BRPI0617745B1 - Processo e dispositivo para a medição dinâmica do desquilíbrio de um rotor - Google Patents
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Abstract
<b>processo e dispositivo para a medição dinâmica do desquilíbrio de um rotor<d>. a presente invenção refere-se a um processo para medição dinâmica do desequilíbrio de um rotor disposto em uma carcaça (1) e girável com alta velocidade angular, sendo que o rotor está montado em uma carcaça de mancal (14) separada, compreende os seguintes passos: fixação da carcaça de mancal (14) na carcaça (1), sob intercalação de elementos elasticamente flexíveis (6), de tal modo que a carcaça de mancal (14) relativa à carcaça (1) é móvel em pelo menos duas direções espaciais e o rotor está disposto na carcaça (1), em uma posição de trabalho apropriada para o acionamento, aceleração do rotor para uma velocidade de trabalho substancialmente normal, medição das vibrações induzidas por desequilíbrio enquanto o rotor gira com uma velocidade de trabalho substancialmente normal, determinação da posição de fase das vibrações induzidas, em relação à posição angular do rotor nos números de rotação de medição, nos quais são medidas as vibrações induzidas, uso das vibrações induzidas, medidas, e da posição de fase, para determinar o desequilíbrio do rotor a ser compensado.
Description
(54) Título: PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DINÂMICA DO DESQUILÍBRIO DE UM ROTOR (51) Int.CI.: G01M 1/04; G01M 1/16 (30) Prioridade Unionista: 09/11/2005 DE 10 2005 053 786.3 (73) Titular(es): SCHENCK ROTEC GMBH (72) Inventor(es): DIETER THELEN
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DINÂMICA DO DESQUILÍBRIO DE UM ROTOR.
A presente invenção refere-se a um processo para a medição dinâmica do desequilíbrio de um rotor disposto em uma carcaça e rotativo com uma alta velocidade angular, que está montado em uma carcaça de mancai separada, bem como um dispositivo apropriado para execução do processo. Particularmente, a invenção refere-se a um processo e a um dispositivo para medição do desequilíbrio do rotor de um tubocarregador de gás de escapamento.
Torbucarregadores acionados por gás de escapamento têm um rotor, que em operação gira com um número de rotações muito alto de, freqüentemente, acima de 100.000 revoluções por minuto, e, portanto, precisa ser equilibrado muito precisamente, para evitar ruídos e cargas de apoio altas demais. O rotor consiste, em geral, em um eixo montado em uma carcaça de mancai associada ao mesmo, que em uma extremidade apresenta uma roda de turbina e na outra extremidade, uma roda de compressão. A medição da massa do rotor dá-se, por razões de precisão, a uma velocidade angular correspondente, substancialmente, à velocidade de trabalho normal, sendo que o rotor está montado fixamente com a carcaça de mancai em uma carcaça de turbina e é levado ao número de rotações necessário por solicitação da roda de turbina com ar comprimido. Esse modo de processo tem a desvantagem de que a massa relativamente grande em comparação com a massa do rotor,_de carcaça de mancai e carcaça de turbina, reduz fortemente as vibrações induzidas pelo desequilíbrio do rotor e, desse modo, prejudica a sensibilidade e a precisão da medição.
Do documento EP 0 426 676 B1 é conhecido um processo de compensação para o rotor de alta velocidade de um turbocarregador acionado por gás de escapamento, no qual a carcaça central do turbocarregador, na qual o rotor está montado, é unido fixamente com as partes de carcaça que circundam a roda de turbina e a roda de compressão e a unidade formada desse modo, é apoiada de modo elástico, móvel, em todas as dire-
ções espaciais em uma armação, com ajuda de tubos de fole flexíveis, que se prendem nas partes de carcaça. Também nesse caso, as partes de carcaça montadas na carcaça central do turbocarregador prejudicam consideravelmente o comportamento de vibração e, desse modo, a medição do de5 sequilíbrio. Nas partes de carcaça estão dispostos detectores de aceleração, cujos sinais de aceleração são processados em conexão com um ângulo de fase medido opticamente, para determinação do tamanho e posição do desequilíbrio.
A invenção tem por base a tarefa de indicar um processo do tipo citado inicialmente, que reduz a influência desvantajosa da massa que vibra conjuntamente e possibilita uma medição de alta precisão do desequilíbrio. Além disso, é tarefa da invenção criar um dispositivo particularmente apropriado para execução do processo.
No que se refere ao processo, a tarefa citada é solucionada pe15 Ias características indicadas na reivindicação de patente 1, e no que se refere ao dispositivo, pelas características indicadas na reivindicação de patente 2. Configurações vantajosas do dispositivo estão indicadas nas reivindicações 3 a 9.
De acordo com a invenção, o processo para a medição dinâmica do desequilíbrio de um rotor disposto em uma carcaça e que gira com alta velocidade angular, sendo que o rotor está montado em uma carcaça de mancal separada, compreende os passos: fixação da carcaça de mancal na carcaça, sob intercalação de elementos elasticamente flexíveis, de tal modo que a carcaça de mancaLpode ser movida em relaç_ão__à_carcaça em pelo menos dois graus de libertação e o rotor está disposto em uma posição de trabalho apropriada para acionamento, aceleração do rotor para uma velocidade de trabalho substancialmente normal, medição das vibrações induzidas pelo desequilíbrio, enquanto o rotor gira com uma velocidade de trabalho substancialmente normal, determinação da posição de fase das vibrações induzidas pelo desequilíbrio, para posição angular do rotor nos números de rotação de medição, aos quais são medidas as vibrações induzidas pelo desequilíbrio, uso das vibrações induzidas por desequilíbrio e da posição de
fase para determinar o desequilíbrio do rotor a ser compensado.
O processo de acordo com a invenção tem a vantagem de que apenas o rotor, a carcaça de mancal e seu mancal alojado na mesma executam vibrações induzidas por desequilíbrio, independentemente de outras massas, tal como a massa da carcaça e sua fixação. Desse modo, a massa da estrutura de medição, que vibra conjuntamente, está limitada ao mínimo indispensável das partes necessárias para apoio do rotor e, desse modo, consideravelmente reduzida em comparação com o estado da técnica citado inicialmente. Isso tem a vantagem de que erros de medição, que são causados pelas massas que vibram conjuntamente, são consideravelmente reduzidos e, desse modo, a medição de desequilíbrio torna-se substancialmente mais precisa.
Para execução do processo, a invenção prevê um dispositivo para a medição dinâmica do desequilíbrio de um rotor montado em uma carcaça de mancal e que gira com alta velocidade angular, com uma carcaça, na qual o rotor e a carcaça de mancal são montáveis, em uma posição de trabalho apropriada para acionamento do rotor com uma velocidade de trabalho substancialmente normal, sendo que a carcaça apresenta pelo menos um elemento elasticamente flexível, no qual a carcaça de mancal é fixável, de tal modo que ela seja móvel em relação à carcaça em pelo menos duas direções espaciais. O dispositivo de acordo com a invenção e pode ser produzido de modo econômico e possibilita uma medição do desequilíbrio do rotor com alta precisão.
De preferência, estão dispostos na carcaça d_o_d_Íspositivo vários, particularmente quatro, elementos elasticamente flexíveis em direção axial e radial, concentricamente ao eixo de rotação do rotor, em intervalos periféricos regulares. Por essa disposição é obtido um apoio elástico da carcaça de mancal, cuja rigidez é substancial mente igual em todas as direções radiais.
De acordo com uma outra proposta da invenção, os elementos elasticamente flexíveis podem estar unidos um ao outro por um anel de mancal, no lado da fixação para a carcaça de mancal e podem estar previstos meios de aperto para fixação da carcaça de mancal no anel de mancal.
Por essa configuração, o manuseio do dispositivo é facilitado, uma vez que a carcaça de mancai não precisa ser unida individualmente com os elementos elásticos. Além disso, o anel de mancai possibilita uma disposição encapsulada dos elementos elásticos, de modo que os mesmos não podem ser danificados. Além disso, por limitação do espaço de movimento do anel de mancai, a amplitude de vibração da carcaça de rotor pode ser limitada para um valor máximo. De acordo com a invenção, podem estar dispostos no anel de mancai detectores de vibração, particularmente, detectores de aceleração.
Os elementos elasticamente flexíveis, de acordo com uma outra proposta da invenção, têm, de preferência, a forma de um setor de coroa circular, com uma seção de setor radialmente interna, uma seção de setor radialmente externa, e elementos elásticos, que unem as duas seções de setor uma com a outra. Essa configuração dos elementos elasticamente flexíveis pode ser unida de modo vantajosamente simples com a carcaça e o anel de mancai e necessita de pouco espaço construtivo axial.
Mostrou-se conveniente se os elementos elasticamente flexíveis estiverem fixados com a seção de setor radialmente interna na carcaça e com a seção de setor radialmente externa, no anel de mancai, de modo que eles não se salientam sobre o anel de mancai na direção radial. Os elementos flexíveis, que unem as duas seções de setor uma com a outra, podem estar curvados em S ou Z. Isso tem a vantagem de que, para obtenção de flexibilidade elástica necessária, é necessário pouco espaço construtivo radial. As duas seções de setor e os elementos elásticos que unem as mesmas podem ser produzidos de modo simples de uma peça, por exemplo, uma chapa elástica. Isso possibilita uma produção econômica.
Uma outra configuração vantajosa de um dispositivo de acordo com a invenção prevê que a carcaça apresente duas barras elásticas, nas quais a carcaça de mancai ou o anel de mancai são fixáveis, sendo que as barras elásticas estão dispostas em um plano comum, paralelo ao eixo de rotação do rotor, e se estendem na direção do eixo de rotação do rotor. Nesse caso, a carcaça de mancai pode ser movida em relação à carcaça em todas as direções radiais e ser girada em torno de um eixo radial situado no
plano. De preferência, as barras elásticas estão dispostas em um plano vertical e têm, em cada caso, no mesmo ponto pelo menos uma seção flexível com rigidez menor. A rigidez da seção flexível pode ser menor na direção horizontal do que na direção vertical. Particularmente, a rigidez das barras elásticas pode perfazer em direção horizontal cerca de 10% da rigidez das barras elásticas na direção vertical. A rigidez mais alta das barras elásticas em direção vertical serve para o apoio do peso do rotor e carcaça de mancai.
A invenção é explicada mais detalhadamente a seguir, por meio 10 de exemplos de modalidades que estão representados no desenho. Mostram figura 1 um corte transversal de um dispositivo de medição de desequilíbrio de acordo com a invenção, com um grupo de corpo de turbocarregador disposto no mesmo, e figura 2 uma vista dos elementos elasticamente flexíveis e a unidade construtiva que compreende o anel de mancai do dispositivo de acordo com afigurai, figura 3 um corte transversal da outra modalidade de um dispositivo de medição de desequilíbrio de acordo com a invenção, com um grupo de coro de turbocarregador disposto na mesma.
O dispositivo de medição de desequilíbrio mostrado na figura 1 compreende uma carcaça 1, que é fixável sobre uma base ou armação por meio de parafusos 2. A carcaça 1 contém um canal de corrente 3 e uma car________________caça espiralada 4 anular, cuja abertura central 5 está em ligação com o ca-_____________________ nal de corrente 3. A carcaça espiralada 4 apresenta no lado frontal, afastado do canal de corrente 3, um canal espiralado 4a e uma superfície anular 4b concêntrica ao eixo central longitudinal do mesmo, na qual estão fixados por meio de parafusos, à mesma distância do eixo central longitudinal e à mesma distância um do outro, quatro elementos elasticamente flexíveis 6, com a mesma configuração.
Tal como pode ser visto da figura 2, os elementos elasticamente flexíveis 6 têm, substancialmente, a forma de placas em forma de setor de coroa de círculo, que estão divididas por entalhes em uma seção de setor radialmente interna 7, uma seção de setor radialmente externa 8 e elementos elásticos 9 em forma de Z, que unem as duas seções de setor uma com a outra. Os elementos 6 consistem, em cada caso, em uma peça e podem ser produzidos de modo simples e econômico por recorte de uma chapa de material elástico, particularmente, aço elástico.
Os elementos 6 estão fixados na carcaça espiralada 4 com sua seção de setor interna 7 e estendem-se radialmente para fora. Nas seções de setor externas 8 dos elementos 6 está fixado por meio de parafusos um anel de mancai 10, no lado afastado da carcaça espiralada 4. O anel de mancai 10 encosta-se, nesse caso, com uma superfície anular elevada nas seções de setor 8 e, no restante, tem uma distância axial do elemento elástico 9, das seções de setor 7 e também da carcaça espiralada 4. A superfície frontal da carcaça espiralada 4 está recuada axialmente na região dos ele15 mentos elásticos 9 e das seções de setor 8, de modo que também aqui é dada uma distância axial dos elementos elásticos 9 e das seções de setor 8. Além disso, existe um espaço intermediário entre as bordas radialmente externas das seções de setor 8 e a carcaça 1. As seções de setor 8 e o anel de mancai 10 unido fixamente com as mesmas, sustentados pelos elementos elásticos 9, podem, portanto, executar movimentos de vibração radial e axial em relação à carcaça 1 e à carcaça espiralada 4.
O anel de mancai 10 apresenta um furo central 11 com um ressalto 12. O furo 11 serve para o alojamento de um flange anular 13, que se ______________encontra na carcaça de mancai 14 de um grupo de corpo dé turbocarregador
15. Depois da inserção do grupo de corpo de turbocarregador 15 no furo 11, o flange 13 é apertado contra o ressalto 12, com ajuda de garras de aperto
16, que estão dispostas no anel de mancai 10.
O grupo de corpo de turbocarregador 15 compreende, além da carcaça de mancai 14, um eixo montado na mesma, bem como uma roda de turbina 17 e uma roda de compressão 18, que estão fixadas em extremidades opostas do eixo. Na posição apertada, a roda de turbina 17 encontra-se no canal espiralado 4a e na abertura 5 da carcaça espiralada 4. Pelo canal espiralado 4a pode ser guiada de modo apropriado uma corrente de ar para a roda de turbina 17, para acionar a mesma. O ar de escapamento é evacuado através da abertura 5 e do canal de corrente 3. Os contornos internos do canal espiralado 4a e da abertura 5 estão configurados de tal modo que permanece uma distância suficientemente grande para a roda de turbina 17, para que ela não possa chocar-se, quando o grupo de corpo de turbocarregador 15 vibra. A roda de compressão 18 está disposta fora da carcaça 1. A mesma é coberta por uma carcaça de compressor ou uma tampa de proteção, para guia da corrente e por razões de proteção.
Para medição de um desequilíbrio do rotor, que consiste em roda de turbina 17, eixo e roda de compressão 18, a roda de turbina 17 é acionada com ar e acelerada para um número de rotações correspondente a uma velocidade de trabalho substancialmente normal. Por um desequilíbrio existente do rotor, são induzidos, nesse caso, na massa vibratória de grupo de corpo de turbocarregador 15 e anel de mancai 10, vibrações que são medidas a diversos números de rotações, com ajuda dos detectores de vibração ou aceleração, dispostos no anel de mancai 10. Simultaneamente, é determinada por um transmissor de ângulo de rotação a respectiva posição de fase das vibrações induzidas, medidas, com relação ao rotor. Dos valores medidos, são determinados, depois, com ajuda de um computador eletrônico, a posição angular e tamanho do desequilíbrio a ser compensado.
A figura 3 mostra uma outra configuração de um dispositivo de medição de desequilíbrio de acordo com a invenção, que compreende, tal ________________como o exemplo de modalidade descrito previamente, uma carcaça 1, uma carcaça espiralada 4 disposta na mesma e um anel de mancai 10, em cujo furo 11 a carcaça de mancai 14 de um grupo de corpo de turbocarregador 15 a ser medido é fixável por aperto por meio de garras de aperto 16. Como elementos elásticos, esse exemplo de modalidade apresenta duas barras elásticas 20, que estão fixadas, em uma extremidade, por meio de parafusos
21, na carcaça 1 e, na outra extremidade, por meio de parafusos 22, no anel de mancai 10. As barras elásticas 20 encontram-se em espaços livres dentro da carcaça 1 e seus eixos longitudinais estão situados em um plano vertical
JO comum, que contém o eixo de rotação do rotor do grupo de corpo de turbocarregador 15, e estão dispostas paralelamente e diametralmente ao eixo de rotação do rotor. A uma pequena distância de suas duas extremidades as barras elásticas 20 têm seções flexíveis 23 com rigidez menor, que são for5 madas por achatamentos locais, opostos um ao outro, das barras elásticas 20. As seções elásticas 23 estão formadas de tal modo que sua rigidez na direção do plano central vertical, comum às barras elásticas 20, é cerca de dez vezes maior do que sua rigidez em uma direção vertical ao plano central citado. Pela configuração e disposição descritas das barras elásticas 20, o anel de mancai 10 e o grupo de corpo de turbocarregador 15 disposto no mesmo são apoiados na carcaça 1 de modo elasticamente flexível, de tal modo que ele é móvel em qualquer direção radial, sendo que a rigidez do apoio na direção horizontal é cerca de menor pelo fator 10 do que na direção vertical. Além disso, é possível uma rotação do anel de mancai 10 com o grupo de corpo de turbocarregador 15 retido no mesmo em torno de um eixo vertical, situado no plano central comum às barras elásticas 20. Desse modo, é dado um apoio com pelo menos dois graus de liberação, que são necessários para a medição precisa do desequilíbrio do rotor.
Os dispositivos descritos têm a vantagem de que na medição do desequilíbrio, a massa que vibra conjuntamente é otimamente pequena, uma vez que ela compreende apenas a carcaça de mancai do grupo de corpo de turbocarregador e os meios para aperto do mesmo, a saber, o anel de mancai 10, inclusive os meios de aperto. Com o dispositivo descrito, pode ser
---------obtida, portanto,uma precisão de medição substancialmente mais alta em comparação com o estado da técnica. Os dispositivos têm, além disso, a vantagem de que eles são fáceis de manusear e podem ser produzidos economicamente.
Claims (2)
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1. Dispositivo para a medição dinâmica do desequilíbrio de um rotor montado em uma carcaça de mancal (14) e girável com alta velocidade angular, com uma carcaça (1), na qual o rotor e a carcaça de mancal (14) é
5 montável em uma posição de trabalho apropriada para acionamento do rotor com uma velocidade de trabalho substancialmente normal, sendo que a carcaça (1) apresenta pelo menos um elemento elasticamente flexível (6), no qual a carcaça de mancal é fixável de tal modo que a carcaça de mancal (14) é móvel em pelo menos dois graus de libertação em relação à carcaça
10 (1), caracterizado pelo fato de que na carcaça (1) estão dispostos diversos elementos (6) iguais, elasticamente flexíveis em direção axial e radial, concentricamente ao eixo de rotação do rotor em uma distância periférica regular e sendo que os elementos elasticamente flexíveis (6) estão unidos um ao outro por um anel de mancal (10) no lado de fixação para a carcaça de man15 cal (14) e que estão previstos meios de aperto para fixação da carcaça de mancal (14) no anel de mancal (10).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no anel de mancal (10) estão dispostos detectores de vibração, particularmente, um detector de aceleração.
20
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os elementos elasticamente flexíveis (6) têm a forma de um setor de coroa circular, que apresenta uma seção de setor radialmente interna (7), uma seção de setor radialmente externa (8) e elementos elásticos (9), que unem as duas seções de setor (7, 8) uma à outra.
25
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os elementos elasticamente flexíveis (6) estão fixados com a seção de setor radialmente interna (7) na carcaça e a seção de setor radialmente externa (8), no anel de mancal 10.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracteriza30 do pelo fato de que os elementos elásticos (9) que unem as duas seções de setor (7, 8) uma com a outra estão curvados em forma de S ou Z.
6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3
Petição 870170080451, de 20/10/2017, pág. 5/10 a 5, caracterizado pelo fato de que as duas seções de setor (7, 8) e os elementos elásticos (9) que unem as mesmas uma com a outra são produzidos de uma peça.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado 5 pelo fato de que a carcaça apresenta duas barras elásticas (20), nas quais são fixáveis a carcaça de mancal (14) ou o anel de mancal (10), sendo que as barras elásticas (20) estão dispostas em um plano comum, paralelo ao eixo de rotação do rotor, e estendem-se em direção ao eixo de rotação do rotor.
10 8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as barras elásticas (20) estão dispostas em um plano vertical e têm, em cada caso, no mesmo ponto pelo menos uma seção flexível (23) com rigidez menor, cuja rigidez é menor na direção horizontal do que na direção vertical.
15 9. Processo para medição dinâmica do desequilíbrio de um rotor disposto em uma carcaça (1) e girável com alta velocidade angular, sendo que o rotor está montado em uma carcaça de mancal (14) separada, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende os seguintes passos:
20 fixação da carcaça de mancal (14) na carcaça (1), sob intercalação de elementos elasticamente flexíveis (6), de tal modo que a carcaça de mancal (14) tem pelo menos dois graus de liberação para movimento em relação à carcaça (1) e o rotor está disposto na carcaça (1), em uma posição de trabalho apropriada para o acionamento,
25 aceleração do rotor para uma velocidade de trabalho substancialmente normal, medição das vibrações induzidas por desequilíbrio enquanto o rotor gira com uma velocidade de trabalho substancialmente normal, determinação da posição de fase das vibrações induzidas por
30 desequilíbrio, em relação à posição angular do rotor aos números de rotação de medição, nos quais são medidas as vibrações induzidas por desequilíbrio,
Petição 870170080451, de 20/10/2017, pág. 6/10 uso das vibrações induzidas por desequilíbrio medidas e da posição de fase, para determinar o desequilíbrio do rotor a ser compensado.
Petição 870170080451, de 20/10/2017, pág. 7/10
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