УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ 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, 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 пьезоэлементы.

Отличительные признаки:

Пьезоэлементы устанавливают внутри балансировочной камеры на валу ротора, выполненного из токопроводящего материала, при этом вал устанавливают в вертикальном положении, а элементы располагают на уровне выше уровня отвердевающего материала.

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 автоматического уравновешивания ротативной системы возобновляется.

Поскольку нарушение сбалансированности ротативной системы неизбежно приводит к возникновению вибрации ротора и, вследствие этого, к изгибным колебаниям (деформациям) вала ротора, то в качестве источника тепловой энергии могут быть использованы пьезоэлементы, установленные внутри балансировочной камеры на валу ротора. Если вал выполнить из токопроводящего материала, а выходы (контакты) пьезоэлементов замкнуть на этот материал, то от деформаций вала ротора пьезоэлементы начнут вырабатывать электрический ток, который, проходя через материал вала ротора, разогреет последний. От появившегося таким образом источника тепла легкоплавкий материал, заполняющий камеру и выполняющий функцию уравновешивающей массы, расплавится, что приведет к сбалансированности ротативной системы при закритической частоте вращения ротора.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Балансировочную камеру выполняют в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора, и размещают на валу ротора, при этом вал выполняют из токо-теплопроводящего материала и устанавливают в вертикальном положении. На валу ротора внутри балансировочной камеры, опирающейся на опоры, устанавливают пьезоэлементы, контакты которых замыкают на вал ротора. Балансировочную камеру частично заполняют отвердевающим материалом из легкоплавкого вещества с большим удельным весом, например сплавом Вуда. Если при вращении ротора возникает дисбаланс ротативной системы, то вибрация, передаваемая через вал ротора на пьезоэлементы, приводит к деформации последних и соответствующему возбуждению электрического тока. Для обеспечения деформирования пьезоэлементов при застывшем материале их располагают на уровне выше уровня отвердевающего материала. Замкнутость контактов пьезоэлементов на вал ротора вызовет его разогрев и расплав отвердевающего материала и приобретение вследствие этого текучести последним. При вращении ротора с закритической частотой расплавленный материал, выполняющий функцию уравновешивающей массы, примет оптимальное расположение внутри балансировочной камеры и обеспечит сбалансированность системы. После наступления момента сбалансированности вибрация ротора прекратится и, соответственно, прекратится поступление тепловой энергии в балансировочную камеру. Материал уравновешивающей массы затвердевает и ротативная система примет сбалансированное состояние. При повторном возникновении дисбаланса ротора при его эксплуатации уравновешивание производят автоматически по вышеизложенной схеме.

Изобретение поясняется чертежом.

На валу 1 балансировочной камеры 2 устанавливают пьезоэлементы 3. При вращении несбалансированного ротора 4 пьезоэлементы 3 начнут возбуждать электрический ток, который разогреет вал 1. Выделение тепла расплавит уравновешивающую массу 5, которая при закритической частоте вращения ω примет из положения 6 оптимальное положение 7.

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство состоит из устанавливаемой на опорах балансировочной камеры, заполненной отвердевающим материалом, в качестве которого используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние. Отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, причем балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично и выполняют ее в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора. Для изменения агрегатного состояния легкоплавкого вещества используют пьезоэлементы, которые устанавливают внутри балансировочной камеры на валу ротора, выполненного из токопроводящего материала, при этом вал устанавливают в вертикальном положении, а элементы располагают на уровне выше уровня отвердевающего материала. Технический результат: повышение надежности устройства. 1 ил.

Устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее устанавливаемую на опорах 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, а для изменения агрегатного состояния легкоплавкого вещества используют пьезоэлементы, отличающееся тем, что пьезоэлементы устанавливают внутри балансировочной камеры на валу ротора, выполненного из токопроводящего материала, при этом вал устанавливают в вертикальном положении, а пьезоэлементы располагают на уровне выше уровня отвердевающего материала.