RU2231767C1

RU2231767C1 - Rotor automatic balance

Info

Publication number: RU2231767C1
Application number: RU2002131121/28A
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. Use 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. Spring-loaded ring is radially installed on outer surface of chamber. Ring is capable of moving in radial direction under action of centrifugal forces, arising at vibration and unbalance of rotor, through distance sufficient for contacting with protective case preliminarily installed around chamber and return into initial position at disappearing of centrifugal forces under action of elastic forces of supporting springs.

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 bearings filled with hardening 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 наружной поверхности камеры радиально устанавливают подпружиненное кольцо, способное перемещаться в радиальном направлении за счет центробежных сил, возникающих от вибрации при вращении и наличии дисбаланса ротора, на расстояние, достаточное для наступления контакта с предварительно установленным вокруг камеры защитным кожухом, и возвращаться в исходное положение после прекращения действия центробежных сил за счет сил упругости поддерживающих его пружин.A spring-loaded ring is radially mounted on the outer surface of the chamber, capable of moving in the radial direction due to centrifugal forces arising from vibration during rotation and the presence of the rotor unbalance, to a distance sufficient to come into contact with the protective cover pre-installed around the chamber, and return to its original position after termination of centrifugal forces due to the elastic forces of the springs supporting it.

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 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. На наружной поверхности балансировочной камеры осесимметрично устанавливают подпружиненное кольцо. При наступлении дисбаланса ротора за счет его вибрации и возникновении центробежных сил, превышающих силы упругости пружин, оно начнет перемещаться в радиальном направлении до тех пор, пока не начнет контактировать с предварительно установленном вокруг камеры защитным (неподвижным) кожухом. Возникший контакт неизбежно приведет к появлению сил трения между кольцом и кожухом, его разогреву и, как следствие, расплаву легкоплавкого вещества в балансировочной камере. По мере уменьшения дисбаланса силы трения начнут также уменьшаться, т.к. за счет сил упругости пружин кольцо начнет возвращаться в исходное положение. При полном уравновешивании ротативной системы вибрация и источник тепла исчезнут, а материал уравновешивающей массы затвердеет. Меняя жесткость пружин, можно изменять степень чувствительности устройства к величине дисбаланса на различных режимах вращения ротора.Since the imbalance of the rotational system inevitably leads to rotor vibration and the appearance of additional centrifugal forces in addition to the main ones (in the absence of vibration), it becomes possible to use this phenomenon to obtain a source of thermal energy by “turning” the proposed device into operation. In this case, the device will “turn on” automatically, as its design and principle of operation is as follows. A spring-loaded ring is mounted axisymmetrically on the outer surface of the balancing chamber. When the rotor becomes unbalanced due to its vibration and the occurrence of centrifugal forces exceeding the elastic forces of the springs, it will begin to move in the radial direction until it starts to come in contact with a protective (fixed) casing pre-installed around the camera. The contact that has arisen will inevitably lead to the appearance of friction forces between the ring and the casing, its heating and, as a result, to the melt of the fusible substance in the balancing chamber. As the imbalance decreases, the friction forces also begin to decrease, because due to the elastic forces of the springs, the ring will begin to return to its 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 stiffness of the springs, you can change the degree of sensitivity of the device to the amount of imbalance in various 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, устанавливают подпружиненное кольцо, способное перемещаться относительно камеры только в радиальном направлении. Расстояние, на которое может перемещаться кольцо, и жесткость (силы упругости) пружин должны быть достаточными для возникновения его контакта с кожухом камеры.On the outer surface of the balancing chamber, located in the casing and partially filled with fusible material, for example, Wood alloy, a spring-loaded ring is installed that can move relative to the chamber only in the radial direction. The distance over which the ring can move, and the stiffness (elastic forces) of the springs should be sufficient for its contact with the camera housing.

При вращении несбалансированного ротора за счет дополнительных (от вибрации) сил кольцо начнет перемещаться в радиальном направлении до возникновения контакта с кожухом.When the unbalanced rotor rotates due to additional forces (from vibration), the ring will begin to move in the radial direction until contact with the casing occurs.

Возникшие силы трения разогреют кольцо, а через него расплавят легкоплавкий 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. Кольцо за счет сил упругости вернется в исходное положение, что остановит приток тепловой энергии.The resulting frictional forces will warm up the ring, and through it the fusible 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 ring due to the elastic forces will return to its original position, which will stop the flow of thermal energy.

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.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 на пружинах 4, размещают кольцо 5. В исходном положении (позиция I) кольцо 5 занимает осесимметричное положение. При несбалансированности ротора 6 (позиция II) кольцо 5 начнет перемещаться, контактировать с кожухом 3, вызывая этим появление силы трения F_тр. Выделение тепла расплавит уравновешивающую массу 7, которая при частоте вращения ω примет из положения 8 оптимальное положение 9.On the outer surface 1 of the balancing chamber 2, located in the casing 3 on the springs 4, place the ring 5. In the initial position (position I), the ring 5 occupies an axisymmetric position. With the imbalance of the rotor 6 (position II), the ring 5 will begin to move, contact with the casing 3, thereby causing the appearance of friction force F _Tr . The heat generation will melt the balancing mass 7, which at the frequency of rotation ω will take from position 8 the optimal position 9.

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 radially set a spring-loaded ring capable of moving in the radial direction due to centrifugal forces arising from vibration during rotation and the presence of the rotor imbalance, to a distance sufficient to come into contact with the protective cover pre-installed around the camera, and return to its original position after the centrifugal action ceases forces due to the elastic forces of the springs supporting it.