CN102106066A - 通过加热和骤冷校正低速摇摆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校正可转动轴中的低速摇摆的装置及方法。为了改变轴的敏感区域的电特性，在使轴转动的同时，将轴的敏感区域加热至预定温度。在对敏感区域进行加热的同时，将冷却液施加至与敏感区域相邻的轴的非敏感区域。将轴的敏感区域在预定温度下维持预定时间，以及，为了使轴的敏感区域冷却至室温，在预定时间之后，立即用冷却液使轴的敏感区域骤冷。

Description

通过加热和骤冷校正低速摇摆的方法

本申请要求以在2008年7月31日提交的美国临时申请序号为61/085,041的申请为优先权，该申请披露的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及校正转动设备中的低速摇摆(slow roll)，特别地涉及通过加热和骤冷校正低速摇摆的装置及方法。

背景技术

许多制造应用中使用转动设备。转动设备中的过大摆动是主要问题，并且会引起生产损失而导致制造企业减少收益。为了保证在由电机使其转动时转动的电机轴不会过大摆动，轴的低速摇摆必须低于一定限度。轴的低速摇摆是在以大大低于轴的典型运转速度使轴转动时轴的摆动。例如，典型地通过在大约250至300转/分钟(rpm)下测量轴的摆动来确定轴的低速摇摆。低速摇摆典型地在最终平衡运转期间在平衡中进行检查。

低速摇摆典型地使用涡流探头进行测量，涡流探头通常称为“接近探头(proximity probes)”。接近探头基于磁场中敏感变化的原理工作。在低速摇摆测量期间，由于加工误差所致的机械瑕疵、或者由于轴材料的非均匀电特性，在轴的某些区域磁场可能改变。这会导致较高的低速摇摆读数。如果较高的低速摇摆得不到校正，可能需要将轴报废。机械瑕疵，诸如卵形支承轴颈，可以利用千分表进行检测，并且，可以通过对轴进行再加工来校正机械瑕疵。然而，如果用千分表测得的机械偏心(run out)相当小(例如，小于0.1密耳)，而低速摇摆读数仍然较高，则低速摇摆问题实际上与电有关。据此，期望一种对由于轴的电特性所致的低速摇摆进行校正的方法。

发明内容

本发明涉及校正由于轴的电特性所致的低速摇摆。由于轴中电特性所致的低速摇摆通常这样进行校正，通过对轴的接近探头敏感区域进行加热，然后移开热源，让轴在空气中冷却。然而，本发明人确定：这种方法经常不能校正低速摇摆问题，而必须将轴报废。本发明的实施例提供一种用于校正低速摇摆的方法及装置，其中，对轴的敏感区域进行加热，然后，立即用冷却液使其骤冷，以便快速降低轴的温度。

在本发明的一种实施例中，在使轴转动的同时将轴的敏感区域加热至预定温度，以改变轴的敏感区域的电特性。在对敏感区域进行加热的同时，可以将冷却液施加至与敏感区域相邻的轴的非敏感区域。将轴的敏感区域在预定温度下维持预定时间。为了将轴的敏感区域冷却至室温，在预定时间之后，立即用冷却液使轴的敏感区域骤冷。

参照下文的详细描述以及附图，对本领域普通技术人员而言，本发明的这些以及其它的优点将更为明了。

附图说明

图1示出用于测量转动体低速摇摆的装置；

图2示出用于检查轴的机械偏心的装置；

图3示出根据本发明实施例的用于校正由于轴的电特性所致低速摇摆的装置；以及

图4是示出根据本发明实施例校正低速摇摆的方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及校正转动设备中的低速摇摆。图1示出用于测量转动体低速摇摆的装置100。如图1所示，转动体102以可转动方式支撑在支架104和支架106上。转动控制器108对转动体102的转动进行控制。转动控制器108可以包括物理方式使转动体102转动的电机、以及对转动体102转动速度进行控制的控制器。转动体102包括轴110和可能有的电芯(未示出)。应当理解，转动体102可以是用于任何类型装置的转动体，而且可能没有电芯。例如，泵转动体可能具有轴和叶轮。本发明并不局限于任何特定类型的转动体。转动控制器108可以(经由转动体102)使轴110以预定速度或者在预定范围内转动，以便对低速摇摆进行测量。例如，转动控制器108可以使轴以大约250至300转/分钟(rpm)转动，以便对低速摇摆进行测量。

轴包括敏感区域112和敏感区域114，以及，将接近探头116和接近探头118安置成分别与敏感区域112和敏感区域114相邻。接近探头116和接近探头118在轴110的各自敏感区域112和敏感区域114处测量轴110的低速摇摆。接近探头116和接近探头118的布置(location)在装置100中可以固定，以及，轴110上敏感区域112和敏感区域114的位置分别与接近探头116和接近探头118的布置相对应。接近探头116和接近探头118可以利用涡流探头实现，涡流探头监测在轴110的各自敏感区域112和敏感区域114中磁场方面的变化。通过在使轴110转动时测量在敏感区域112和敏感区域114处磁场方面的变化，接近探头116和接近探头118测量低速摇摆。接近探头116和接近探头118输出低速摇摆读数。例如，接近探头116和接近探头118可以将包括低速摇摆读数的信号传输至计算机120，用户在计算机120处可以监测低速摇摆读数。

在低速摇摆检查期间，由于因加工误差所导致的机械瑕疵(例如，具有卵形支承轴颈)，或者，由于轴材料的非均匀电特性，轴的磁场可能变化，导致较高的低速摇摆值。通过检查机械偏心，可以识别轴的机械瑕疵。

图2示出用于检查轴的机械偏心的装置200。如图2所示，用车床204支撑转动体202。尽管图2示出适合于以可转动方式支撑转动体202的车床204，但本发明并不局限于此。例如，其他机床也适合于支撑转动体202，诸如：镗床、扩孔床(broadening machine)、刨床、磨床、铣床、钻床、牛头刨床、攻丝机(tapping machine)、以及车螺纹机(threading machine)。图2所示转动体202与图1所示转动体102相似，并且类似地包括轴210。轴210包括敏感区域212，敏感区域212是对轴210进行轴摆动和低速摇摆检查所用的区域。为了测量在轴210的敏感区域212处的机械偏心，将千分表220安置成与轴210的敏感区域212相邻。具体而言，在使轴210转动时，千分表220测量接近探头与轴210的敏感区域212之间距离的变化。

当通过千分表220测出的机械偏心大于门限值(例如，0.1密耳)时，可以认定轴210中的机械瑕疵。通过对轴进行再加工，可以校正这种机械瑕疵。如果机械偏心小于门限值，而低速摇摆仍然较高，那么，低速摇摆问题实际上与电有关。

图3示出根据本发明实施例的装置300，用于对由于轴的电特性所致的低速摇摆进行校正。如图3所示，用车床304以可转动方式支撑转动体302。尽管图3示出适合于可转动方式支撑转动体302的车床304，但本发明并不局限于此。例如，其他机床也可以适合于支撑转动体302，诸如：镗床、扩孔床、刨床、磨床、铣床、钻床、牛头刨床、攻丝机、以及车螺纹机。转动体302包括具有敏感区域312的轴310，敏感区域312与接近探头(未示出)的位置相对应。加热元件320对轴320的敏感区域312进行加热。如图3所示，加热元件320可以使用与气源相连接的气炬实现，但本发明并不局限于此。车床304可以适合于在轴310的敏感区域312两侧提供支撑306和支撑308。第一冷却元件322a和322b可以向与轴310的敏感区域312相邻的非敏感区域314和非敏感区域316提供冷却液。具体而言，在加热元件320对敏感区域312进行加热的同时，第一冷却元件322a和322b可以向非敏感区域314和非敏感区域316提供冷却液，使得只有敏感区域320被加热元件加热。第二冷却元件324可以向轴310的敏感区域312提供冷却液。根据本发明的实施例，为了使轴310的敏感区域312快速降至室温，在加热元件320对敏感区域312施加热之后，第二冷却元件324可以立即用冷却液使轴的敏感区域312骤冷。在加热元件320对轴310的敏感区域312进行加热的同时，使轴310转动，以及，为了避免轴310弯曲，在第二冷却元件324用冷却液使敏感区域312骤冷的同时，也必须使轴310连续转动。经由第一冷却元件322a和322b以及第二冷却元件324提供的冷却液可以是液体冷却液，诸如：水、乙二醇基液体、油基液体、硅基液体、合成芳族液体等等。

尽管如图3所示，第一冷却元件322a和322b以及第二冷却元件324实现为用于向轴310表面提供冷却液的独立的冷却元件，但本发明并不局限于此。根据可选实施例，当对敏感区域进行加热时，单个冷却元件可能适合于向轴的非敏感区域提供冷却液，并且适合于在加热元件完成向敏感区域施加热之后立即用冷却液使敏感区域骤冷。例如，冷却元件或冷却元件的一部分可以是活动的，以便使冷却液从非敏感区域改变方向至敏感区域。

图4示出根据本发明实施例校正低速摇摆的方法。如图4所示，在步骤402，检查轴的低速摇摆。如上所述，通过在轴的至少一个敏感区域使用接近探头测量低速摇摆，可以对轴的低速摇摆进行检查。在步骤404，判断低速摇摆是否高。例如，如果低速摇摆大于门限值，则判定低速摇摆为高。如果低速摇摆为高，本方法行进至步骤406。如果低速摇摆不高，本方法结束。

在步骤406，对轴的机械偏心进行测量。如上所述，轴的机械偏心可以利用千分表进行测量。在步骤408，判断机械偏心是否大于门限值。例如，门限值可以为0.1密耳。在步骤408，如果机械偏心大于该门限值，则在轴中存在机械瑕疵，且本方法行进至步骤410。在步骤410，对轴进行再加工，以便校正机械偏心。例如，利用磨床或其它周知机床，可以对轴进行再加工。在对轴进行再加工之后，本方法回到步骤402，以便再次检查低速摇摆。如果低速摇摆较高，以及，在步骤408，机械偏心不大于门限值，则低速摇摆问题是由于轴的电特性所致，并且，本方法行进至步骤412。

在步骤412，将轴支撑在车床上的顶尖之间。例如，如图3所示，用车床304可转动方式支撑轴310。在步骤414，在使轴转动的同时，将轴的敏感区域加热至预定温度或温度范围。可以将轴加热至预定温度，此预定温度高到足以改变轴的电特性，但又低于临界温度，因而，轴的机械特性诸如硬度、微观结构等等都不会改变。例如，根据一种有利实现，轴可以加热至大约800至850华氏温度。在对轴进行加热的同时，可以使轴以大约20至30转/分钟转动。如图3所示，在车床304上使轴310转动的同时，使用加热元件320对轴310的敏感区域312进行加热。回到图4，在步骤416，用冷却液不断地冷却与敏感区域相邻的非敏感区域。例如，如图3所示，在加热元件320对轴310的敏感区域312进行加热的同时，第一冷却元件322a和322b向轴310的非敏感区域314和非敏感区域316提供冷却液。回到图4，在步骤418，使轴的敏感区域在预定加热温度下维持预定时间。例如，根据本发明的一种有利实施例，可以使轴的敏感区域在该温度(例如，800至850华氏温度)下维持10至12分钟。

在步骤420，在使轴的敏感区域在加热的温度下保持预定时间之后，立即用冷却液使轴的敏感区域骤冷。为了使轴的敏感区域快速降至室温，可以立即用冷却液冲洗轴的敏感区域。与使敏感区域在空气中冷却相比，本发明方法使轴的敏感区域明显更快速地冷却。在对敏感区域进行冷却时，为了避免轴弯曲，在用冷却液使轴的敏感区域骤冷的同时，使轴连续转动。如图3所示，在加热元件320停止向轴310的敏感区域施加热之后，第二冷却元件324立即用冷却液使轴310的敏感区域312骤冷。

回到图4，在步骤422，对轴的敏感区域进行加工，以便除去火刺(burnmark)及任何机械偏心。例如，如图3所示，可以用磨床对轴310的敏感区域312进行加工，以便除去火刺及任何机械偏心。在对敏感区域进行加工之后，图4所示方法回到步骤402，以便再次检查低速摇摆。如果低速摇摆仍然为高，可以重复本方法。根据本发明的实施例，当重复本方法时，可以将轴加热至比先前加热更高的温度。

上述具体描述在各方面都应当理解为说明性及示例性的而非限制性的，以及，在此披露的本发明不应当根据上述具体描述来确定，而是应当根据如由专利法所允许的完全范围进行阐述的权利要求书来确定。应当理解，这里示出并描述的实施例仅仅是本发明原理的说明，以及，本领域技术人员可以实现多种修改，而不偏离本发明的精神和范围。本领域技术人员可以实现多种其他特征的组合而不脱离本发明的精神和范围。所有这些改动均在本发明权利要求范围内。

Claims (24)

1.一种用于校正可转动轴中的低速摇摆的方法，包括：

在使所述轴转动的同时，将所述轴的敏感区域加热至预定温度，以改变所述轴的敏感区域的电特性；

将所述轴的敏感区域在所述预定温度下维持预定时间；以及

在将所述轴的敏感区域在所述预定温度下维持预定时间的上述步骤之后，立即用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轴的敏感区域的位置与适合于在所述轴的敏感区域处测量低速摇摆的接近探头的布置相对应。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在对所述轴的敏感区域进行加热的同时，通过向与所述轴的敏感区域相邻的所述轴的非敏感区域提供冷却液，使所述轴的非敏感区域冷却。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷之后，对所述轴的敏感区域进行加工。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在将所述轴的敏感区域在所述预定温度下维持预定时间之后立即用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷的上述步骤包括：

用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷，以使所述轴的敏感区域达到室温。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在使所述轴转动的同时将所述轴的敏感区域加热至预定温度、以改变所述轴的敏感区域的电特性的上述步骤包括：

将所述轴的敏感区域加热至比临界温度低的预定温度，在所述临界温度处所述轴的物理特性改变。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷的同时，使所述轴转动。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定温度在800至850华氏温度的范围内。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定时间在10至12分钟的范围内。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述加热步骤之前，将所述轴以可转动方式支撑在车床上。

11.一种用于校正可转动轴中的低速摇摆的装置，包括：

用于将所述轴的敏感区域加热至预定温度以改变所述轴的敏感区域的电特性的装置；

用于在对所述轴的敏感区域进行加热的同时使所述轴转动的装置；

用于将所述轴的敏感区域在所述预定温度下维持预定时间的装置；以及

用于在所述预定时间之后立即用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷的装置。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述轴的敏感区域的位置与适合于在所述轴的敏感区域处测量低速摇摆的接近探头的布置相对应。

13.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：

用于在对所述轴的敏感区域进行加热的同时通过向与所述轴的敏感区域相邻的所述轴的非敏感区域提供冷却液使所述轴的非敏感区域冷却的装置。

14.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：

用于在用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷之后对所述轴的敏感区域进行加工的装置。

15.根据权利要求11所述的装置，其中，用于在使所述轴转动的同时将所述轴的敏感区域加热至预定温度以改变所述轴的敏感区域的电特性的上述装置包括：

用于将所述轴的敏感区域加热至比临界温度低的预定温度的装置，在所述临界温度处所述轴的物理特性改变。

16.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：

用于在用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷的同时使所述轴转动的装置。

17.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：

用于以可转动方式支撑所述轴的装置。

18.一种用于校正可转动轴中低速摇摆的装置，包括：

加热元件，适合于向轴的敏感区域施加热以将所述轴的敏感区域加热至预定温度，并且将所述轴的敏感区域在所述预定温度下维持预定时间；以及

冷却元件，适合于在将所述轴的敏感区域在所述预定温度下维持所述预定时间之后立即用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷。

19.根据权利要求18所述的装置，进一步包括：

第二冷却元件，适合于在由加热元件对所述轴的敏感区域进行加热的同时向所述轴的非敏感区域提供冷却液。

20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述冷却元件进一步适合于在由所述加热元件对所述轴的敏感区域进行加热的同时向所述轴的非敏感区域提供冷却液。

21.根据权利要求18所述的装置，进一步包括：

车床，适合于以可转动方式支撑所述轴。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，在由所述加热元件对所述轴的敏感区域进行加热、以及由所述冷却元件用冷却液使所述轴的敏感区域骤冷时，所述车床适合于使所述轴转动。

23.根据权利要求18所述的装置，其中，所述轴的敏感区域的位置与适合于在所述轴的敏感区域处测量低速摇摆的接近探头的布置相对应。

24.根据权利要求18所述的装置，其中，所述加热元件包括气炬。

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