RU2231764C1

RU2231764C1 - Rotor automatic balancer

Info

Publication number: RU2231764C1
Application number: RU2002131090/28A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин (RU); В.М. Козин
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention is designed for balancing rotating members of machines and mechanisms. Proposed automatic balancer contains balancing chamber installed on supports and filled with solidifiable materials. Used as said material are low-melting materials capable of repeatedly changing its aggregative state. Solidifiable materials plays part of balancing mass. Balancing chamber is partially filled with solidifiable material and it is made in form of hollow cylinder located inside rotor. Radial groove is made on outer surface of chamber. Two semirings are fitted in radial groove. Semirings made of magnetized ferromagnetic alloy are capable of moving radially under action of centrifugal forces, arising at vibration caused by rotor unbalance at its rotation, through distance sufficient for contact with protective case preliminarily installed around chamber and return into initial position at disappearing of centrifugal forces caused by vibration owing to magnetic field of semirings. Balancing chamber and case are made of nonmagnetic material.

EFFECT: improved reliability of device used at different operating conditions of rotation systems.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматического уравновешивания вращающихся элементов машин и механизмов.The invention relates to mechanical engineering and can be used to automatically balance the rotating elements of machines and mechanisms.

Известно устройство для автоматической балансировки роторов (1. В.М. Козин, Г.Д. Шекун. Патент РФ и RU 2189021 С1, 10.09.2002), содержащее устанавливаемую на подшипниковых опорах балансировочную камеру, заполненную отвердевающей жидкостью, при этом 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. Отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, а балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично.A device is known for automatic balancing of rotors (1. V.M. Kozin, GD Shekun. Patent of the Russian Federation and RU 2189021 C1, 09/10/2002), comprising a balancing chamber mounted on bearing supports filled with a curing fluid, while the balancing chamber is carried out in the form of a hollow cylinder located inside the rotor. Piezoelectric elements are installed in the nests of the bearing bearings, which are closed by current conductors to an electric heating coil located on the inner walls of the balancing chamber, and fusible substances with the ability to repeatedly change their state of aggregation are used as hardening material. The hardening material functions as a balancing mass, and the balancing chamber is partially filled with the hardening material.

Недостатком решения является сложность и ненадежность устройства в эксплуатации.The disadvantage of this solution is the complexity and unreliability of the device in operation.

Задача заявляемого изобретения состоит в упрощении конструкции балансировочного устройства.The task of the invention is to simplify the design of the balancing device.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении надежности устройства при его использовании на различных режимах эксплуатации ротативных систем.The technical result achieved by solving the problem is to increase the reliability of the device when it is used in various operating modes of rotational systems.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные признаки.Restrictive signs.

Устройство для автоматической балансировки роторов содержит устанавливаемую на опорах балансировочную камеру, заполненную отвердевающим материалом, в качестве которого используют легкоплавкие вещества, обладающие способностью неоднократно изменять свое агрегатное состояние, причем отвердевающий материал выполняет функцию уравновешивающей массы, балансировочную камеру заполняют отвердевающим материалом частично и выполняют ее в виде полого цилиндра, расположенного внутри ротора.A device for automatic balancing of rotors contains a balancing chamber mounted on supports filled with hardening material, which is used as fusible materials, which are able to repeatedly change its state of aggregation, moreover, the hardening material acts as a balancing mass, the balancing chamber is partially filled with hardening material and is made in the form hollow cylinder located inside the rotor.

Отличительные признаки.Features.

На наружной поверхности камеры выполняют радиальную канавку, в которой размещают два полукольца, изготовленных из намагниченного ферромагнитного сплава и способных перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации, вызванной дисбалансом ротора при его вращении, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил, вызванных вибрацией за счет магнитного поля полуколец, при этом балансировочную камеру и кожух выполняют из немагнитного материала.On the outer surface of the chamber, a radial groove is made, in which two half rings are placed, made of magnetized ferromagnetic alloy and able to move in the radial direction due to centrifugal forces arising from vibration caused by the imbalance of the rotor during its rotation, to a distance sufficient for contact with pre mounted around the camera casing, and return to its original position after the termination of the centrifugal forces caused by vibration due to the magnetic field olet, while the balancing chamber and the casing are made of non-magnetic material.

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 системы при рабочей частоте вращения ротора.It is known (2. Shekun GD RF Patent No. 2118805) that a substance in a fluid state and partially filling the balancing chamber when the rotor speed changes due to inertial forces flows into the chamber cavity farthest from the axis of rotation, occupying such an angular and radial position , which is spatially opposite to the unbalanced (excess) mass, i.e. The “heavy” part of the rotational system. Thus, having the property of initial fluidity, the substance (balancing mass) is concentrated on the side of the “light” part of the rotational system. Using this effect can significantly reduce the gradient of oppositely directed dynamic forces. The use of substances having the property of hardening with simultaneous setting with the walls of the chamber eliminates the subsequent overflow of the balancing mass, which helps to stabilize the dynamic system at the operating rotational speed of the rotor.

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.If it becomes necessary to balance the rotor during its operation, thermal energy is supplied to the hardened substance. In this case, the substance, possessing the property of changing its state of aggregation, assumes the fluid state again and the process of automatic balancing of the rotational system resumes.

Поскольку нарушение сбалансированности ротативной системы неизбежно приводит к возникновению вибрации ротора при его вращении и появлению вследствие этого дополнительных к основным (при отсутствии вибрации) центробежных сил, то появляется возможность использовать это явление для получения источника тепловой энергии за счет “включения” в работу предлагаемого устройства. При этом устройство будет “включаться” автоматически, т.к. его конструкция и принцип действия заключается в следующем. Два намагниченных полукольца, расположенных в радиальной канавке балансировочной камеры, при отсутствии вращения ротора или при его сбалансированности при вращении за счет сил магнитного поля плотно прижаты друг к другу по торцам и к внутренней поверхности канавки. При наступлении дисбаланса ротора за счет его вибрации и возникновении дополнительных центробежных сил, превышающих силы магнитного поля, удерживающих полукольца при отсутствии дисбаланса, они начнут перемещаться в радиальном направлении до тех пор, пока не начнут контактировать с предварительно установленным вокруг камеры защитным (не вращающимся) кожухом. Возникший контакт неизбежно приведет к появлению сил трения между полукольцами и кожухом, их разогреву и, как следствие, расплаву легкоплавкого вещества в балансировочной камере. По мере уменьшения дисбаланса силы трения начнут также уменьшаться, т.к. за счет магнитного поля полукольца начнут возвращаться в исходное положение. При полном уравновешивании ротативной системы вибрация и источник тепла исчезнут, а материал уравновешивающей массы затвердеет. Меняя степень намагниченности полуколец, можно изменять степень чувствительности устройства к величине дисбаланса на различных режимах вращения ротора.Since the imbalance of the rotational system inevitably leads to the vibration of the rotor during its rotation and the appearance of additional centrifugal forces in addition to the main (in the absence of vibration), it becomes possible to use this phenomenon to obtain a source of thermal energy due to the "inclusion" in the operation of the proposed device. In this case, the device will “turn on” automatically, as its design and principle of operation is as follows. Two magnetized half rings located in the radial groove of the balancing chamber, in the absence of rotation of the rotor or when it is balanced when rotating due to magnetic forces, are tightly pressed to each other at the ends and to the inner surface of the groove. When the rotor becomes unbalanced due to its vibration and additional centrifugal forces occur, exceeding the magnetic field strength, holding the half rings in the absence of unbalance, they will begin to move in the radial direction until they begin to come in contact with a protective (non-rotating) casing pre-installed around the camera . The contact that has arisen will inevitably lead to the appearance of friction forces between the half rings and the casing, their heating and, as a result, the melt of the low-melting substance in the balancing chamber. As the imbalance decreases, the friction forces also begin to decrease, because due to the magnetic field, the half rings will begin to return to their original position. When the rotational system is fully balanced, the vibration and heat source will disappear, and the material of the balancing mass will harden. Changing the degree of magnetization of the half rings, you can change the degree of sensitivity of the device to the magnitude of the imbalance in different modes of rotation of the rotor.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

На наружной поверхности балансировочной камеры, размещенной в кожухе и частично заполненной легкоплавким материалом, например сплавом Вуда, выполняют радиальную канавку, в которой размещают два полукольца, изготовленных из намагниченного ферромагнитного сплава. Кольца крепятся в канавке таким образом, чтобы они имели возможность свободно перемещаться относительно камеры только в радиальном направлении. Для этого в них выполняют соответствующие отверстия, через которые устанавливают ограничивающие их перемещения шпильки. Расстояния, на которые могут перемещаться полукольца, должны быть достаточными для возникновения контакта с невращающимся защитным кожухом камеры. Полукольца намагничивают так и изготавливают такими размерами, чтобы в исходном состоянии, т.е. при отсутствии вращения или дисбаланса ротора, они были плотно прижаты друг к другу по своим торцам и к внутренней поверхности канавки за счет сил магнитного поля. Балансировочную камеру и кожух для исключения их влияния на перемещения полуколец выполняют из немагнитного материала, например из цветного металла.On the outer surface of the balancing chamber, located in the casing and partially filled with fusible material, for example, Wood's alloy, a radial groove is made in which two half rings made of magnetized ferromagnetic alloy are placed. The rings are mounted in the groove so that they are able to move freely relative to the camera only in the radial direction. To do this, they perform the corresponding holes through which the studs restricting their movement are installed. The distances over which the half rings can move must be sufficient to cause contact with the camera's non-rotating protective casing. Semicircles are magnetized and made in such sizes that in the initial state, i.e. in the absence of rotation or imbalance of the rotor, they were tightly pressed against each other at their ends and to the inner surface of the groove due to the forces of the magnetic field. The balancing chamber and the casing to eliminate their influence on the movement of the half rings are made of non-magnetic material, for example non-ferrous metal.

При вращении несбалансированного ротора за счет дополнительных центробежных сил кольца начнут перемещаться в радиальном направлении до возникновения контакта с защитным (неподвижным) кожухом.When the unbalanced rotor rotates due to additional centrifugal forces, the rings will begin to move in the radial direction until contact with the protective (fixed) casing occurs.

Возникшие силы трения разогреют кольца, а через них расплавят материал уравновешивающей массы. При вращении ротора с закритической частотой расплавленный материал, выполняющий функцию уравновешивающей массы, примет оптимальное расположение внутри балансировочной камеры и обеспечит сбалансированность системы. После наступления момента сбалансированности вибрация ротора и дополнительные центробежные силы исчезнут. Частоту вращения ротора снижают и полукольца за счет магнитных сил вернутся в исходное положение, что остановит приток тепловой энергии. За счет естественного рассеивания энергии (температура окружающего воздуха должна быть ниже температуры плавления вещества) температура уравновешивающей массы понизится и она затвердеет, что зафиксирует сбалансированность системы.The arising frictional forces will warm the rings, and through them the material of the balancing mass will melt. When the rotor rotates with a supercritical frequency, the molten material, which acts as a balancing mass, will take the optimal location inside the balancing chamber and ensure the balance of the system. After the moment of balance, the vibration of the rotor and additional centrifugal forces disappear. The rotor speed is reduced and the half rings due to magnetic forces will return to their original position, which will stop the flow of thermal energy. Due to the natural dissipation of energy (the ambient temperature should be lower than the melting point of the substance), the temperature of the balancing mass will decrease and it will harden, which will fix the balance of the system.

При последующих возникновениях дисбалансов ротора во время его эксплуатации уравновешивание произойдет автоматически по вышеизложенной схеме.With subsequent occurrence of rotor imbalances during its operation, balancing will occur automatically according to the above scheme.

Изобретение поясняется чертежом, где показан пример его реализации.The invention is illustrated in the drawing, which shows an example of its implementation.

На наружной поверхности 1 балансировочной камеры 2, размещенной в кожухе 3, в канавке 4 размещают полукольца 5. Для обеспечения перемещения колец в радиальном направлении относительно ротора 6 в них выполняют отверстия 7 и устанавливают шпильки 8. В исходном положении (позиция I) полукольца 5 прижаты друг к другу по торцам 9 и к внутренней поверхности 10. При вращении со скоростью ω и несбалансированности ротора 6 (позиция II) полукольца 5 будут перемещаться, контактировать с кожухом 3, вызывая этим появление силы трения F_тр. Выделение тепла расплавит уравновешивающую массу 11, которая при скорости вращения ω примет из положения 12 оптимальное положение 13.On the outer surface 1 of the balancing chamber 2, located in the casing 3, in the groove 4 are placed half rings 5. To ensure the movement of the rings in the radial direction relative to the rotor 6, holes 7 are made in them and the studs 8 are installed. In the initial position (position I), the half rings 5 are pressed to each other at the ends 9 and to the inner surface 10. When rotating at a speed ω and the rotor 6 is unbalanced (position II), the half rings 5 will move, contact with the casing 3, thereby causing the appearance of friction force F _tr . The heat generation will melt the balancing mass 11, which at a speed of rotation ω will take the optimal position 13 from position 12.

Claims

A device for automatic balancing of rotors containing a balancing chamber mounted on supports filled with hardening material, which is used as fusible materials, which are able to repeatedly change their state of aggregation, moreover, the hardening material acts as a balancing mass, the balancing chamber is partially filled with hardening material and is carried out in the form of a hollow cylinder located inside the rotor, characterized in that on the outer surface Amers perform a radial groove in which two half rings are placed, made of magnetized ferromagnetic alloy and able to move in the radial direction due to centrifugal forces arising from the vibration caused by the imbalance of the rotor during its rotation, a distance sufficient for it to come into contact with a preset around the camera protective cover, and return to its original position after the termination of the centrifugal forces caused by vibration, due to the magnetic field of the half rings, while the alancing chamber and the casing are made of non-magnetic material.