УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ Российский патент 2005 года по МПК G01M1/32 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для уравновешивания вращающихся элементов машин и механизмов.

Известно устройство для автоматической балансировки роторов (1. В.М.Козин, Г.Д.Шекун. Патент РФ и RU 2189021 С1, 10.09.2002), содержащее устанавливаемую на подшипниковых опорах балансировочную камеру, заполненную отвердевающей жидкостью, при этом балансировочную камеру выполняют в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора. В гнездах подшипниковых опор устанавливают пьезоэлементы, которые посредством токопроводов замыкаются на электронагревательную спираль, расположенную на внутренних стенках балансировочной камеры, а в качестве отвердевающего материала используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние. Отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, а балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично.

Недостатком решения является сложность и ненадежность устройства в эксплуатации.

Задача заявляемого изобретения состоит в упрощении конструкции балансировочного устройства.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении надежности устройства при его использовании на различных режимах эксплуатации ротативных систем. Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные признаки:

Устройство для балансировки роторов, содержащее устанавливаемую на опорах балансировочную камеру, заполненную отвердевающим материалом, в качестве которого используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние при подводе и отводе теплоты, причем отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично и выполняют ее в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора, а для изменения агрегатного состояния легкоплавкого вещества используют источник теплоты.

Отличительные признаки:

Источник теплоты выполнен из легкодеформируемого токопроводящего вещества, нанесенного на внутреннюю боковую поверхность балансировочной камеры, выполненной из диэлектрического материала, при этом на боковых стенках камеры установлены два кольца из токопроводящего материала, которые подключены к источнику импульсов электрического тока и констатируют с веществом.

Известно (2. Шекун Г.Д. Патент РФ № 2118805), что вещество в жидкотекучем состоянии и частично заполняющее балансировочную камеру, при изменении частоты вращения ротора под действием инерционных сил перетекает в наиболее удаленную от оси вращения полость камеры, занимая такое угловое и радиальное положение, которое пространственно противоположно неуравновешенной (избыточной) массе, т.е. “тяжелой” части ротативной системы. Таким образом, обладая свойством начальной текучести, вещество (уравновешивающая масса) концентрируется на стороне “легкой” части ротативной системы. Использование этого эффекта может существенно снизить градиент противоположно направленных динамических сил. Использование веществ, обладающих свойством затвердевать с одновременным схватыванием со стенками камеры, исключает последующее перетекание уравновешивающей массы, что способствует стабилизации динамической системы при рабочей частоте вращения ротора.

При возникновении необходимости балансировки ротора в процессе его эксплуатации к затвердевшему веществу подводится тепловая энергия. При этом вещество, обладая свойством изменения своего агрегатного состояния, принимает вновь жидкотекучее состояние и процесс уравновешивания ротативной системы возобновляется.

Известно (3. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. Ч.II. Конечные деформации. М.: Наука, 1984. - 286 с.), что при деформировании материала до 90% затраченной энергии превращается в тепловую (см. /3/ с.179). Таким образом, если за счет центробежных сил произойдет достаточная объемная деформация материала, то кинетическая энергия центробежных сил преобразуется в тепловую при возникновении в материале пластических деформаций.

Известно и то (4. И.В.Овчинников. Электропластичность и управление процессом пластического деформирования. - Вестн. моск. ун-та. Сер.1. Математика. Механика. - 1990. - №4. - С.35-44), что пластические свойства материала при воздействии импульса тока улучшаются, т.е. при действии неизменной внешней нагрузки пластические деформации увеличиваются. Это, в свою очередь, как известно из /3/, приведет к увеличению выделяемой тепловой энергии.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Балансировочное пространство, т.е. балансировочную камеру, частично заполняют уравновешивающей массой, в качестве которой используют легкоплавкие, легкодеформируемые (с малым модулем упругости) и токопроводящие вещества, способные неоднократно изменять свое агрегатное состояние при подводе и отводе теплоты, например сплав Вуда. При подводе теплоты вещества приобретают жидкое состояние и, вследствие этого, - способность под действием инерционных сил перемещаться в балансировочном пространстве. Балансировочную камеру выполняют из диэлектрического материала, при этом на боковых стенках камеры устанавливают два кольца из токопроводящего материала, которые через токопроводящие элементы (например, щетки с проводами) подключены к источнику импульсов электрического тока. На внутреннюю поверхность балансировочной камеры наносят уравновешивающее вещество, например, путем его напыления.

При возникновении дисбаланса в процессе эксплуатации ротора для его устранения ротор разгоняют до таких закритических угловых скоростей, при которых за счет центробежных сил инерции в веществе начнут возникать пластические деформации, которые, в свою очередь, приведут к выделению тепла. Для увеличения его количества с целью повышения эффективности процесса балансировки ротора на вещество при помощи предварительно установленных на балансировочной камере токопроводящих элементов включают источник импульсов электрического тока, который, благодаря диэлектрическим свойствам материала балансировочной камеры, будет проходить только через вещество. Это приведет к увеличению пластических деформаций вещества и соответствующему увеличению выделяемого тепла. Нагрев легкоплавкой уравновешивающей массы вызовет ее расплав и, вследствие этого, ее способность перемещаться в балансировочном пространстве. Затем угловую скорость ротора уменьшают до критической и отключают источник импульсов электрического тока. Деформации вещества перестают расти, и источник теплоты исчезает. За счет теплообмена с окружающей средой уравновешивающая масса затвердевает (температура затвердевания легкоплавкого вещества должна быть выше температуры окружающей среды) и ротор зафиксируется в сбалансированном состоянии. После этого ротор становится пригоден к эксплуатации на любых рабочих частотах вращения. Если же при дальнейшей его эксплуатации повторно возникнет дисбаланс, то для его устранения поступают по вышеописанной схеме.

Изобретение поясняется чертежом.

На валу 1 ротора установлена балансировочная камера 2, которая частично заполнена веществом 3. На боковых стенках 4 балансировочной камеры 2 установлены кольца 5 из токопроводящего материала, которые контактируют с веществом 3 и, благодаря токоподводящим элементам, т.е. щеткам 6 и проводам 7, соединены с источником импульсов электрического тока 8. При возникновении дисбаланса ротор начинают вращать с закритической частотой ω и включают источник импульсов электрического тока 8. В результате вещество 3 переместится из положения 9 в оптимальное положение 10.

Изобретение относится к испытательной технике. Устройство содержит балансировочную камеру, заполненную отвердевающим материалом, в качестве которого используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние, причем отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы. Балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично и выполняют ее в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора. Для изменения агрегатного состояния легкоплавкого вещества используют источник теплоты, который выполнен из легкодеформируемого токопроводящего вещества, нанесенного на внутреннюю боковую поверхность балансировочной камеры, выполненной из диэлектрического материала. На боковых стенках камеры установлены два кольца из токопроводящего материала, которые подключены к источнику импульсов электрического тока и контактируют с веществом. Технический результат: повышение надежности. 1 ил.

Устройство для балансировки роторов, содержащее устанавливаемую на опорах балансировочную камеру, заполненную отвердевающим материалом, в качестве которого используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние при подводе и отводе теплоты, причем отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично и выполняют ее в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора, а для изменения агрегатного состояния легкоплавкого вещества используют источник теплоты, отличающееся тем, что источник теплоты выполнен из легкодеформируемого токопроводящего вещества, нанесенного на внутреннюю боковую поверхность балансировочной камеры, выполненной из диэлектрического материала, при этом на боковых стенках камеры установлены два кольца из токопроводящего материала, которые подключены к источнику импульсов электрического тока и контактируют с веществом.