RU2231766C1

RU2231766C1 - Rotor automatic balancer

Info

Publication number: RU2231766C1
Application number: RU2002131120/28A
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 support and filled with solidifiable material. Used as said material are low-melting materials capable of repeatedly changing their aggregative state. Solidifiable material 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. Bimetallic plates are installed on supports of balancing chamber by means of brackets. Cover plates made of material with high friction coefficient are fitted on ends of bimetallic plates through gaskets made of heat insulating material. Height of bracket is chosen to provide contact of cover plates with end face wall of chamber at temperature deformation of plates caused by additional heating of supports at vibration of rotor.

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, содержащее 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 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 in the form of a hollow cylinder located inside the rotor.

Отличительные признаки:Features:

На опорах балансировочной камеры при помощи кронштейнов устанавливают биметаллические пластины, на концах которых через прокладки из теплоизоляционного материала крепят накладки из материала с большим коэффициентом трения, при этом высоту кронштейна выбирают такой, чтобы при температурных деформациях пластин от дополнительного разогрева опор при вибрации ротора накладки касались торцевой стенки камеры.Bimetallic plates are mounted on the supports of the balancing chamber using brackets, at the ends of which plates from a material with a high friction coefficient are mounted through gaskets made of heat-insulating material, and the height of the bracket is chosen so that, when the plates are heated by thermal deformation, the supports touch the end the walls of the chamber.

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 under the action of inertial forces, flows into the chamber cavity farthest from the axis of rotation, occupying such an angular and radial a position that is spatially opposite to an 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 и дополнительному разогреву вследствие этого его опор, 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. На опорах балансировочной камеры устанавливают биметаллические пластины. При возникновении дисбаланса ротора возникнет вибрация и дополнительный к основному (от вращения сбалансированного ротора) разогрев опор. В свою очередь это приведет к таким деформациям пластин, что благодаря изменению их формы они станут касаться торцевой стенки камеры.Since the imbalance of the rotational system inevitably leads to vibration of the rotor and additional heating of its supports as a result of this, it becomes possible to use this phenomenon to obtain a source of thermal energy due to “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. Bimetallic plates are mounted on the supports of the balancing chamber. When an imbalance of the rotor occurs, vibration will occur and heating of the supports additional to the main (from the rotation of the balanced rotor). In turn, this will lead to such deformations of the plates that, due to a change in their shape, they will touch the end wall of the chamber.

Возникший контакт неизбежно приведет к появлению сил трения между пластинами и камерой, их разогреву и, как следствие, расплаву легкоплавкого вещества в балансировочной камере. По мере уменьшения дисбаланса силы трения начнут также уменьшаться, т.к. уменьшится степень разогрева опор и пластины начнут возвращаться в исходное положение. При полном уравновешивании ротативной системы вибрация и источник тепла исчезнут, а материал уравновешивающей массы затвердеет.The contact that has arisen will inevitably lead to the appearance of friction forces between the plates and the chamber, 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 the degree of support heating decreases and the plates 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.

Меняя величину температурных деформаций пластин за счет изменения их конструкции, можно изменять степень чувствительности устройства к величине дисбаланса на различных режимах вращения ротора.Changing the magnitude of the temperature deformations of the plates due to changes in their design, you can change the degree of sensitivity of the device to the magnitude of the imbalance in various modes of rotation of the rotor.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

На опорах балансировочной камеры при помощи кронштейнов, изготовленных из теплопроводящего материала, устанавливают биметаллические пластины. На их концах крепят вначале прокладки из теплоизоляционного материала, а уже к ним тормозные колодки, т.е. накладки из материала с большим коэффициентом трения. Высоту кронштейна выбирают такой, чтобы при температурных деформациях пластин от дополнительного разогрева опор при вибрации ротора накладки касались торцевой стенки камеры.Bimetallic plates are mounted on the supports of the balancing chamber using brackets made of heat-conducting material. First, gaskets made of heat-insulating material are fixed at their ends, and brake pads, i.e. lining made of a material with a high coefficient of friction. The height of the bracket is chosen so that when the temperature deformations of the plates from additional heating of the supports during vibration of the rotor of the lining touched the end wall of the chamber.

При вращении сбалансированного ротора будет происходить основной разогрев опор камеры. Пластинки сдеформируются, но контакта между накладками и торцевой стенкой не должно возникать. Этого достигают соответствующим выбором высоты кронштейнов.When the balanced rotor rotates, the main support of the camera supports will occur. The plates are deformed, but contact between the plates and the end wall should not occur. This is achieved by appropriate selection of the height of the brackets.

При вращении несбалансированного ротора возникнет вибрация, дополнительный разогрев опор и дополнительные температурные деформации пластин, которые приведут к контакту накладок с торцевой стенкой камеры и появлению сил трения.When the unbalanced rotor rotates, vibration will occur, additional heating of the supports and additional temperature deformation of the plates, which will lead to the contact of the plates with the end wall of the chamber and the appearance of friction forces.

Возникшие силы трения разогреют только накладки и торцевую стенку балансировочной камеры, т.к. пластины изолированы от накладок теплоизоляционными прокладками. Таким образом, выделение тепла за счет возникших сил трения не будет увеличивать температурные деформации пластин. Появившиеся источники тепловой энергии расплавят легкоплавкий материал уравновешивающей массы. При вращении ротора c 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 дополнительный разогрев его опор прекратятся. Деформации пластин уменьшатся и контакт накладок с торцевой стенкой исчезнет, 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 friction forces that have arisen will only warm the pads and the end wall of the balancing chamber, as plates are insulated from overlays by heat-insulating gaskets. Thus, heat generation due to the friction forces that have arisen will not increase the temperature deformation of the plates. The appeared sources of thermal energy will melt the fusible material of the balancing mass. 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 the additional heating of its bearings will stop. The deformation of the plates will decrease and the contact of the plates with the end wall will disappear, 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 опорах 1 балансировочной камеры 2 при помощи кронштейнов 3 устанавливают биметаллические пластины 4. На их концах крепят вначале прокладки 5 и накладки 6. При вращении сбалансированного ротора 7 пластинки сдеформируются, но контакта между накладками 6 и торцевой стенкой 8 камеры 2 не возникнет (позиция I). При вращении несбалансированного ротора возникнет отмеченный контакт (позиция II). Выделение тепла расплавит уравновешивающую массу 9, которая при частоте вращения ω примет из положения 10 оптимальное положение 11.Bimetallic plates 4 are mounted on the supports 1 of the balancing chamber 2 using brackets 3. First, gaskets 5 and plates 6 are mounted at their ends. When the balanced rotor 7 is rotated, the plates are deformed, but there will be no contact between the plates 6 and the end wall 8 of the chamber 2 (position I ) When the unbalanced rotor rotates, the marked contact will occur (position II). The heat generation will melt the balancing mass 9, which at the frequency of rotation ω will take from position 10 the optimal position 11.

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 the bearings are balanced of the chamber with the help of brackets, install bimetallic plates, on the ends of which through the gaskets of heat-insulating material fasten the plates of a material with a high coefficient of friction, while the height of the bracket is chosen so that, when the plates are deformation temperature from additional heating of the supports during vibration of the cover rotor, they touch the chamber end wall .