устройство для автоматической балансировки роторов

Формула изобретения

Устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее устанавливаемую на подшипниковых опорах балансировочную камеру, заполненную отвердевающей жидкостью, отличающееся тем, что 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, причем отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, а балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматического уравновешивания машин и механизмов.

Известно устройство для автоматической балансировки роторов (1. В.Н Нестеренко, А.П. Соколов, А.Н. Голиков. Авторское свидетельство СССР 1030687, кл. G 01 М 1/38), содержащее устанавливаемую между ротором и подшипниковой опорой кольцевую балансировочную камеру постоянного поперечного сечения с упругими торцевыми стенками, заполненную отвердевающей жидкостью (полимеризующимися связующими в жидком состоянии), причем жесткость торцевых стенок выбирают из условия обеспечения самоустановки ротора при заданной скорости его вращения в процессе балансировки.

Недостатком решения является одноразовость балансировки роторов на заданной скорости их вращения. В то же время в ротативных системах при их эксплуатации возможны переменные режимы работы ротора, при которых расчетных режимов может быть несколько. Ротативная система, уравновешенная по известному способу на одном режиме, становится динамически неуравновешенной на другом режиме.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности автоматической балансировки ротора при изменении его частоты вращения или возникновении дисбаланса при его эксплуатации на фиксированной частоте.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в возможности уравновешивания дисбалаланса ротора при различных режимах его эксплуатации.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные признаки: устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее устанавливаемую на подшипниковых опорах балансировочную камеру, заполненную отвердевающей жидкостью.

Отличительные признаки: балансировочную камеру выполняют в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора, в гнездах подшипиковых опор устанавливают пьезоэлементы, которые посредством токопроводов замыкают на электронагревательную спираль, расположенную на внутренних стенках балансировочной камеры, а в качестве отвердевающего материала используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние, причем отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, а балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично.

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 уравновешенности ротативной 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, то в качестве источника тепловой энергии могут быть использованы пьезоэлементы, установленные в наиболее нагруженных местах ротора, т.е. в гнездах опорных подшипников. Вибрация ротора будет вызывать деформацию пьезоэлементов, способных при этом вырабатывать электрический ток. Замыкая токопроводы пьезоэлементов на электронагревательные спирали, установленные в балансировочной камере, можно получить источник тепловой энергии, способной изменить агрегатное состояние вещества уравновешивающей массы.

Изобретение осуществляется следующим образом. Балансировочную камеру выполняют в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора. В опорных местах ротора, т.е. в гнездах опорных подшипников, испытывающих наибольшую нагрузку при вибрации, устанавливают пьезоэлементы, которые через токопроводы соединяют с электронагревательной спиралью, расположенной на внутренних стенках балансировочной камеры, предварительно частично заполненной отвердевающим материалом из легкоплавкого вещества с большим удельным весом, например сплавом Вуда. Если при вращении ротора возникает дисбаланс ротативной системы, то вибрация, передаваемая через опорные подшипники на пьезоэлементы, приводит к деформации последних и соответствующему возбуждению электрического тока. Замкнутость токопроводов на электрическую спираль, установленную в балансировочном пространстве, вызовет расплав отвердевающего материала и приобретение вследствие этого текучести последним. При вращении ротора с рабочей частотой расплавленный материал выполняет функцию уравновешивающей массы, примет оптимальное расположение внутри балансировочной полости и обеспечит сбалансированность системы. После наступления момента сбалансированности вибрация ротора прекратится и, соответственно, прекратится поступление тепловой энергии в балансировочную камеру. Материал уравновешивающей массы затвердевает и ротативная система примет сбалансированное состояние. При изменении частоты вращения ротора или возникновении дисбаланса ротора при его эксплуатации уравновешивание произойдет автоматически по вышеизложенной схеме.

Изобретение поясняется чертежом, где показан пример его реализации.

В опорных местах ротора 1, т.е. в гнездах 2 опорных подшипников 3, устанавливают пьезоэлементы 4, которые через токопроводы 5 соединяют с электронагревательной спиралью 6, расположенной на внутренних стенках балансировочной камеры 7, предварительно заполненной отвердевающим материалом 8. Если при вращении ротора 1 со скоростью возникает дисбаланс, то вибрация, передаваемая через опорные подшипники 3 на пьезоэлементы 4, приводит к возбуждению электрического тока, который через спираль 6 расплавляет материал 8. При вращении ротора 1 с рабочей частотой материал 8, выполняющий функцию уравновешивающей массы, примет из положения 9 оптимальное положение 10 внутри балансировочного пространства 7. После наступления сбалансированности вибрация ротора 1 прекратится, что остановит приток тепловой энергии в балансировочную камеру. За счет естественного рассеивания энергии (температура атмосферного воздуха должна быть ниже температуры плавления вещества) температура уравновешивающей массы 8 понизится и она затвердеет, что зафиксирует сбалансированность системы.