Устройство для автоматической балансировки роторов
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов машин и механизмов на ходу при закритической скорости вращения. Устройство содержит кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную легкоплавким веществом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой. В балансировочной камере находится теплопроизводящий элемент, состоящий из короткозамкнутой обмотки и магнита, возбуждающего в обмотке электродвижущую силу при дисбалансе ротора. Техническим результатом данного изобретения является обеспечение автоматического уравновешивания дисбаланса любых роторных систем. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки роторов машин и механизмов на ходу при закритической частоте вращения.
Известно устройство для автоматической балансировки роторов (RU 2171457, кл. G 01 М 1/32), содержащее кольцевую камеру, заполненную отвердевающим материалом и имеющую упругие торцевые стенки, жесткость которых выбирается из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки. Опору ротора на газовой смазке устанавливают внутри кольцевой камеры. В качестве отвердевающего материала используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью расплавляться при разогреве опоры, вызванном вибрацией ротора, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой при исчезновении вибрации ротора.
Недостатками решения является использование его только на опорах на газовой смазке.
Задачей заявляемого изобретения является возможность создания универсального балансировочного устройства для установки на любые роторы.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении автоматического уравновешивания дисбаланса любых роторных систем.
Указанный технический результат обеспечивается тем что, при возникновении дисбаланса происходит биение ротора в опорах. Магнит получает возможность совершать колебания, и одновременно магнитное поле вокруг короткозамкнутой обмотки изменяется с постоянного на переменное. В обмотке возникает ток, и там же полученная электроэнергия переходит в тепловую, передаваясь легкоплавкому веществу, которое, нагреваясь, меняет свое агрегатное состояние с твердого на жидкое. Гибкие стенки балансировочной камеры получают возможность перемещаться и перемещать вслед за собой ротор. Под действием центробежных сил на закритической скорости ротор переходит в сбалансированное положение, легкоплавкое вещество затвердевает и фиксирует сбалансированное состояние. При возникновении последующей разбалансировки механизма устройство вступает в работу автоматически по описанной выше схеме.
Ограничительные признаки: устройство для автоматической балансировки ротора, содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную легкоплавким веществом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры, и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой.
Отличительные признаки: в балансировочную камеру добавлен теплопроизводящий элемент, состоящий из короткозамкнутой обмотки и магнита, возбуждающего в обмотке электродвижущую силу (ЭДС) при дисбалансе ротора.
Известно, что балансировка - это технологический процесс совмещения главной центральной оси инерции ротора с его осью вращения. Заявляемое устройство производит автоматическую балансировку ротора при помощи подвижных опор на закритических скоростях вращения. В процессе балансировки устройство совмещает ось вращения ротора с главной центральной осью инерции ротора (ГОСТ 22061-76). При работе машины или механизма на частоте ниже критической устройство не вмешивается в их работу и не добавляет дополнительный дисбаланс.
При эксплуатации машины или механизма на ходу возможно появление дисбаланса. Это может проявляться из-за появления сколов, трещин, износа деталей, неравномерности нагрева различных узлов, а также при аварийных ситуациях. Также некоторые машины изменяют свой дисбаланс в процессе работы, это следствие их технологического процесса (шлифовальные машины, центрифуги и др.). Поэтому необходима разработка специального устройства для автоматической балансировки роторов машин и механизмов в процессе их работы. Целесообразность балансировки ротора на ходу во время его эксплуатации особенно очевидна в тех случаях, когда остановка ротора связана с большими затратами.
Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом.
Перед началом балансировки камеру предварительно заполняют отвердевающим материалом из легкоплавкого вещества (парафин или сплав Вуда), обладающего способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние при подводе и последующем отводе теплоты. Затем ротор приводят во вращение с рабочей частотой. Если ротор окажется неуравновешенным, то его биения позволят перемещаться балансировочной камере с обмоткой относительно магнита. Основную вибрацию будут воспринимать резиновые кольца, которые и дают для камеры две степени свободы для колебаний. Постоянное магнитное поле около короткозамкнутой обмотки сменится на переменное, и в обмотке появится ЭДС самовозбуждения. Возникший приток теплоты расплавит легкоплавкое вещество, а торцевые стенки кольцевой камеры деформируются так, что ротор начнет вращаться относительно оси, близкой к главной центральной оси инерции, т.е. произойдет автоматическая балансировка ротора. Это явление называется самоцентрированием ротора со степенью свободы (Куинджи А.А, Колосов Ю.А., Народицкая Ю.И. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин. М.: Машиностроение, 1974, 152 с.). Вибрация исчезнет, и подвод теплоты прекратится. Вращение ротора продолжают до тех пор, пока вещество в камере не отвердеет за счет естественного отвода теплоты между балансировочной камерой и окружающей средой. При этом деформация торцевых стенок будет зафиксирована до момента возникновения новых условий дисбаланса. Если изменится частота вращения или возникнет дисбаланс при его эксплуатации на рабочей частоте вращения, то процесс балансировки ротора произойдет автоматически по вышеизложенной схеме. При наличии у ротора нескольких опор предполагаемое устройство устанавливается на каждой из них.
Изобретение поясняется чертежом, где показан пример его реализации.
На ротор 1 крепится подшипник 2. Между подшипником и статором 3 расположена балансировочная камера 4 с расположенной поверх ее короткозамкнутой обмоткой 5. Внутри балансировочной камеры находится немагнитный кожух 6 с расположенным в нем кольцевым магнитом 7. Между магнитом и кожухом существует воздушный зазор 8 для обеспечения колебаний кожуха относительно магнита. Внутри балансировочная камера полностью заполнена легкоплавким веществом 9. Для перемещения обмотки относительно магнита добавлено два гибких резиновых кольца 10, которые крепятся одной стороной к балансировочной камере, а другой к статору. Кожух магнита крепится на резиновые кольца. Сам магнит жестко связан со статором.
Формула изобретения
Устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную легкоплавким веществом, обладающим способностью расплавляться при разогреве опоры и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой, отличающееся тем, что в балансировочную камеру добавлен теплопроизводящий элемент, состоящий из короткозамкнутой обмотки и магнита, возбуждающего в обмотке электродвижущую силу при дисбалансе ротора, при этом магнит расположен в немагнитном кожухе с зазором и жестко связан со статором, а балансировочная камера и находящийся внутри нее кожух закреплены на статоре при помощи гибких резиновых колец с возможностью перемещения относительно магнита.
РИСУНКИ
