М., "Машиностроение", 1981, т.6, стр. 74-75 [2]), либо балансировочную массу, выполненную в виде диска с профилированными выборками, заполненными вязкой жидкостью (см. а.с. СССР №968640, кл. G 01 M 1/12, 1978 [3]).

Недостатками известных устройств являются значительная сложность конструкции и низкая производительность, объясняемая трудностью возврата устройства в исходное состояние, ограниченная область применения вследствие значительных габаритов, необходимости установки специальных резервуаров и т.д., а также узкие функциональные возможности, что объясняется возможностью поддержания баланса только в процессе вращения при невозможности достижения данного состояния во все время эксплуатации.

Известно также устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее установленную концентрично ротору кольцевую камеру с упругими торцевыми стенками, заполненную отвердевающей жидкостью (см. а.с. СССР №1030687, кл. G 01 М 1/38, 1981 [4].

Недостатками данного устройства являются сравнительно низкие точность и стабильность процесса балансировки. Это объясняется невозможностью обеспечения строгого постоянства угловой скорости вращения ротора в процессе балансировки и резким скачкообразным изменением положения упругих стенок при малейших изменениях угловой скорости, то есть предельной критичностью зависимости положения жидкости под действием центробежных сил и сил упругости от угловой скорости вращения. В результате - значительная вероятность резкого смещения жидкости и полного нарушения окончательно сбалансированного состояния ротора при малейших вариациях угловой скорости до момента отвердевания жидкости. На практике данное явление характеризуется тем, что перед окончанием процесса балансировки перед отвердеванием жидкость при вариациях угловой скорости совершает скачки относительно своего устойчивого стационарного положения, причем момент полной потери жидкостью состояния текучести довольно случаен, что обуславливает низкие точность, стабильность и значительную степень случайности балансировочного процесса.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее распределительную емкость, выполненную в виде двух сообщающихся между собой коаксиальных камер, и периферийные балансировочные резервуары, проходы в которые из емкости имеют возможность герметичного закрытия с помощью упругих диафрагм (см. а.с. СССР №836541, кл. G 01 М 1/38, 1981 [5], принятое за прототип).

Недостатками устройства-прототипа являются сложность конструкции, ограниченная область применения и узкие функциональные возможности, а также сравнительно низкие точность и стабильность процесса балансировки. Это объясняется, как уже было показано выше, отсутствием возможности фиксации сбалансированного состояния ротора, критичностью параметров упругих элементов к вариациям угловой скорости, отсутствием возможности балансировочного узла плавно изменять свое вязкоупругое и диссипативное состояние.

Сущность изобретения заключается в создании устройства для автоматической балансировки роторов, позволяющего реализовать в процессе вращения ротора эффект самобалансировки за счет смешения относительно оси вращения ротора вязкого текучего материала в порах упругого материала с окончательной жесткой фиксацией материалов после прекращения вращения ротора.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, расширение областей его применения и функциональных возможностей, повышение точности и стабильности процесса балансировки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для автоматической балансировки роторов, включающем заполненную жидкостью упругую балансировочную камеру, особенность заключается в том, что балансировочная камера выполнена в виде концентрично надетой на ротор втулки из упругого крупнопористого материала, наружная поверхность которой покрыта тонким слоем упругого водонепроницаемого материала, а поры материала втулки заполнены жидкостью с вязкостью, увеличивающейся во времени от текучего состояния до полного отвердевания. В качестве упругого крупнопористого материала втулки использована губчатая резина. Слой упругого водонепроницаемого материала выполнен в виде надетого на втулку чехла из тонкой высокоэластичной резины.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено предлагаемое устройство для автоматической балансировки роторов, общий вид с продольным разрезом.

Устройство для автоматической балансировки роторов содержит концентрично надетую на установленный в опорах вращения 1 ротор 2 втулку 3 из упругого крупнопористого материала, пропитанного жидкостью 4 с вязкостью, увеличивающейся во времени от текучего состояния до полного отвердевания, при этом наружная поверхность втулки 3 покрыта тонким слоем упругого водонепроницаемого материала 5. В качестве упругого крупнопористого материала втулки 3 использована губчатая резина, в частности, типа СКС-50 - вулканизат неполярного бутадиенстирольного каучука с повышенным содержанием стирола. Такие вулканизаты стереорегулярных кристаллизующихся каучуков отличаются повышенными прочностью и пластичностью. На наружную поверхность втулки 3 нанесен тонкий слой 5 герметика на основе фторосодержащего каучука, характеризующийся максимальными упругостью и пределом прочности. В частности, слой 5 упругого водонепроницаемого материала может быть выполнен в виде надетого на втулку 3 чехла из тонкой высокоэластичной резины. В качестве жидкости 4 с вязкостью, увеличивающейся во времени от текучего состояния до полного отвердевания, в устройстве использован теплостойкий клей ВК - 32-200 на основе синтетических полиуретановых смол, время полного отвердевания которого не превышает 20-30 мин.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При отсутствии вращения ротора 2 вязкая жидкость 4 заполняет сообщающиеся между собой поры (ячейки) упругой втулки 3, которая находится в исходно недеформированном состоянии. При сообщении ротору 2 вращения с угловой скоростью выше критической под действием центробежных сил вращения жидкость 4 в порах втулки 3 естественно будет стремиться к периферии втулки 3. Это вызовет изменение формы пор (ячеек), перетекание жидкости 4 в соседние поры и, как следствие, упругие деформации втулки 3, изменение ее конфигурации самым непредсказуемым образом, как и изменение конфигурации (местные выпучивания) наружного слоя 5, не пропускающего жидкость 4. 3а счет действия эффекта динамической самобалансировки (автоматического центрирования) вращавшегося ротора (данный эффект достаточно подробно изучен, поэтому подробно описывать его динамику нецелесообразно) такие взаимные перемещения и деформации жидкости 4 и упругого материала втулки 3 и наружного слоя 5, сопровождающиеся возникновением позиционных сил упругости и вязкоупругости, будут происходить до полной балансировки poтора 2 с заранее заданной степенью точности. Непосредственно такой процесс продолжается около 0,5-1 мин, после чего при стабильной угловой скорости вращения втулка 3 принимает установившееся упругодеформированное состояние с резкими отклонениями от цилиндричности. При продолжении вращения еще в течение 5-10 мин жидкость 4 в порах практически отвердевает, и данное упругое состояние втулки 3 фиксируется (закрепощается). Дальнейшее прекращение режима вращения и выдержка в течение 10-20 мин позволяет втулке 3, пропитанной жидкостью 4, принять окончательное состояние, близкое к абсолютно твердому телу.

Предлагаемое устройство имеет предельно простую конструкцию, широкие области применения и функциональные возможности. Применение отвердевающей жидкости позволяет зафиксировать эффект самобалансировки не только для данного момента времени, но и для любого времени эксплуатации. Устройство исключает необходимость применения специальных балансировочных камер, внутренних полостей в роторе и т.п., что в ряде случаев просто невозможно, увеличивает сложность, габариты, снижает надежность. Плавное нарастание в предлагаемом устройстве вязкоупругих позиционных сил, компенсирующих при смещении жидкости к периферии центробежные силы инерции, обуславливает повышенную точность и стабильность балансировки. Процесс деформации пор вязкоупругого тела, перетекания вязкой жидкости в соседние поры и т.п. растянут во времени, не носит релейного скачкообразного характера. Поэтому, например, кратковременное отклонение угловой скорости вращения от своих стационарных значений до полного отвердевания жидкости, приводящее в устройстве-прототипе к скачкообразному изменению и нарушению уже установившегося сбалансированного состояния ротора, в предлагаемом устройстве практически никак не влияет на установившееся динамическое положение ротора. Таким образом, в предлагаемом устройстве практически исключена возможность случайных сбоев, срывов в течении балансировочного процесса, что позволяет провести балансировку с наперед заданной степенью точности при наличии высокой стабильности и надежности балансировочного процесса.

Изобретение относится к испытательной технике. Устройство для автоматической балансировки роторов состоит из заполненной жидкостью упругой балансировочной камеры, выполненной в виде концентрично надетой на ротор втулки из упругого крупнопористого материала. Наружная поверхность втулки покрыта тонким слоем упругого водонепроницаемого материала. Поры материала втулки заполнены жидкостью с вязкостью, увеличивающейся во времени от текучего состояния до полного отвердевания. В качестве упругого крупнопористого материала втулки использована губчатая резина. Слой упругого водонепроницаемого материала выполнен в виде надетого на втулку чехла из тонкой высокоэластичной резины. Технический результат: упрощение конструкции и повышение достоверности испытаний. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для автоматической балансировки роторов, включающее заполненную жидкостью упругую балансировочную камеру, отличающееся тем, что балансировочная камера выполнена в виде концентрично надетой на ротор втулки из упругого крупнопористого материала, наружная поверхность которой покрыта тонким слоем упругого водонепроницаемого материала, а поры материала втулки заполнены жидкостью с вязкостью, увеличивающейся во времени от текучего состояния до полного отвердевания.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве упругого крупнопористого материала втулки использована губчатая резина.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой упругого водонепроницаемого материала выполнен в виде надетого на втулку чехла из тонкой высокоэластичной резины.