CN102183338A - 一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构 - Google Patents

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张西宁
温广瑞
吴婷婷
王树典
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Abstract

本发明公开了一种用于高转速情况下的注液式在线动平衡头结构，包括底盘，及与底盘相接的水槽盘，所述底盘中心设有突起注液孔，水槽盘设有与底盘注液孔相套接的中心孔，在水槽盘中心孔壁内侧设有三条周向分布的平行环形槽，水槽盘中心孔外侧设有三个均布的扇形储液腔，对应三个储液腔在水槽盘中心孔环形槽上分别设有与储液腔连通的出液孔；在储液腔外侧壁上设有放液孔。三个储液腔均采用内侧沿径向开口的设计结构，以增大平衡注液时窗，实现360°全周连续注液。该结构的平衡头结构简单，成本低，可通过小流量连续注液方式提高平衡精度和效率，实时矫正回转机械的不平衡量，降低机械振动，本发明适用于高转速情况下转子的在线动平衡。

Description

一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构
技术领域
本发明属于动平衡领域，涉及一种在线动平衡头的结构设计——一种用于高转速情况下的注液式在线动平衡头结构。该发明所涉及的在线动平衡头结构可连续注液，实现高转速情况下转子快速、精密平衡，解决高速回转体在运行过程中因不平衡产生的振动问题。
背景技术
动平衡技术作为一项回转机械的关键和基础性的技术，一直受到工业界和学术界的密切关注和重视。大量的统计数据表明转子的不平衡通常是引起回转机械振动的主要原因。不平衡会引起转子的挠曲和内应力，使机器振动加剧，加速轴承和轴封等零件的磨损，降低机器的工作效率，严重时会引起各种事故的发生；不平衡不仅是旋转机械主要的激振源，而且也是许多种自激振动的诱发因素，一旦平衡状况得以改善，其它一些故障现象也将随之消失。随着现代工业的迅猛发展，回转机械的转速日益提高。相应的回转机械转子的平衡技术，也日益成了影响国民经济各个支柱产业中设备正常运转的关键技术。
转子平衡从形式上主要分为两个方面：一是离线平衡，即利用平衡设备，主要指动平衡机对转子进行平衡测试与校正；一是现场平衡，主要应用于拆卸困难、运输不便的现场工况平衡。在线动平衡是现场平衡中的一种，通过实时测量回转机械的振动，根据测量的振动来确定不平衡量大小和相角位置，并且通过实时添加质量进行平衡校正，以期减小振动的一种装置或系统。本质上来讲在线动平衡是通过实时添加质量的方式，来取代停机后手工添加质量的方式实现线动平衡。平衡头就是实现在不停机状态下进行质量补偿的关键，因此，平衡头的结构设计是在线动平衡系统设计的关键。
现有的注液式在线动平衡的平衡头，采用端面注液方式。每转中的注液时间窗口较小，精确控制比较困难；随着平衡转速的升高，其注液时间窗越来越短，准确注液就变得越来越困难，从而导致无法在高转速情况下实施在线平衡。此外，已有的注液式平衡头储液腔较多，从而导致注液装置数量较多，其控制也较为复杂，影响平衡效率和质量。
发明内容
针对已有设计存在注液时窗小、断续注液难于精确控制的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构，该结构通过采用内侧径向注液方式，解决了高速下喷液飞溅问题；通过采用环形槽设计实现360°连续注液，解决了高转速情况下的连续注液和注液量的精确控制，实现了高转速情况下的在线动平衡。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构，包括底盘，及与底盘相接的水槽盘，其特征在于：所述底盘中心设有突起注液孔；所述水槽盘设有与底盘注液孔相套接的中心孔，在水槽盘中心孔壁内侧设有三条平行分布的环形槽，水槽盘中心孔外侧设有三个均布储液腔，对应三个储液腔在水槽盘中心孔环形槽上分别设有与储液腔连通的出液孔；在储液腔外侧壁上设有放液孔。
本发明的进一步特征在于：
所述储液腔腔体为为扇形，扇形角度为90°。
所述每条环形槽上分别设有一出液孔，出液孔与储液腔连通。
所述三个储液腔外侧壁分别设有放液孔，放液孔上设有螺栓。
所述底盘与水槽盘之间通过密封件密封，并通过螺栓紧固，形成仅通过底盘注液孔与水槽盘中心孔开口的储液腔。
本发明与现有平衡头相比具有以下特点：
1.从平衡头中心向外径向注液方式
三个储液腔均采用内侧沿径向开口的设计结构，增大了平衡注液时窗，实现从平衡头中心向外径向注液方式，降低了注液槽的回转线速度，避免了注液中的飞溅，可实现高转速下的在线注液动平衡。
2.内侧平行环槽注液口设计
采用水槽盘上内侧三个平行的环形槽设计及其环形槽上开注液口的设计，实现360°连续注液，消除了注液时间窗口的限制。实现了在高转速下可从任意时刻开始向平衡头连续注液，提高了平衡效率。
3.小流量喷液控制
由于消除注液时间窗口的限制，降低了喷液控制的难度，同时在平衡时间允许的情况下可采用小流量喷液，提高喷液控制的精度和平衡效果。
4.结构简单，成本低
与现有的各种在线动平衡头结构相比，本发明中平衡头结构简单，安装、调试更为简便。另外，特有的三腔储液结构，使得所需的注液装置数量达到最少，从而降低注液设备及其控制系统的成本。
该结构的平衡头结构简单，成本低，可通过小流量连续注液方式提高平衡精度和效率，实时矫正回转机械的不平衡量，降低机械振动，适用于高转速情况下转子的在线动平衡。
附图说明
图1是注液式在线动平衡系统的平衡头结构示意图；
图2是注液式在线动平衡系统的平衡头结构分解图；
图3是注液式在线动平衡系统的平衡头的水槽盘结构图；
图4是注液式在线动平衡系统的平衡头底盘结构图；
图5是平衡前振动频谱图；
图6是平衡后振动频谱图。
其中：201为水槽盘；202为底盘；301为储液腔；302为环形槽；303为出液孔；304为放液孔；305为注液孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，为本发明一种用于高转速情况下的注液式在线动平衡头结构示意图。
如图2所示，该用于高转速的注液式在线动平衡头结构，包括底盘202，及与底盘202相接的水槽盘201两部分。底盘202中心设有突起的注液孔305；所述水槽盘201设有与底盘注液孔305相套接的中心孔。
如图3所示，为发明一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构的水槽盘结构示意图。水槽盘201结构含有如图所示的中心孔，在水槽盘201中心孔壁内侧设有三条平行分布的环形槽302，水槽盘中心孔外侧设有三个均布储液腔301，储液腔301腔体为为扇形，扇形角度为90°。对应三个储液腔301在水槽盘201中心孔环形槽上分别设有与储液腔301连通的出液孔303，并且每条环形槽302上分别设有一个出液孔303，出液孔303并与储液腔301连通，可以实现360°连续注液。在三个储液腔301外侧壁上分别设有放液孔304，用于停机时释放液体；放液孔304上设有螺栓，平衡时用螺栓将其封闭保证液体无法从外侧漏出。
底盘202与水槽盘201之间通过密封件密封，并通过螺栓紧固，形成仅通过底盘202注液孔与水槽盘201中心孔开口的储液腔301。
如图4所示，为本发明一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构底盘结构示意图，底盘202用于和水槽盘201结合形成储液腔。
使用时，需要先在底盘202和水槽盘201之间加密封件，并通过螺栓紧固，形成仅内侧开口的储液腔。然后方可安装在电机轴上进行注液式在线动平衡。
如图5所示，为本发明一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构验证试验平衡前的频谱图。其工频振动幅值为4.54mm/s，相位为294.2°。
如图6所示，为本发明一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构验证试验平衡后的频谱图。其工频振动幅值为0.84mm/s，相位为323.2°。
对本发明进行试验验证，在线动平衡实验台由电机驱动，最高速度可达3000r/min，平衡头安装在电机轴上。被测工件为1个加重盘，加重方位角的最小间隔为15°，从电机驱动端向被测工件自由端看去，被测工件沿逆时针方向旋转。对上述的转子实施一次自动平衡。由于本发明消除了注液时间窗口的限制，降低了喷液控制的难度，因此在平衡时间允许的情况下可采用小流量喷液，提高喷液控制的精度和平衡效果。
平衡实验中的加重信息和平衡过程中测量到的振动工频信息如表所示。
表1平衡实验加重及振动信息
Figure BDA0000044307670000041
表1列出了转子一次自动平衡过程中的模拟不平衡、原始振动和平衡后振动的工频数据。附图中图5为平衡前振动频谱图，其工频幅值为4.54mm/s，相位为294.2°。图6为平衡后振动频谱图，其工频幅值为0.84mm/s，相位为323.2°。
从上述试验结果中可以看到，一次自动平衡后振动较原始振动有了较为明显的减小，失衡振动响应的幅值下降到了原始振动的18.5％。试验表明，本发明能够有效地对转子进行在线平衡。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构，包括底盘，及与底盘相接的水槽盘，其特征在于：所述底盘中心设有突起注液孔；所述水槽盘设有与底盘注液孔相套接的中心孔，在水槽盘中心孔壁内侧设有三条沿周向分布的平行环形槽，水槽盘中心孔外侧设有三个均布储液腔，对应三个储液腔在水槽盘中心孔环形槽上分别设有与储液腔连通的出液孔；在储液腔外侧壁上设有放液孔。
2.如权利要求1所述一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构，其特征在于：所述储液腔腔体为扇形，扇形角度为90°。
3.如权利要求1所述一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构，其特征在于：所述每条环形槽上分别设有一出液孔，出液孔与储液腔连通。
4.如权利要求1所述一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构，其特征在于：所述三个储液腔的外侧壁上分别设有放液孔，放液孔上设有螺栓。
5.如权利要求1所述一种用于高转速的注液式在线动平衡头结构，其特征在于：所述底盘与水槽盘之间通过密封件密封，并通过螺栓紧固，形成仅通过底盘注液孔与水槽盘中心孔开口的储液腔。
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