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 частично заполняют отвердевающим материалом и выполняют ее в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора. На наружной поверхности камеры радиально устанавливают подпружиненное кольцо, способное перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации при вращении и наличии дисбаланса ротора, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры защитным кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил за счет сил упругости поддерживающих его пружин. 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 наружной поверхности камеры радиально устанавливают подпружиненное кольцо, способное перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации при вращении и наличии дисбаланса ротора, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры защитным кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил за счет сил упругости поддерживающих его пружин.

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 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. На наружной поверхности балансировочной камеры осесимметрично устанавливают подпружиненное кольцо. При наступлении дисбаланса ротора за счет его вибрации и возникновении центробежных сил, превышающих силы упругости пружин, оно начнет перемещаться в радиальном направлении до тех пор, пока не начнет контактировать с предварительно установленном вокруг камеры защитным (неподвижным) кожухом. Возникший контакт неизбежно приведет к появлению сил трения между кольцом и кожухом, его разогреву и, как следствие, расплаву легкоплавкого вещества в балансировочной камере. По мере уменьшения дисбаланса силы трения начнут также уменьшаться, т.к. за счет сил упругости пружин кольцо начнет возвращаться в исходное положение. При полном уравновешивании ротативной системы вибрация и источник тепла исчезнут, а материал уравновешивающей массы затвердеет. Меняя жесткость пружин, 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, устанавливают подпружиненное кольцо, способное перемещаться относительно камеры только в радиальном направлении. Расстояние, на которое может перемещаться кольцо, и жесткость (силы упругости) пружин должны быть достаточными для возникновения его контакта с кожухом камеры.

При вращении несбалансированного ротора за счет дополнительных (от вибрации) сил кольцо начнет перемещаться в радиальном направлении до возникновения контакта с кожухом.

Возникшие силы трения разогреют кольцо, а через него расплавят легкоплавкий 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. Кольцо за счет сил упругости вернется 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 на пружинах 4, размещают кольцо 5. В исходном положении (позиция I) кольцо 5 занимает осесимметричное положение. При несбалансированности ротора 6 (позиция II) кольцо 5 начнет перемещаться, контактировать с кожухом 3, вызывая этим появление силы трения F_тр. Выделение тепла расплавит уравновешивающую массу 7, которая при частоте вращения ω примет из положения 8 оптимальное положение 9.

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 радиально устанавливают подпружиненное кольцо, способное перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации при вращении и наличии дисбаланса ротора, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры защитным кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил за счет сил упругости поддерживающих его пружин.

РИСУНКИ

Рисунок 1