Способ балансировки рабочего колеса гидравлической турбины

Авторы патента:

Красников Юрий Викторович (RU)

G01M1/12 - Проверка статической и динамической балансировки машин; испытания различных конструкций или устройств, не отнесенные к другим подклассам

Владельцы патента RU 2530428:

Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат центра масс и балансировки изделий сложной формы. Способ включает центрирование колеса с установлением точек отсчета координат местонахождения силоизмерительных датчиков, размещенных на поверхности платформ, используемых для взвешивания рабочего колеса. При этом обеспечивают приложение нагрузки к центру каждой платформы с помощью силовводящего узла для каждого диапазона веса рабочего колеса. После этого выбирают по методу суперпозиции на поверхности колеса характеристические точки, соответствующие проекциям центров весоизмерительных платформ и осуществляют поворот рабочего колеса по часовой стрелке относительно упомянутых платформ на заданный угол. Затем выполняют после каждого поворота колеса измерение веса на каждой платформе с каждой выбранной одноименной характеристической точкой с последующим арифметическим усреднением результатов измерений по всем платформам в каждой одноименной характеристической точке. Затем определяют известным образом расчетным путем с использованием системы измерений и обработки результатов дисбаланс и точно устанавливают балансировочные грузы. Технический результат заключается в повышении точности балансировки рабочего колеса гидравлической турбины с одновременным упрощением расчета процесса ее балансировки. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, точной механике, измерительной технике и может быть использовано для определения координат центра масс и балансировки изделий сложной формы.

Для устранения неуравновешенности рабочего колеса гидравлической турбины во всех случаях применяют различные методы технологической балансировки, которые, однако, не обеспечивают должного уровня точности из-за наличия имеющихся погрешностей, как при выполнении измерений, так и обусловленных точностью изготовления оборудования, с помощью которого осуществляют эти измерения.

Так известен способ балансировки гидроагрегата, который выполняют следующим образом. Гидроагрегат центрируют в направляющих сегментных подшипниках, устанавливают под его ободом динамометры, разводят сегменты подшипников, опускают обод на динамометры и по их показаниям определяют величину дисбаланса из следующих соотношений:

$S = \sqrt{(\sum_{i = 1}^{n} P_{i} \cdot X_{i})^{2} + (\sum_{i = 1}^{n} P_{i} \cdot Y_{i})^{2}}; ϕ = arctg \frac{\sum_{i = 1}^{n} P_{i} \cdot X_{i}}{\sum_{i = 1}^{n} P_{i} \cdot Y_{i}};$

где S - статический момент неуравновешанной массы;

P_i - усилие, действующее на i-динамометр;

n - число динамометров;

X_i и Y_i - координаты установки динамометров;

φ - угол, показывающий направление смещения центра масс.

После этого устраняют дисбаланс путем установки балансировочного груза, статический момент которого равен S, а угол установки составляет

$ϕ_{2} = ϕ + π$ (см. Авторское свидетельство СССР №1150391, F03B 11/04, опубл. 15.04.85, бюл. №14).

Основными недостатками данного технического решения являются низкая производительность и большая погрешность измерений, вызванная наличием субъективизма в оценке вектора и величины дисбаланса колеса, обусловленная отсутствием автоматизации установки, расчета параметров и контроля за ходом балансировки.

Известен также и способ балансировки рабочего колеса гидравлической турбины, который характеризуется тем, что центрирование колеса осуществляют по боковой поверхности внешней стенки обода с помощью подпружиненного визирного керна и упоров в виде призм, жестко установленных на рабочей поверхности платформы с силоизмерительными датчиками и образующих в точках касания боковой поверхности колеса реперные точки отсчета координат местоположения силоизмерительных датчиков. При этом все силоизмерительные датчики, а соответственно и рабочие поверхности платформ выставляют в один уровень горизонта. После этого производят нагружение платформ балансируемым колесом, фиксируют его положение видеокамерой верхнего обзора, вводят полученное изображение в компьютер системы измерения и обработки результатов и с использованием этой системы, включающей преобразователи сигналов и контроллер, определяют координаты и значение нагрузки, приходящейся на каждую платформу. На основе этих полученных результатов определяют аналогично центр масс всего колеса, а полученные координаты центра масс накладывают на компьютерное изображение контура рабочего колеса, определяют дисбаланс и точно устанавливают балансировочные грузы. Способ характеризуется и тем, что систему измерений и обработки их результатов образуют из преобразователей сигналов по количеству силоизмерительных датчиков, подключенных к контроллеру, соединенному с компьютером. В качестве силоизмерительных датчиков используют тензометрические датчики, а все силоизмерительные датчики координатно группируют на поверхности платформы по диапазону измерения массы рабочего колеса, располагая их по номиналу измерения в вершинах квадратов, смещенных относительно друг друга (см. Патент РФ №2456566, G01M 1/12, опубл. 20.07.2012 г., бюл. №20).

Указанное изобретение по решаемой задаче и достигаемому техническому результату является наиболее близким аналогом к заявляемому способу и принято в качестве прототипа.

Однако всем аналогичным способам балансировки крупногабаритных и большегрузных изделий с использованием платформ с датчиками, в том числе и ближайшему аналогу, свойственны следующие недостатки, приобретаемые и установленные в процессе производственной эксплуатации.

Прежде всего имеет место перегрузка отдельных датчиков по весовым платформам из-за неравномерного выставления верхних опор датчиков всех платформ; влияние разновысотности платформ, а также влияние наклона или прогиба поверхности рабочего стола на результаты балансировки. На результаты балансировки при определенных условиях может оказать влияние и отсутствие учета несплошностей рабочих колес при количестве лопастей, некратном количеству весоизмерительных платформ и вследствие этого - появление дополнительной «мнимой» несбалансированной массы.

Решить задачу по устранению недостатков аналога стало возможным за счет изменения схемы нагружения весоизмерительных платформ и применения метода суперпозиции с обеспечением инвариантности системы относительно неравномерности установки стола, платформ и наличия несплошностей рабочих колес гидротурбин.

Технический результат - повышение точности балансировки достигается за счет того, что производят первоначально центрирование колеса с установлением точек отсчета координат местонахождения силоизмерительных датчиков, размещенных на поверхности платформ, используемых для взвешивания рабочего колеса. При этом обеспечивают приложение нагрузки к центру каждой платформы с помощью силовводящего узла для каждого диапазона веса рабочего колеса. После этого выбирают по методу суперпозиции на поверхности колеса характеристические точки, соответствующие проекциям центров весоизмерительных платформ и осуществляют поворот рабочего колеса по часовой стрелке относительно упомянутых платформ на заданный угол. Затем после каждого его поворота выполняют измерение веса на каждой платформе с каждой выбранной одноименной характеристической точкой с последующим арифметическим усреднением результатов измерений по всем платформам в каждой одноименной характеристической точке и общего веса рабочего колеса также в каждой одноименной характеристической точке, после чего определяют известным образом расчетным путем с использованием системы измерений и обработки результатов дисбаланс и точно устанавливают балансировочные грузы.

Способ также характеризуется и тем, что центрирование рабочего колеса гидравлической турбины проводят по боковой поверхности внешней стенки обода с помощью подпружиненного визирного керна и упоров в виде призм, жестко установленных на рабочей поверхности платформ с силоизмерительными датчиками. На точность балансировки оказывает влияние и то, что силовводящий узел выполняют в виде полусферической формы упора, установленного точно в центр платформы. Также способствует повышению точности балансировки рабочего колеса и система измерений и обработки их результатов, которую образуют из контроллера, преобразователей сигналов, связанных каждый своим входом с выходом силоизмерительных датчиков и подключенных к контроллеру, соединенному с компьютером, а в качестве силоизмерительных датчиков используют тензометрические датчики.

Способ балансировки рабочего колеса характеризуется еще и тем, что отцентрированное рабочее колесо гидротурбины фиксируют видеокамерой и вводят его изображение в компьютер системы измерения и обработки результатов и после определения вектора и центра масс всего колеса накладывают их на компьютерное изображение. Важным требованием для реализации способа балансировки является и то, что угол установки весоизмерительных платформ и угол поворота характеристических точек, выбранных на рабочем колесе, принимают равным 120°, а количество платформ равно трем.

Способ балансировки рабочего колеса гидравлической турбины является новым, поскольку в источниках информации совокупность предложенных признаков, отраженных в формуле изобретения, в том числе и в дополнительных пунктах, не обнаружена.

Предложенный способ как техническое решение обладает изобретательским уровнем, т.к. совокупность и последовательность его действий, выполняемых с использованием метода суперпозиции с обеспечением инвариантности системы относительно неровности установки стола, платформы и наличия несплошностей рабочих колес гидротурбин, в области гидромашиностроения не являются очевидными.

Изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг.1 изображена схема установки рабочего колеса в сборе на позиции его балансировки, на фиг.2 показана платформа в сборе с силоизмерительным датчиками, упорами и визирным керном (вид сверху), на фиг.3 показан разрез по А-А на фиг.2. На фиг.4 проиллюстрирован вид платформы сверху с силоизмерительными датчиками, разнесенными по квадратам и силовводящим устройством, на фиг.5 показан вид платформы сбоку с вырывом, где установлен силовводящий узел, на фиг.6 изображен общий вид размещения рабочего колеса на платформах под углом α=120° с выбранными характеристическими точками, а на фиг.7,8 и 9 показаны схемы поворота рабочего колеса на угол 120° в различных положениях одноименных характеристических точек и на фиг.10 условно показано положение центра масс рабочего колеса, радиус и величина дисбаланса относительно осей X и Y.

Комплект для ориентированного балансирования рабочего колеса гидравлической турбины включает платформы 1 с силоизмерительными датчиками 2 и 3, видеокамеру 4 верхнего обзора и систему измерения и обработки их результатов, включающую преобразователи сигналов (на фиг. не показаны) каждого силоизмерительного датчика 2 и 3, подключенные к контроллеру 5, соединенному с компьютером 6. Платформы 1 выполнены квадратной формы с угловыми скосами 7, преимущественно под углом 45° и применительно к этой форме выбраны соответствующие схемы размещения на их рабочих поверхностях 8 силоизмерительных датчиков 2 малого веса (3 т) и датчиков 3 большого веса (15 т). Размещение силоизмерительных датчиков 2 и 3 сориентировано по осям Х и Y относительно угловых стыков 9 скосов 7 и каждый их вид графически расположен в вершинах своего квадрата 10.

В технических средствах, используемых для балансировки, в том числе и для платформ 1 применяются схемы размещения силоизмерительных датчиков 2 и 3, приведенные на фиг.4.

Схема расположения силоизмерительных датчиков 2 на малом диапазоне измерения с наибольшим пределом измерения (НПИ) 3 т имеет наклон к оси Y, а схема расположения силоизмерительных датчиков 3 большого диапазона измерения с НПИ 15 т наоборот отклонена от оси Y (фиг.4).

Таким образом, силоизмерительные датчики 2 и 3 группируют на платформе 1 по диапазону измерения массы колеса, графически располагая их для удобства применения по номиналу измерения в вершинах квадратов 10, смещенных относительно друг друга. Конструкция самой платформы 1 включает нижнее основание 11, на котором установлены датчики 2 и 3, механизм регулирования опоры 12 и закрывающее их верхнее основание 13. Регулируя механизм опоры 12 датчиков 2 и 3, выравнивают платформу в горизонтальный уровень для любого диапазона измерения веса рабочего колеса гидравлической турбины (фиг.3).

Для ориентированной установки платформы 1 относительно рабочего колеса на ее рабочей поверхности 8 верхнего основания 13 жестко координатно установлены два упора 14 и подпружиненный визирный керн 15, образующие в точках касания боковой поверхности 16 и обода 17 рабочего колеса реперные точки a, b, c и f отсчета координат месторасположения силоизмерительных датчиков 2 и 3. Упоры 14, выполненные в виде призм, и визирный керн 15 неподвижно связаны между собой планкой 18.

На рабочей поверхности 8 всех платформ 1 проведены визирные линии 19, 20 и 21, и на боковой поверхности 16 обода 17 также выполнена разметка этих линий, которая наносится в виде вертикальных рисок 19, 20 и 21, размещенных равноудаленно друг от друга на угол α=120°.

Для обеспечения равномерной нагрузки датчиков 2 и 3 рабочая поверхность 8 каждой платформы 1 снабжена силовводящим узлом 22, выполненным в виде упора полусферической формы, установленным точно в центр платформы.

Каждая платформа 1 юстируется таким образом, чтобы размеры между реперными точками a, b, c и f, образуемыми концами упоров 14 и подпружиненного керна 15, были постоянными и равными для всех платформ 1, а выдвижной визирный керн 15 располагался по любой линии визирования, нанесенной на боковой поверхности обода и рабочей поверхности 8 верхнего основания 13. Разметка и установка упоров 14 проводится относительно датчиков 2 и 3 на всех платформах 1 одинаково, образуя единую систему координат относительно осей X и Y.

В платформах 1 для работы на первом или втором диапазонах используют соответственно группу датчиков 2 или 3. Настройка на диапазон (15 или 50 т) осуществляется путем выведения из соприкосновения верхних опор механизма регулирования 12 одних датчиков и заменой их другими, при этом обеспечивается одинаковый сигнал по каждому датчику.

Конструкция платформ 1 такова, что каждый из датчиков 2 или 3, установленный на нижнем основании 11, подключен к отдельному нормирующему преобразователю (на фиг. не показаны), а выходы всех преобразователей по последовательному интерфейсу соединены единой информационной шиной с контроллером 5. Таким образом, при приложении нагрузки к платформе по выходному коду G, на каждом из четырех датчиков 2 или 3 диапазона может быть определен радиус-вектор приложения нагрузки.

Видеокамера 4 верхнего обзора, размещенная консольно с возможностью поворота на стойке 23, подключена к компьютеру 6 и предназначена для фиксирования положения рабочего колеса, установленного на позиции балансировки с последующим введением его изображения на дисплей упомянутого компьютера 6.

Для транспортировки и установки на позицию балансировки рабочего колеса, а позже его поворота при взвешивании оно снабжено временно используемым приспособлением 24.

Для исключения влияния неправильного выставления верхних узлов 25 и 26 силоизмерительных датчиков 2 и 3, негоризонтальности платформ, завышенности платформ относительно друг друга, а также влияния несплошностей рабочих колес гидротурбин был применен метод суперпозиции. Метод суперпозиции заключается в том, что общий результат воздействия на систему многих факторов равен сумме результатов воздействия каждого фактора (сайт Интернета «bip-ip.com/pnntsip-superpozitii»). Применительно к предлагаемому способу балансировки рабочего колеса гидротурбины суть заключается в следующем: на визирных линиях 19, 20 и 21 обода 17 выбирают три характеристические точки A, B и C, соответствующие проекциям центров силовводящего узла 22 весоизмерительных трех платформ 1 (фиг.6, 7, 8 и 9). При таком подходе выполняют три измерения при повороте рабочего колеса на 120°. Так как характеристические точки смещаются вместе с поворотом рабочего колеса, то каждая точка А, В и С будет взвешена на каждой из трех платформ, также установленных под углом α=120° друг к другу.

Характеристические точки A, B и C выбраны на ободе 17 равноудаленно от геометрического центра рабочего колеса и совмещение с центром силовводящих узлов 22 всех трех платформ 1, в силу чего опорная реакция F_A, F_B и F_C каждой платформы будет находиться в их центре и равна весу колеса G_A, G_B и G_C, приходящегося на каждую платформу в этих же точках, а именно F_A=G_A; F_B=G_B и F_C=G_C.

А так как измерения веса рабочего колеса проводят в трех позициях (1, 2, 3), показанных на фиг.7, 8 и 9 при неподвижных платформах 1, то и реакция опор, а следовательно, и вес в каждой точке каждой платформы трижды будет менять свое значение, т.е.

$\begin{array}{l} \begin{array}{l} G_{A 1} = G_{11} \\ G_{B 1} = G_{21} \\ G_{C 1} = G_{31} \end{array}} - п е р в о е и з м е р е н и е \\ \begin{array}{l} G_{A 1} = G_{12} \\ G_{B 1} = G_{22} \\ G_{C 1} = G_{32} \end{array}} - в т о р о е и з м е р е н и е (1) \\ \begin{array}{l} G_{A 1} = G_{13} \\ G_{B 1} = G_{23} \\ G_{C 1} = G_{33} \end{array}} - т р е т ь е и з м е р е н и е \end{array}$

где F_A1, F_A2 и F_A3 - реакция опоры в характеристической точке A на трех позициях 1, 2 и 3 измерения рабочего колеса. То же самое в точках B и C.

И, следовательно, среднее значение по каждой характеристической точке составит:

$\begin{array}{l} {\bar{G}}_{A} = (G_{11} + G_{22} + G_{33}) / 3 = \sum_{1}^{3} G_{A i j} / 3, \\ {\bar{G}}_{B} = (G_{21} + G_{32} + G_{13}) / 3 = \sum_{1}^{3} G_{A i j} / 3, (2) \\ {\bar{G}}_{C} = (G_{31} + G_{12} + G_{23}) / 3 = \sum_{1}^{3} G_{A i j} / 3, \end{array}$

где i - номер платформы, j - номер измерения, $\sum_{1}^{3} G_{i} / 3$ - арифметически усредненное значение нагрузки в точках A, B и C рабочего колеса, измеренное в трех позициях.

Способ статической балансировки рабочего колеса гидравлической турбины осуществляется следующим образом.

Установку платформ 1 под рабочее колесо, находящееся в подвешенном состоянии, осуществляют задвижением до касания неподвижными упорами 14 и визирным керном 15 боковой поверхности 16 обода 17. При этом соблюдают однозначное позиционирование платформ 1 относительно центра вращения рабочего колеса. Платформы 1 устанавливают визирной линией 19 по разметочной риске также 19, нанесенной на внешнем ободе 17 рабочего колеса и точно позиционируют упорами 14 и визирным керном 15, образуя реперные точки a, b, c и f отсчета координат месторасположения силоизмерительных датчиков 2 и 3. При этом все силоизмерительные датчики 2 или 3, а соответственно и рабочие поверхности 8 платформ 1 выставляют в один уровень горизонта, после чего производят нагружение платформ 1 балансируемым колесом, фиксируют его положение видеокамерой 4 верхнего обзора и вводят изображение в компьютер 6 системы измерения и обработки результатов.

При нагружении платформ 1 рабочим колесом сигнал от каждого датчика 2 или 3 поступает на контроллер 5 и подается в компьютер 6, определяя автоматически координаты каждого датчика и приходящуюся нагрузку на каждую платформу 1. Ввиду того, что каждая из платформ 1 имеет по четыре опрашиваемых датчика на каждом диапазоне измерения, то это позволяет определить координаты приложения сил на платформу в целом без значительных погрешностей, а следовательно, и достаточно точно определить центр масс и вектор приложения сил всей платформы 1.

При балансировке рабочего колеса гидравлической турбины используются только три платформы 1.

Практическое применение способа показало, что наиболее целесообразно весоизмерение рабочих колес гидравлических турбин с использованием трех платформ 1, так как наиболее устойчивое положение нижней плоскости колеса геометрически определяется тремя точками.

Исходными для расчетов будут значения средних нагрузок, определяемых по каждой характеристической точке в соответствии с приведенными формулами (1, 2).

Положение центра масс в целом рабочего колеса определяют по формулам:

$X_{р . к} = \frac{\sum_{1}^{3} X_{j i} \cdot {\bar{G}}_{j i}}{\sum_{1}^{3} {\bar{G}}_{j i}} = \frac{{\bar{G}}_{A} \cdot X_{A} + {\bar{G}}_{B} \cdot X_{A} + {\bar{G}}_{C} \cdot X_{C}}{\sum_{1}^{3} {\bar{G}}_{j i}} (3)$

$Y_{р . к} = \frac{\sum_{1}^{3} Y_{j i} \cdot {\bar{G}}_{j i}}{\sum_{1}^{3} {\bar{G}}_{j i}} = \frac{{\bar{G}}_{A} \cdot Y_{A} + {\bar{G}}_{B} \cdot Y_{A} + {\bar{G}}_{C} \cdot Y_{C}}{\sum_{1}^{3} {\bar{G}}_{j i}}, (4)$

где X_р.к - координата центра масс рабочего колеса по оси X;

Y_р.к - координата центра масс рабочего колеса по оси Y;

${\bar{G}}_{A}, {\bar{G}}_{B} и {\bar{G}}_{C}$ - значение средней нагрузки, определяемой по каждой характеристической точке;

X_A, X_B и X_C - координаты характеристических точек относительно оси X;

Y_A, Y_B и Y_C - координаты характеристических точек относительно оси Y;

$\sum_{1}^{3} {\bar{G}}_{j i}$ - общий вес рабочего колеса;

$\sum_{1}^{3} X_{j i} \cdot {\bar{G}}_{j i}$ - статический момент рабочего колеса относительно оси X;

$\sum_{1}^{3} Y_{j i} \cdot {\bar{G}}_{j i}$ - статический момент рабочего колеса относительно оси Y.

Для повышения точности вычисления на все силоизмерительные датчики, например 2, одной платформы нагрузка передается через полусферической формы силовводящий узел 22, расположенный в центре каждой платформы, центр которого совпадает с характеристическими точками A, B и C обода 17 после поворота каждой из них на 120°.

После проведенного первого взвешивания рабочего колеса весом 15 т на позиции 1 (фиг.7), его результат в каждой характеристической точке A, B и C, находящейся на каждой платформе 1 и общий вес заносятся измерительной системой в таблицу компьютера 6. Затем осуществляют поворот рабочего колеса по часовой стрелке относительно неподвижных платформ 1 на угол α=120°, при этом риска 19 с точкой A перемещается на позицию 2 и соответственно остальные точки B и C также перемещаются на новые позиции 3 и 1, и повторно проводят измерения веса, приходящегося на каждую точку A, B и C, и общий вес всего рабочего колеса, результаты величин которых также заносятся в компьютер 6 (фиг.8). После последнего, третьего поворота колеса риска 19 с точкой A окажется на третьей позиции, измеренные результаты с которой также поступят в компьютер 6 и заносятся в таблицу (фиг.11). После проведенных этих трех измерений на позициях 1, 2 и 3 в характеристических точках A, B и C, компьютер программно просчитывает в соответствии с формулами (1) и (2) среднеарифметическое значение нагрузки, приходящейся на каждую характеристическую точку рабочего колеса в целом.

Все полученные результаты трехкратного взвешивания рабочего колеса гидравлической турбины весом 15 т сведены в таблицу, отображенную на фиг.11.

Как следует из таблицы, каждое взвешивание рабочего колеса показывает в каждой характеристической точке наличие различной нагрузки. Наибольшая нагрузка в каждой позиции измерения складывается в точке A, в то же время в точках B и C наблюдается примерное весовое равенство. Это свидетельствует о наличии в зоне точки A сплошного участка рабочего колеса и созданного мнимого дисбаланса. Вместе с тем, общий усредненный вес рабочего колеса $\sum G_{A B C}$ всех точек на всех трех позициях измерения составляет 14998 кг, и усредненный вес, приходящийся на каждую характеристическую точку A, B и C в сумме, также составляет 14997 кг, что подтверждает высокую точность балансировки предлагаемого способа. Таким образом, трехкратное изменение позиции взвешивания рабочего колеса относительно платформ 1 обеспечивает, во-первых, устранение мнимого дисбаланса, образующегося за счет несплошностей рабочего колеса, а во-вторых, исключает влияние неправильного выставления верхних узлов 25 и 26 силоизмерительных датчиков 2 и 3 платформ 1, негоризонтальности и завышенности их относительно друг друга.

При необходимости измерения рабочих колес с более высоким весом, например 50 или 100 тонн, силоизмерительные датчики 2 с НПИ, равным 3 т, выводятся механизмом регулирования 12 из зоны его контакта с плитой 13, а в работу вводятся датчики 3 с НПИ, равным 15 т. После проведения измерительных операций по определению веса все дальнейшие действия способа связаны с работой системы измерений и обработки их результатов.

На изображение корпуса рабочего колеса на мониторе компьютера 6, полученное с помощью видеокамеры 4 верхнего обзора, установленной на консольной стойке 21, индицируется отметка координаты центра масс корпуса рабочего колеса и радиус-вектор

$R_{\partial} = \sqrt{X_{р к}^{2} + Y_{р к}^{2}}, (7)$

связывающий центр корпуса рабочего колеса и его центр масс. Радиус r, на котором может быть установлен балансировочный груз, задается конструктивно. На схеме условно показано положение центра масс рабочего колеса, величина и радиус его дисбаланса относительно осей X и Y с тремя платформами (фиг.10). В соответствии со схемой радиус дисбаланса определяют по формуле:

$R_{\partial} = \sqrt{X_{р к}^{2} + Y_{р к}^{2}}$

Соответственно, момент, возникающий за счет несовпадения центра масс и оси вращения колеса, составит:

$M = R_{\partial} \cdot G_{Р К с р .}, (8)$

где $G_{Р К с р .} = G_{A с р} + G_{B с р} + G_{C с р} - G_{0}$

где - $R_{\partial}$ - радиус вектор смещения осей вращения и центра масс,

G_Aср, G_Bср, G_Cср - усредненный вес рабочего колеса, приходящийся на каждую из платформ 1;

G₀ - вес приспособления 24.

Для выполнения балансировки точно накладывают балансировочный груз, масса которого определяется из уравнения:

$G_{б} \cdot r = R_{\partial} \cdot G_{Р К с р .}, откуда G_{б} = \frac{R_{\partial} \cdot G_{Р К с р .}}{r}, (9)$

где $G_{б}$ - балансировочный груз;

r - радиус колеса;

$R_{\partial}$ - радиус дисбаланса;

$G_{Р К с р .}$ - вес колеса.

Таким образом, в процессе проведения балансировки рабочего колеса система измерения и обработки результатов программно автоматически индицирует на мониторе компьютера 6 положение центра масс относительно оси его вращения, а также определяет значение X_р.к, Y_р.к. и R, а при найденном R точно устанавливает вес и место размещения балансировочного груза, что способствует увеличению производительности измерений неуравновешенности гидравлической турбины.

Предложенный способ обеспечивает высокую точность балансировки рабочего колеса, так как имеет низкую степень погрешности измерений и высокий порог чувствительности по моменту, которые обеспечиваются конструктивным построением платформы 1 в целом, а также точной установкой силоизмерительных датчиков 2 и 3 и упоров-призм 14 на ее рабочей поверхности 8 и ее невертикальностью.

Так для рабочего колеса диаметром 15 м погрешность предложенного способа балансировки по осям X и Y составит до 3,0 мм, а его расчетная чувствительность по моменту балансировки будет находиться в пределах до 180-230 кг·см для имеющейся точности платформ 1.

Предложенный способ позволяет повысить точность балансировки рабочих колес гидравлических турбин, расширить диапазон их балансировки до 150 т за счет применения усовершенствованных платформ с приложением усилий при нагрузке на силовводящий узел, размещенный в центре каждой платформы, и использования средств программного измерения и оценки результатов, а также применения трехкратного измерения веса рабочего колеса с использованием метода суперпозиции.

В настоящее время усовершенствованные платформы изготовлены в производстве, проведены их испытания на взвешивании макетного образца рабочего колеса турбины, получены положительные результаты, подтверждающие достижение технического результата, т.е. повышение точности измерения способа балансировки, проведены испытания на балансировке рабочего колеса турбины «Волжская 21» весом ~80 т, по результатам испытаний оборудование введено в промышленную эксплуатацию.

1. Способ балансировки рабочего колеса гидравлической турбины, характеризующийся центрированием колеса с установлением точек отсчета координат местонахождения силоизмерительных датчиков, размещенных на поверхности платформ, используемых для взвешивания рабочего колеса, при этом обеспечивают приложение нагрузки к центру каждой платформы с помощью силовводящего узла для каждого диапазона веса рабочего колеса, после этого выбирают по методу суперпозиции на поверхности колеса характеристические точки, соответствующие проекциям центров весоизмерительных платформ и осуществляют поворот рабочего колеса по часовой стрелке относительно упомянутых платформ на заданный угол, а затем выполняют после каждого его поворота измерение веса на каждой платформе с каждой выбранной одноименной характеристической точкой с последующим арифметическим усреднением результатов измерений по всем платформам в каждой одноименной характеристической точке и общего веса рабочего колеса также в каждой одноименной характеристической точке, после чего определяют известным образом расчетным путем с использованием системы измерений и обработки результатов дисбаланс и точно устанавливают балансировочные грузы.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что систему измерений и обработки результатов образуют из преобразователей сигналов по количеству силоизмерительных датчиков, подключенных к контроллеру, соединенному с компьютером.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что количество характеристических точек выбирают равным количеству весоизмерительных платформ.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что угол установки весоизмерительных платформ и угол поворота характеристических точек, выбранных на рабочем колесе, принимают равным 120°, а количество платформ равным трем.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что центрирование рабочего колеса гидравлической турбины проводят по боковой поверхности внешней стенки обода с помощью подпружиненного визирного керна и упоров в виде призм, жестко установленных на рабочей поверхности платформ с силоизмерительными датчиками.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что силовводящий узел выполняют в виде полусферической формы упора, установленного точно в центре платформы.

7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что отцентрированное рабочее колесо гидротурбины фиксируют видеокамерой и вводят его изображение в компьютер системы измерения и обработки результатов и после определения значений вектора и центра масс всего колеса накладывают их на компьютерное изображение.

Похожие патенты:

Стенд для испытания форсунок // 2526597

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытания форсунок, предназначенных для распыления огнетушащего вещества при тушении пожара.

Способ балансировки металлического зубчатого резонатора волнового твердотельного гироскопа // 2526217

Изобретение может быть использовано при производстве навигационных приборов. Способ балансировки металлического зубчатого резонатора волнового твердотельного гироскопа заключается в том, что измеряют параметры неуравновешенной массы, рассчитывают массу, подлежащую удалению с каждого балансировочного зубца, и удаляют неуравновешенную массу с поверхности балансировочных зубцов путем электрохимического растворения, при этом каждый зубец погружают в отдельную ванну с электролитом и через поверхность каждого зубца пропускают заранее рассчитанный электрический заряд, величину которого регулируют временем пропускания постоянного тока.

Стенд для измерения массы и координат центра масс изделий // 2525629

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для электрических измерений механических величин в космической технике, судостроении и авиастроении.

Центрифуга // 2522625

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний и градуировок акселерометрических датчиков и другой навигационной аппаратуры, определяющей параметры движения различных по назначению объектов.

Ротор с компенсатором дисбаланса // 2516722

Ротор с компенсатором дисбаланса содержит рабочее колесо ступени турбомашины и компенсатор дисбаланса колеса в виде балансировочного груза, выполненного в форме сегмента с круговыми внешней и внутренней поверхностями и стопорным элементом.

Способ определения момента инерции червячного редуктора // 2515172

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам инерционных испытаний червячных редукторов, и может быть использовано для их исследования на энергоэффективность.

Полуавтоматический балансировочный станок // 2515102

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для выполнения прецизионной динамической балансировки роторов гироскопов. Устройство содержит измерительную систему, приспособление для установки балансируемого изделия и датчик контрастной метки, размещенные на основании измерительной системы, расположенном в вакуумируемой камере, систему охлаждения и откачки-закачки воздуха, лазер, предназначенный для удаления материала с поверхности балансируемого изделия, систему защиты узлов, деталей и поверхности балансируемого изделия от загрязнения продуктами лазерной обработки, пневматически связанную с системой охлаждения и откачки-закачки воздуха, источник питания привода балансируемого изделия, а также модули электроники, электрически связанные с датчиками для измерения дисбаланса и с информационно-управляющей системой на базе ПЭВМ и предназначенные для управления балансировкой изделия.

Способ измерения мощности потерь энергии в подшипниках качения // 2507493

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам измерения мощности потерь энергии в подшипниках качения. Сущность способа измерения мощности потерь на трение в подшипниках качения заключается в том, что мощность потерь энергии в подшипнике качения определяется как произведение суммы моментов инерции системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения» на сумму угловой скорости и половины приращения угловой скорости за период, в течение которого определено угловое ускорение системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению на разность углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», определенного с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению.

Способ определения момента инерции ременных и цепных передач // 2507492

Изобретение относится к способам инерционных испытаний ременных и цепных передач и позволяет определить момент инерции ременных и цепных передач. Способ заключается в том, что ко входному валу ременной (цепной) передачи через соединительную муфту подсоединяется выходной вал электрического двигателя.

Устройство для измерения момента инерции изделия // 2506552

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для определения моментов инерции изделий. Устройство содержит подвижную часть, имеющую возможность колебаний вокруг оси, неподвижной относительно основания, например, под действием упругих элементов или сил гравитации, эталонное тело, имеющее элементы технологического базирования для закрепления его на подвижной части устройства.

Груз для балансировки редуктора // 2530933

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для балансировки валов машин. Груз для балансировки редуктора содержит корректирующую массу и выполнен в виде концентричного кольца с выступом или лыской на внутренней поверхности с радиальными сквозными и несквозными прорезями. В результате упрощается монтаж груза для балансировки редуктора. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ балансировки вентиляторов в сборе // 2531091

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу балансировки вращающихся частей машин, и может быть использовано для балансировки вентиляторов. Способ реализуется следующим образом. Для балансировки вентилятора в сборе производят разметку крыльчатки вентилятора на равные сектора, устанавливают технологический груз, приводят вентилятор во вращение на частоте ниже рабочей, с целью удержания груза на крыльчатке. Масса технологического груза может составлять 0,1-5% от массы крыльчатки. Затем подают рабочее напряжение на балансируемый вентилятор и последовательно замеряют величину вибрации в каждом секторе. Для балансировки вентилятора постепенно удаляют материал с «юбки» крыльчатки в секторе, диаметрально противоположном тому, где получены минимальные показания по значению вибрации. Величину вибрации измеряют после каждого удаления материала с крыльчатки при рабочем напряжении вентилятора (рабочей частоте). Технический результат заключается в возможности проведения динамической балансировки вентилятора в сборе.

Способ испытания композитно-муфтовой ремонтной конструкции для труб магистральных трубопроводов // 2531126

Изобретение относится к способам диагностики ремонтных конструкций, применяемых для ремонта трубопроводов по композитно-муфтовой технологии. Сущность: трубу с дефектом герметизируют путем приварки к ее торцам двух заглушек с эллиптическими днищами. При этом одна из заглушек содержит два штуцера: один - для подачи воды, другой - для дренажа воздуха. На дефектную трубу устанавливают ремонтную конструкцию, которую заполняют композитными материалами и испытывают в четыре этапа посредством создания внутреннего давления. Технический результат: обеспечение достоверности (информативности) и полноты оценки механических свойств композитного состава; проверка несущей способности трубы, отремонтированной композитно-муфтовым методом. 4 з.п. ф-лы.

Способ балансировки сборного ротора // 2531158

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сборке и балансировке сборных роторов компрессоров газоперекачивающих агрегатов. В способе балансировки сборного ротора балансируют вал с использованием плоскостей коррекции дисбалансов на концах вала и его муфты и балансируют собранный ротор, при этом измеряют биения соединительных фланцев муфт относительно их балансировочных поверхностей, определяют и маркируют места максимального радиального биения фланцев. Далее совмещают промаркированные места и скрепляют муфты, выполняют балансировку полученной сборочной единицы сначала с коррекцией главного вектора в плоскости соединения, а затем с коррекцией главного момента дисбалансов в плоскостях, размещенных вблизи балансировочных поверхностей. После чего разъединяют муфты, собирают ротор, размещая промаркированные места в одной плоскости, и балансируют его с использованием плоскостей коррекции дисбалансов на концах вала. Изобретение направлено на повышение точности сборки ротора. 3 ил.

Способ определения момента инерции цепной передачи // 2533540

Изобретение относится к способам инерционных испытаний цепных передач и позволяет определить момент инерции цепной передачи. Сущность изобретения заключается в том, что к входному валу цепной передачи присоединяется выходной вал электрического двигателя и крепится тело с эталонным моментом инерции, а момент инерции цепной передачи определяется как отношение суммы произведения разности углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, цепная передача, тело с эталонным моментом инерции» и углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, цепная передача» на момент инерции электрического двигателя и произведения углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, цепная передача, тело с эталонным моментом инерции» на момент инерции тела с эталонным моментом инерции к разности углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, цепная передача» и углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, цепная передача, тело с эталонным моментом инерции». 1 ил.

Турбинная установка, содержащая роторную машину, и турбинная установка, содержащая балансировочный груз // 2535897

Турбинная установка содержит роторную машину (12, 14, 24) и балансировочный груз (78). Роторная машина содержит вращающийся компонент (62) с канавкой (76), имеющей основание (84) и пару наклонных сторон (86), сходящихся друг к другу в первом направлении (66) от основания (84) с образованием проема (92). Балансировочный груз (78) расположен в указанной канавке (76) и имеет корпус, первую пару наклонных сторон (94), сходящихся друг к другу в первом направлении и разделенных первым расстоянием (98), и вторую пару наклонных сторон (100), сходящихся друг к другу в указанном первом направлении (66) и разделенных вторым расстоянием (101), которое больше первого расстояния (98). Каждая сторона первой пары наклонных сторон балансировочного груза содержит плоский участок (96), обеспечивающий уменьшение расстояния (98) между сторонами (94). Балансировочный груз выполнен с возможностью прохождения через указанный проем в канавку (76) и поворота с обеспечением взаимодействия указанных наклонных сторон (86) канавки со второй парой наклонных сторон (100) балансировочного груза. Достигается упрощение конструкции канавки и установки балансировочного груза в канавке и его закрепления поворотом. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ определения статического дисбаланса заготовок непосредственно на металлорежущем станке // 2539805

Изобретение относится к области измерений, а именно к процессу определения статического дисбаланса заготовок, и может быть использовано для балансировки заготовок. Способ заключается в следующем. Планшайба станка (поворотный стол станка) с установленной на ней заготовкой устанавливается в заданное угловое положение, контролируемое угловым датчиком положения планшайбы. Гидростатические карманы торцевой опоры планшайбы снабжены датчиками давления рабочей жидкости, по количеству, равному или кратному количеству торцевых гидростатических карманов, но не менее трех. Сигналы с датчика углового положения планшайбы и с датчиков давления вводятся через контроллер в устройство числового программного управления (УЧПУ) станка, а затем на основе полученных от датчиков углового положения и датчиков давления данных, а также постоянных параметров станка, таких как масса планшайбы, количество и размеры гидростатических карманов, расчетным путем определяются положение центра масс планшайбы и заготовки, масса заготовки, величина и направление вектора дисбаланса, место установки и необходимая масса балансировочных грузов. Технический результат заключается в повышении точности определения дисбаланса заготовок и его устранения непосредственно на станке. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ вертикальной динамической балансировки изделия и устройство для его осуществления // 2539810

Заявленные изобретения относятся к машиностроению и могут использоваться для динамической балансировки различных изделий. Способ заключается в том, что изделие приводят во вращение на платформе, установленной на центральной шарнирной опоре на вращающемся столе, и измеряют динамические реакции между платформой и столом. Дополнительно измеряют динамические реакции между платформой и столом при измененном взаимном вертикальном положении шарнира центральной опоры и изделия. Устройство содержит корпус, установленный в нем вращающийся на подшипниках относительно вертикальной оси стол, размещенную на столе центральную шарнирную опору, на которую опирается платформа для установки изделия, платформа связана со столом посредством датчиков динамических реакций, возникающих при вращении стола с установленным изделием. Центральная шарнирная опора выполнена в виде карданового подвеса со скрещивающимися горизонтальными осями, пересекающими ось вращения, а платформа выполнена поворотной относительно вертикальной оси. Технический результат заключается в повышении точности балансировки. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ измерения момента инерции // 2539812

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам измерения моментов инерции, и может быть использовано для измерения моментов инерции различных изделий. Способ заключается в том, что изделие закрепляют на платформе колебательного устройства, приводят в колебательное движение и измеряют период и амплитуду колебаний. При этом амплитуду колебаний поддерживают постоянной путем компенсации ее уменьшения закруткой упругого элемента на угол, равный разности начального значения и следующих измеренных значений амплитуды колебаний. Компенсирующую закрутку производят с помощью привода, установленного между корпусом и упругим элементом. Технический результат заключается в повышении точности измерений и упрощении реализации способа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Балансировка ротора турбины при пониженном давлении // 2542499

Группа изобретений относится к балансировочной технике, в частности к средствам и методам балансировки роторов турбин. Устройство содержит внешний компонент, внутренний компонент, который винтовым образом соединен с внешним компонентом, при этом внутренний компонент ограничивает камеру, которая содержит первое и второе отверстия и содержит нижнюю поверхность, которая снабжена уплотнительным соединением и крышкой для закрывания герметичным образом первого отверстия камеры. Соединение между внешним компонентом и внутренним компонентом является винтовым, то есть является результатом операции нарезки резьбы. Поэтому внутренний компонент может, таким образом, двигаться коаксиальным образом относительно внешнего компонента. Способ включает в себя следующие этапы - остановки турбины, ориентации путем расположения балансировочного отверстия напротив второго отверстия камеры устройства для введения балансировочного груза, осуществления контакта поверхности уплотнительного соединения внутреннего компонента в контакт с ротором с использованием гайки, открытие камеры устройства с удалением крышки, введение груза в отверстие ротора через камеру устройства и позиционирование груза путем ввинчивания и запирания путем зачеканки в балансировочном отверстии, далее установки крышки для закрытия первого отверстия камеры, и отсоединяют камеру от ротора, используя гайку, возвращают турбину в работу. Технический результат заключается в устранении разгерметизации корпуса турбины, ускорении процесса установки грузов. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.