Устройство для автоматической балансировки роторов

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для уравновешивания вращающихся элементов машин и механизмов. Устройство для автоматической балансировки роторов содержит 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. На наружной поверхности камеры выполняют радиальную канавку, в которой размещают два полукольца, изготовленных из намагниченного ферромагнитного сплава и способных перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации, вызванной дисбалансом ротора при его вращении, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры защитным кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил, вызванных вибрацией, за счет магнитного поля полуколец, при этом балансировочную камеру и кожух выполняют из немагнитного материала. Данное изобретение направлено на повышение надежности устройства при его использовании на различных режимах эксплуатации ротативных систем. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматического 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 автоматической балансировки роторов содержит 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.

Отличительные признаки.

На наружной поверхности камеры выполняют радиальную канавку, в которой размещают два полукольца, изготовленных из намагниченного ферромагнитного сплава и способных перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации, вызванной дисбалансом ротора при его вращении, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил, вызванных вибрацией за счет магнитного поля полуколец, при этом балансировочную камеру и кожух выполняют из немагнитного 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 при его вращении и появлению вследствие этого дополнительных к основным (при отсутствии вибрации) центробежных сил, то появляется возможность использовать это явление для получения источника тепловой энергии за счет “включения” в работу предлагаемого устройства. При этом устройство будет “включаться” автоматически, т.к. его конструкция и принцип действия заключается в следующем. Два намагниченных полукольца, расположенных в радиальной канавке балансировочной камеры, при отсутствии вращения ротора или при его сбалансированности при вращении за счет сил магнитного поля плотно прижаты друг к другу по торцам и к внутренней поверхности канавки. При наступлении дисбаланса ротора за счет его вибрации и возникновении дополнительных центробежных сил, превышающих силы магнитного поля, удерживающих полукольца при отсутствии дисбаланса, они начнут перемещаться в радиальном направлении до тех пор, пока не начнут контактировать с предварительно установленным вокруг камеры защитным (не вращающимся) кожухом. Возникший контакт неизбежно приведет к появлению сил трения между полукольцами и кожухом, их разогреву и, как следствие, расплаву легкоплавкого вещества в балансировочной камере. По мере уменьшения дисбаланса силы трения начнут также уменьшаться, т.к. за счет магнитного поля полукольца начнут возвращаться в исходное положение. При полном уравновешивании ротативной системы вибрация и источник тепла исчезнут, а материал уравновешивающей массы затвердеет. Меняя степень намагниченности полуколец, можно изменять степень чувствительности устройства к величине дисбаланса на различных режимах вращения ротора.

Изобретение осуществляется следующим образом.

На наружной поверхности балансировочной камеры, размещенной в кожухе и частично заполненной легкоплавким материалом, например сплавом Вуда, выполняют радиальную канавку, в которой размещают два полукольца, изготовленных из намагниченного ферромагнитного сплава. Кольца крепятся в канавке таким образом, чтобы они имели возможность свободно перемещаться относительно камеры только в радиальном направлении. Для этого в них выполняют соответствующие отверстия, через которые устанавливают ограничивающие их перемещения шпильки. Расстояния, на которые могут перемещаться полукольца, должны быть достаточными для возникновения контакта с невращающимся защитным кожухом камеры. Полукольца намагничивают так и изготавливают такими размерами, чтобы в исходном состоянии, т.е. при отсутствии вращения или дисбаланса ротора, они были плотно прижаты друг к другу по своим торцам и к внутренней поверхности канавки за счет сил магнитного поля. Балансировочную камеру и кожух для исключения их влияния на перемещения полуколец выполняют из немагнитного материала, например из цветного металла.

При вращении несбалансированного ротора за счет дополнительных центробежных сил кольца начнут перемещаться в радиальном направлении до возникновения контакта с защитным (неподвижным) кожухом.

Возникшие силы трения разогреют кольца, а через них расплавят материал уравновешивающей массы. 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 и дополнительные центробежные силы исчезнут. Частоту вращения ротора снижают и полукольца за счет магнитных сил вернутся в исходное положение, что остановит приток тепловой энергии. За счет естественного рассеивания энергии (температура окружающего воздуха должна быть ниже температуры плавления вещества) температура уравновешивающей массы понизится и она затвердеет, что зафиксирует сбалансированность системы.

При последующих возникновениях дисбалансов ротора во время его эксплуатации уравновешивание произойдет автоматически по вышеизложенной схеме.

Изобретение поясняется чертежом, где показан пример его реализации.

На наружной поверхности 1 балансировочной камеры 2, размещенной в кожухе 3, в канавке 4 размещают полукольца 5. Для обеспечения перемещения колец в радиальном направлении относительно ротора 6 в них выполняют отверстия 7 и устанавливают шпильки 8. В исходном положении (позиция I) полукольца 5 прижаты друг к другу по торцам 9 и к внутренней поверхности 10. При вращении со скоростью ω и несбалансированности ротора 6 (позиция II) полукольца 5 будут перемещаться, контактировать с кожухом 3, вызывая этим появление силы трения F_тр. Выделение тепла расплавит уравновешивающую массу 11, которая при скорости вращения ω примет из положения 12 оптимальное положение 13.

Формула изобретения

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, отличающееся тем, что на наружной поверхности камеры выполняют радиальную канавку, в которой размещают два полукольца, изготовленных из намагниченного ферромагнитного сплава и способных перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации, вызванной дисбалансом ротора при его вращении, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры защитным кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил, вызванных вибрацией, за счет магнитного поля полуколец, при этом балансировочную камеру и кожух выполняют из немагнитного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1