PL166459B1 - Urządzenie do eliminacji drgań I sH od niewyważenia maszyn wirnikowych - Google Patents

Abstract

1. Urządzenie do eliminacji drgań i sił od niewyważenia maszyn wirnikowych, w którym wirnik niewyważony umieszczony jest na podatnie podpartej ramie, zawierające co najmniej dwa wibratory inercyjne spełniające warunek, że suma ich momentów statycznych mas względem osi obrotu jest równa momentowi statycznemu mas wirnika względem jego osi obrotu, znamienne tym, że punkty obrotu wibratorów (5) i (6) usytuowane są poza osią obrotu wirnika (3) w ten sposób, że dla każdej ze współrzędnych obranego układu odniesienia o środku w środku obrotu wirnika (3), suma iloczynów momentów statycznych mas wszystkich wibratorów pomnożonych przez współrzędne ich punktu obrotu wynosi zero.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do eliminacji drgań i sił od niewyważenia maszyn wirnikowych, znajdujące zastosowanie w różnych gałęziach techniki dla ograniczenia szkodliwości niewyważenia wirników dużych i średnich maszyn obrotowych.

Maszyny wirnikowe niewyważone statycznie wzbudzane są siłami bezwładności do drgań, które oddziaływują szkodliwie na trwałość i dokładność działania tych maszyn. Pochodzące od niewyważenia siły przenoszone są na fundamenty, konstrukcje wsporcze i wzbudzają drgania urządzeń sąsiadujących i emisję hałasu. W przypadku gdy dostateczne wyważenia wirnika jest niemożliwe stosować można układy wibroizolacji pasywnej, wibroizolacji aktywnej lub tłumiki dynamiczne. Układy wibroizolacji pasywnej polegające na wprowadzenia pomiędzy maszynę i podłoże elementów podatnych zapewniających częstości drgań własnych układu odpowiednio niższe od częstości ruchu obrotowego wirnika pozwalają na znaczną redukcję sił przekazywanych na podłoże za cenę obniżenia sztywności statycznej układu. Prowadzi to do częstokroć niedopuszczalnych przemieszczeń maszyny pod wpływem wolnozmiennych obciążeń zewnętrznych jak na przykład zmian obciążenia roboczego, napięcia pasów pędnych oraz zmian obciążeń statycznych. Drgania maszyny nie ulegają przy tym zmniejszeniu lecz przeciwnie, ich amplitudy powiększają się.

Ponadto układy wibroizolacji pasywnej wprowadzają konieczność przekraczania częstości rezonansowych podczas rozruchu i wybiegu maszyny, co wiąże się z narastaniem amplitud drgań i sił do dużych wartości. Podobne cechy użytkowe posiadają układy typu semiaktywnego, to znaczy o regulowanych wartościach stałych sprężystości bądź tłumienia. Umożliwiają one jednak osłabienie narastania drgań i sił w zakresie okołorezonansowym. Równocześne ograniczenie drgań maszyny i sił przekazywanych na podłoże umożliwiają tłumiki dynamiczne i układy aktywne z masą dodatkową. Do wad tłumików dynamicznych należy zaliczyć wąski częstotliwościowy zakres ich działania oraz konieczność zachowania podatnego zawieszenia maszyny. Wad tych uniknąć można stosując układy aktywne, w których wytwarzane są siły kompensujące siły od niewyważenia, na drodze przyspieszenia dodatkowych mas tak zwanych reaktywnych za pomocą sterowanych siłowników. Szczególnie dogodnym rozwiązaniem jest w przypadku maszyn wirnikowych zastosowanie jako elementów aktywnych wibratorów inercyjnych z napędem elektromechanicznym, co stanowi zasadę wibrokompensacji. Ilość, rozkład przestrzenny i momenty statyczne niewyważenia tych wibratorów należy wówczas dobrać tak, by skompensować działanie siły od niewyważenia wirnika. Zadaniem układu sterowania jest wówczas zachowanie odpowiedniej prędkości kątowej i kąta fazowego wibratorów w stosunku do wirnika maszyny. Wymaga to możliwości pomiaru kąta obrotu wirnika i zastosowania odpowiedniego układu regulacji co nasuwa w prak166 459 tyce szereg trudności i podnosi koszt i zawodność układu. Wyeliminowanie tych niedogodności możliwe jest na drodze zbudowania układu, który samoczynnie dostosowuje kąt fazowy i prędkość kątową do wymaganych wartości. Układy takie znane pod nazwą eliminatorów synchronicznych działają najlepiej wówczas gdy oś obrotu wibratora pokrywa się z osią wirnika, co ze względów technicznych na ogół nie jest możliwe.

Przykładem rozwiązania eliminatora synchronicznego jest urządzenie przedstawione w polskim opisie patentowym nr 70238, w którym elementy toczne umieszczone swobodnie w bębnie wirującym z prędkością kątową wymuszenia ustawiają się samoczynnie w sposób prowadzący do tłumienia drgań mas związanych z bębnem. Układ taki w celu redukcji niewyważenia wirnika musi być usytuowany w osi wirnika, co częstokroć jest niewykonalne.

Istotą urządzenia według wynalazku jest to, że punkty obrotu wibratorów usytuowane są poza osią obrotu wirnika w ten sposób, że dla każdej ze współrzędnych obranego układu odniesienia o środku w środku obrotu wirnika, suma iloczynów momentów statycznych mas wszystkich wibratorów pomnożonych przez odpowiednie współrzędne ich punktu obrotu wynosi zero. Wibratory inercyjne połączone są w sposób sztywny, wszystkie lub w zespołach, tak, że kierunki wytwarzanych przez nie sił są równoległe względem siebie.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest wyeliminowanie wszelkich sił i momentów od niewyważenia statycznego działających na podłoże w stanie ustalonym. Ponadto w urządzeniu istnieje możliwość sztywnego podparcia maszyny na dwóch kierunkach, przykładowo w kierunku pionowym i obrotowym. Urządzenie można też dostosować do zmiennej wartości niewyważenia i częstotliwości roboczej maszyny.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony schematycznie w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w widoku od czoła, a fig. 2 - urządzenie w widoku z góry.

Na ruchomej ramie 1 zamocowanej do fundamentu za pomocą układu zawieszenia 2, umieszczony jest wirnik niewyważony 3 zaopatrzony we własny napęd 4. Równolegle do osi obrotu wirnika 3 i w odległości r i r2 od tej osi, na ramie 1 usytuowane są dwa wibratory inercyjne 5 i 6 wraz z napędami 7 i 8, połączonymi ze sobą w sposób sztywny za pośrednictwem wału elektrycznego 9, tak że kierunki wytwarzanych przez wibratory 5 i 6 sił są równoległe do siebie. Rozmieszczenie wibratorów inercyjnych 5 i 6 na ramie 1 uwarunkowane jest spełnieniem dwóch zależności, z których pierwsza oznacza, że suma momentów statycznych niewyważenia m1e1 i m2 e2 wibratorów 5 i 6 musi się równać momentowi statycznemu niewyważenia moeo wirnika 3.

mie₁ + m₂e₂ ⁼ moeo

Druga zależność oznacza, że punkty obrotu wibratorów 5 i 6 będące punktami przecięcia osi obrotu z p rostopadłą do niej płaszczyzną zawierającą środek masy, usytuowane są poęaooią o^brotu wirnika 3, w ten opoeób, że ^^ομϊ^ rówcość:

mieiri - πΐ2ε2Γ2 ⁼ 0

W warunkach ogólnych, rama 1 pnsectow^ne 2e2t w sposób umożliwiający ruch o jednym, dwóch lub trzech stopniach swobody w płaszczyźnie prostopadłej do osi wirnika, przy czym cz^stośc^r ^gnń jnłasn^g^c^^ całego nrcądyąma o^w rorisze od ra^stośc^j roⁿopzer w^rnkri.

Razmieszecenie^o warach ci moment ów stctyczyyoh niewywy^cen^łe zd^o ewniją npeta iyz^zc nasy^-waruntów:

a) Σ m,e, = m^

b) Σ rnieu = 0

c) Σ m,eiyi = 0 ^b) Σ m,eiZ, = 0 gdzie: monⁿ, m,e, a momenty statyczne niewyważenia odpowiednio wirnika maszyny i wibratorów, X,, y,, Zi - wipółtzędne punktów obrotu wibratorów w układzie współrzędnych kartezjańskich o środku w punkcik nton-eo wirnika3.

Pddedriawione nłz^ygoenie wykazuje dw zamoczynde^yo ^(dwich^ w^atcków w prąyeiw^rdziz °k n^ławywa^zodegowⁱrnika i tym samym jego kompensacji. Ilość wibratorów dobierać należy zajn-m^oją, ^zwalającą p^ ^g^st^zd^^l^c^ⁱ^ punku-^- mocowśoⁱa sta φ^η^ε wjzyst^dic^d

166 459 podanych zależności (a, b, c, d). W przypadku zmiennej wartości niewyważenia, należy dobrać dwa zespoły wibratorów, z których każdy spełnia zależności (b, c, d) zaś łącznie spełniające zależności (a), gdzie m0e0 oznacza wówczas maksymalną wartość niewyważenia wirnika. Zdolność kompensacji niewyważenia wzrasta istotnie, szczególnie dla maszyn o ramie wykonującej ruch obrotowy, w przypadku połączenia wibratorów wchodzących w skład zespołu w sposób zapewniający równoległy kierunek ich sił wymuszających, przykładowo za pomocą wału elektrycznego. Urządzenie może być zastosowane również do wirników o zmiennej w szerokich granicach prędkości obrotowej, jeśli do zasilania silników wibratorów zastosować układ regulacji prędkości obrotowej, dostosowujący ją do prędkości wirnika.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do eliminacji drgań i sił od niewyważenia maszyn wirnikowych, w którym wirnik niewyważony umieszczony jest na podatnie podpartej ramie, zawierające co najmniej dwa wibratory inercyjne spełniające warunek, że suma ich momentów statycznych mas względem osi obrotu jest równa momentowi statycznemu mas wirnika względem jego osi obrotu, znamienne tym, że punkty obrotu wibratorów (5) i (6) usytuowane są poza osią obrotu wirnika (3) w ten sposób, że dla każdej ze współrzędnych obranego układu odniesienia o środku w środku obrotu wirnika (3), suma iloczynów momentów statycznych mas wszystkich wibratorów pomnożonych przez współrzędne ich punktu obrotu wynosi zero.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wibratory inercyjne (5) i (6) połączone są w sposób sztywny wszystkie lub w zespołach tak, że kierunki wytwarzanych przez nie sił są równoległe względem siebie.