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, 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. На опорах балансировочной камеры при помощи кронштейнов устанавливают биметаллические пластины, на концах которых через прокладки из теплоизоляционного материала крепят накладки из материала с большим коэффициентом трения, при этом высоту кронштейна выбирают такой, чтобы при температурных деформациях пластин от дополнительного разогрева опор при вибрации ротора накладки касались торцевой стенки камеры. 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, 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.

Отличительные признаки:

На опорах балансировочной камеры при помощи кронштейнов устанавливают биметаллические пластины, на концах которых через прокладки из теплоизоляционного материала крепят накладки из материала с большим коэффициентом трения, при этом высоту кронштейна выбирают такой, чтобы при температурных деформациях пластин от дополнительного разогрева опор при вибрации ротора накладки касались торцевой стенки камеры.

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 дополнительному разогреву вследствие этого его опор, 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. На опорах балансировочной камеры устанавливают биметаллические пластины. При возникновении дисбаланса ротора возникнет вибрация и дополнительный к основному (от вращения сбалансированного ротора) разогрев опор. В свою очередь это приведет к таким деформациям пластин, что благодаря изменению их формы они станут касаться торцевой стенки камеры.

Возникший контакт неизбежно приведет к появлению сил трения между пластинами и камерой, их разогреву и, как следствие, расплаву легкоплавкого вещества в балансировочной камере. По мере уменьшения дисбаланса силы трения начнут также уменьшаться, т.к. уменьшится степень разогрева опор и пластины начнут возвращаться в исходное положение. При полном уравновешивании ротативной системы вибрация и источник тепла исчезнут, а материал уравновешивающей массы затвердеет.

Меняя величину температурных деформаций пластин за счет изменения их конструкции, можно изменять степень чувствительности устройства к величине дисбаланса на различных режимах вращения ротора.

Изобретение осуществляется следующим образом.

На опорах балансировочной камеры при помощи кронштейнов, изготовленных из теплопроводящего материала, устанавливают биметаллические пластины. На их концах крепят вначале прокладки из теплоизоляционного материала, а уже к ним тормозные колодки, т.е. накладки из материала с большим коэффициентом трения. Высоту кронштейна выбирают такой, чтобы при температурных деформациях пластин от дополнительного разогрева опор при вибрации ротора накладки касались торцевой стенки камеры.

При вращении сбалансированного ротора будет происходить основной разогрев опор камеры. Пластинки сдеформируются, но контакта между накладками и торцевой стенкой не должно возникать. Этого достигают соответствующим выбором высоты кронштейнов.

При вращении несбалансированного ротора возникнет вибрация, дополнительный разогрев опор и дополнительные температурные деформации пластин, которые приведут к контакту накладок с торцевой стенкой камеры и появлению сил трения.

Возникшие силы трения разогреют только накладки и торцевую стенку балансировочной камеры, т.к. пластины изолированы от накладок теплоизоляционными прокладками. Таким образом, выделение тепла за счет возникших сил трения не будет увеличивать температурные деформации пластин. Появившиеся источники тепловой энергии расплавят легкоплавкий материал уравновешивающей массы. При вращении ротора c 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 дополнительный разогрев его опор прекратятся. Деформации пластин уменьшатся и контакт накладок с торцевой стенкой исчезнет, 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 опорах 1 балансировочной камеры 2 при помощи кронштейнов 3 устанавливают биметаллические пластины 4. На их концах крепят вначале прокладки 5 и накладки 6. При вращении сбалансированного ротора 7 пластинки сдеформируются, но контакта между накладками 6 и торцевой стенкой 8 камеры 2 не возникнет (позиция I). При вращении несбалансированного ротора возникнет отмеченный контакт (позиция II). Выделение тепла расплавит уравновешивающую массу 9, которая при частоте вращения ω примет из положения 10 оптимальное положение 11.

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 опорах балансировочной камеры при помощи кронштейнов устанавливают биметаллические пластины, на концах которых через прокладки из теплоизоляционного материала крепят накладки из материала с большим коэффициентом трения, при этом высоту кронштейна выбирают такой, чтобы при температурных деформациях пластин от дополнительного разогрева опор при вибрации ротора накладки касались торцевой стенки камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1