RU2460052C1

RU2460052C1 - Method of static balancing of hydraulic turbine wheel

Info

Publication number: RU2460052C1
Application number: RU2011113944/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Викторович Красников (RU); Юрий Викторович Красников
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-08-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed method consists in centering turbine wheel relative to vertical tapered moving support by means of support elements with mate tapered surface arranged in symmetry in wheel body. Note here that platforms with strain gages are arranged and properly oriented under turbine wheel. Turbine wheel is mounted with the help of video cameras. Wheel image is loaded in measurement and processing system computer to define coordinates and force application vector for every platform so that define center of gravity of entire wheel proceeding from measurement results and its out-of-balance condition for it to be eliminated by appropriate balance weights.

EFFECT: higher efficiency and accuracy, expanded measurements range.

7 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, точной механике, измерительной технике и может быть использовано для определения координат центра масс и дисбаланса изделий сложной объемной формы.The invention relates to hydraulic engineering, precision mechanics, measuring equipment and can be used to determine the coordinates of the center of mass and the imbalance of products of complex volume form.

Известно, что неуравновешенность отдельных элементов турбины, и в первую очередь рабочего колеса, вызывает при эксплуатации нежелательные и даже опасные вибрации, которые приводят к снижению ее мощности и преждевременному износу.It is known that the imbalance of individual elements of the turbine, and primarily the impeller, causes undesirable and even dangerous vibrations during operation, which lead to a decrease in its power and premature wear.

Для устранения неуравновешенности при изготовлении рабочего колеса гидравлической турбины применяют различные технологические методы его балансировки, которые, однако, не обеспечивают достаточного уровня точности и производительности.To eliminate the imbalance in the manufacture of the impeller of a hydraulic turbine, various technological methods for balancing it are used, which, however, do not provide a sufficient level of accuracy and performance.

Так, известен способ статической балансировки изделий, реализуемый устройством, содержащим коническую опору, центрирующий элемент, в центральной части которого размещена коническая подушка, снабженная резьбой для перемещения вдоль оси симметрии и взаимодействующая с конической опорой. Центрирующий элемент имеет вид перевернутой чашеобразной детали, в нижней части юбки которой выполнен центрирующий буртик для установки балансируемого изделия, а в верхней части - проточка для размещения указателя дисбаланса, выполненного в виде двуплечей планки с центральным отверстием и продольным сквозным пазом, вдоль которого нанесена шкала. Балансировка изделия, в частности автомобильного колеса, с помощью этого устройства осуществляется следующим образом. Коническая опора устанавливается вертикально, например, закреплением ее в слесарных тисках, после чего на нее устанавливается центрирующий элемент без планки со шкалой, на который монтируется балансируемое колесо. Вращением конической ответной подушки добиваются устойчивого положения балансируемого колеса, при котором его центр масс находится ниже на незначительную величину точки опоры центрирующего элемента, в проточку которого вставляют планку со шкалой, вращая и перемещая ее вдоль своей оси, добиваясь таким образом горизонтального положения балансируемого колеса. Угловое положение планки со шкалой указывает направление дисбаланса, а по ее шкале определяют его значение, которое компенсируют установкой балансировочных грузов (см. Авторское свидетельство СССР №1334902, G01M 1/12, опубл. 30.06.88 г. Бюл. №24).So, there is a known method of static balancing of products, implemented by a device containing a conical support, a centering element, in the central part of which there is a conical pillow, threaded to move along the axis of symmetry and interacting with the conical support. The centering element has the form of an inverted cup-shaped part, in the lower part of the skirt there is a centering bead for installing a balanced product, and in the upper part there is a groove for placing the imbalance indicator, made in the form of a two-arm strap with a central hole and a longitudinal through groove along which the scale is applied. The balancing of the product, in particular the car wheel, using this device is as follows. The conical support is mounted vertically, for example, by securing it in a bench vise, after which a centering element without a bar with a scale is mounted on it, on which the balanced wheel is mounted. By rotating the conical mating cushion, a stable position of the balancing wheel is achieved, at which its center of mass is lower by a small amount of the fulcrum of the centering element, into the groove of which a bar with a scale is inserted, rotating and moving it along its axis, thus achieving a horizontal position of the balanced wheel. The angular position of the bar with the scale indicates the direction of the imbalance, and on its scale determine its value, which is compensated by the installation of balancing weights (see USSR Author's Certificate No. 1334902, G01M 1/12, publ. 30.06.88 Bul. No. 24).

Основными недостатками данного изобретения являются его низкая производительность и точность измерений, поскольку для определения вектора и величины дисбаланса колеса используются угол наклона планки и шкала отклонения центра масс от оси вращения, показатели которых воспринимаются лишь визуально и субъективно («на глазок»), что не может быть применено при балансировке рабочих колес гидротурбин, имеющих большие габариты и вес.The main disadvantages of this invention are its low productivity and measurement accuracy, since the angle of the bar and the scale of deviation of the center of mass from the axis of rotation are used to determine the vector and magnitude of the wheel imbalance, the indicators of which are perceived only visually and subjectively (“by eye”), which cannot be used when balancing the impellers of hydraulic turbines with large dimensions and weight.

Также известен способ для статической балансировки колес гидравлических турбин и устройство для его осуществления, которое содержит основание с опорной колонной, на верхнем торце которой закреплен опорный элемент, корпус с цилиндрической полостью и размещенный в ней плунжер со сферической опорой, опирающейся на опорный элемент. На основании также размещены источник рабочей среды, в частности маслонасос, выход которого связан с полостью корпуса, и измерительные преобразователи давления рабочей среды, например манометр, а на стойке размещен индикатор перемещения корпуса относительно тумб. Корпус предназначен для установки колеса гидротурбины, которое вне процесса измерения дисбаланса опирается на упомянутые тумбы, закрепленные на основании.Also known is a method for statically balancing the wheels of hydraulic turbines and a device for its implementation, which comprises a base with a support column, on the upper end of which a support element is fixed, a body with a cylindrical cavity and a plunger placed therein with a spherical support resting on the support element. The base also contains a source of the working medium, in particular an oil pump, the outlet of which is connected with the cavity of the housing, and measuring transducers of pressure of the working medium, for example, a manometer, and an indicator of movement of the housing relative to the pedestals is placed on the rack. The housing is designed to install a turbine wheel, which, outside the process of measuring imbalance, rests on the said cabinets fixed to the base.

Способ статической балансировки колес гидравлической турбины осуществляется следующим образом. Балансируемое рабочее колесо устанавливается на тумбе так, чтобы приблизительно совпали вертикальные оси колеса и опорной колонны, а центр тяжести системы после сборки корпуса и колеса был заведомо ниже центра точки опоры сферической поверхности опоры. В полости корпуса создают давление до подъема колеса на некоторую величину. Снимают отчет по индикаторной головке, а на противоположной стороне колеса устанавливают контрольный груз и по той же индикаторной головке снимают отчет изменения углового положения корпуса, т.е. определяют чувствительность устройства и сравнивают полученное значение с заданной. Затем, подавая под давлением рабочую среду в полость корпуса, производят дополнительный подъем колеса до получения необходимой чувствительности стенда. После этого колесо балансируют установкой уравновешивающих грузов. Контроль горизонтальности положения корпуса производят с помощью двух уровней, устанавливаемых на верхнем ободе колеса в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а по давлению рабочей среды определяют массу рабочего колеса гидравлической турбины (см. Авторское свидетельство СССР №1434298, G01M 1/12, опубл. 30.10.88 г. Бюл. №40; прототип).The method of static balancing of the wheels of a hydraulic turbine is as follows. The balanced impeller is mounted on the pedestal so that the vertical axes of the wheel and the support column approximately coincide, and the center of gravity of the system after assembly of the body and wheel is obviously lower than the center of the pivot point of the spherical surface of the support. In the cavity of the body create pressure until the wheel rises by a certain amount. A report is taken on the indicator head, and on the opposite side of the wheel, a control load is set, and a report on the change in the angular position of the housing is recorded on the same indicator head, i.e. determine the sensitivity of the device and compare the obtained value with the set. Then, feeding the working medium under pressure into the cavity of the body, an additional lift of the wheel is made until the necessary sensitivity of the stand is obtained. After that, the wheel is balanced by the installation of balancing weights. The horizontal position of the casing is controlled using two levels installed on the upper wheel rim in two mutually perpendicular directions, and the mass of the impeller of a hydraulic turbine is determined by the pressure of the working medium (see USSR Author's Certificate No. 1434298, G01M 1/12, publ. 30.10. 88, Bull. No. 40; prototype).

Измерительная система в этом изобретении представлена в виде уровней горизонта, манометра и индикаторной головки, снятие показателей с которых связано с субъективным фактором.The measuring system in this invention is presented in the form of levels of the horizon, manometer and indicator head, the reading of which is associated with a subjective factor.

Основными недостатками и этого аналога также являются низкая производительность и большая погрешность измерений параметров, вызванная наличием субъективизма в оценке вектора и величины дисбаланса колеса, обусловленная отсутствием автоматизации установки, расчета и контроля за ходом процесса балансировки.The main disadvantages of this analogue are also low productivity and a large measurement error due to the presence of subjectivity in evaluating the vector and the magnitude of the wheel unbalance, due to the lack of automation of the installation, calculation and monitoring of the balancing process.

Вышеприведенные аналоги совпадают с предлагаемым изобретением лишь по функциональному назначению, ход же операций, их последовательность, а также средства реализации способа иные, поэтому в качестве возможного прототипа принят аналог по авторскому свидетельству №1434298, G01M 1/12.The above analogs coincide with the proposed invention only for their intended purpose, the course of operations, their sequence, as well as the means for implementing the method are different, therefore, an analogue according to copyright certificate No. 1434298, G01M 1/12 is adopted as a possible prototype.

Решить задачу по устранению недостатков аналогов стало возможным за счет автоматизации всего процесса балансировки рабочего колеса гидравлической турбины, иного подхода к измерению координат каждой платформы и центра масс рабочего колеса турбины.It became possible to solve the problem of eliminating the disadvantages of analogues by automating the entire process of balancing the impeller of a hydraulic turbine, and using a different approach to measuring the coordinates of each platform and the center of mass of the impeller of the turbine.

Технический результат - повышение производительности и точности балансировки достигается за счет того, что центрирование рабочего колеса осуществляют относительно оси конической вертикально подвижной опоры с помощью симметрично закрепленного в корпусе колеса опорного элемента с ответной конусной поверхностью. При этом под сориентированное таким образом колесо подводят и устанавливают на заранее выверенные равноудаленные от оси конической опоры и друг от друга координаты платформы с силоизмерительными датчиками. На поверхности платформ выполнены взаимно перпендикулярные визирные линии, пересекающиеся в центре. Именно по этим линиям визирования платформы с силоизмерительными датчиками устанавливаются с использованием визирной линейки равноудаленно от центра системы ориентирования и друг от друга в строго координатно заданные положения, а все силоизмерительные датчики каждой платформы выставляют в один заданный уровень горизонта. После чего платформы нагружают, удалив вертикально подвижную опору, фиксируют положение рабочего колеса видеокамерой верхнего обзора и вводят его изображение в компьютер системы измерения и обработки их результатов, с использованием этой системы определяют координаты и вектор приложения сил для каждой платформы и уже затем на основе этих полученных результатов определяют центр масс всего колеса с последующим нахождением величины и вектора дисбаланса колеса. Причем полученные координаты накладывают на компьютерное изображение координаты оси вращения рабочего колеса и далее по месту нахождения дисбаланса точно устанавливают балансные грузы.EFFECT: increased productivity and balancing accuracy is achieved due to the fact that the impeller is centered on the axis of a conical vertically movable support using a support element symmetrically fixed in the wheel housing with a mating conical surface. At the same time, under the wheel oriented in this way, they bring and set the platform coordinates with force measuring sensors equidistant from the axis of the conical support and from each other in advance. Mutually perpendicular sighting lines intersecting in the center are made on the surface of the platforms. It is along these lines of sight that the platforms with force measuring sensors are installed using the line of sight equidistant from the center of the orientation system and from each other to strictly coordinate positions, and all the force sensors of each platform are set to one predetermined level of the horizon. After that, the platforms are loaded by removing the vertically movable support, the impeller is fixed with an overhead video camera and its image is entered into the computer of the measurement and processing system of their results, using this system the coordinates and force application vector for each platform are determined and then based on these data The results determine the center of mass of the entire wheel, followed by finding the magnitude and vector of the wheel unbalance. Moreover, the obtained coordinates are superimposed on the computer image of the coordinates of the axis of rotation of the impeller and then, at the location of the imbalance, balance loads are precisely set.

На повышение производительности и точности измерения способа оказывает влияние также система измерений и обработки их результатов, которая образована из компьютера, контроллера, преобразователей сигналов, связанных каждый своим входом с выходом силоизмерительных датчиков и подключенных к контроллеру, соединенному с компьютером.The system of measurements and processing of their results, which is formed from a computer, controller, signal converters, each connected with its input to the output of load sensors and connected to a controller connected to a computer, also affects the productivity and accuracy of measuring the method.

Ускоряет процесс балансировки рабочего колеса и установленная в зоне нижнего обзора подключенная к компьютеру видеокамера, которая позволяет без помех визуально корректировать совмещение конической поверхности подвижной вертикальной опоры и ответной поверхности опорного элемента с наблюдением на картинке монитора компьютера.Acceleration of the impeller balancing process and a video camera connected to the computer installed in the lower viewing area, which allows you to visually correct the alignment of the conical surface of the movable vertical support and the response surface of the support element with the observation in the picture of the computer monitor, without interference.

Предложенный способ, кроме того, позволяет расширить диапазон измерений рабочих колес гидравлических турбин, практически всех существующих типоразмеров, поскольку он предусматривает возможность перемещения платформ относительно центра измерений и возможность группировки силоизмерительных датчиков в платформах по их номиналу измерения, располагая их графически в вершинах двух квадратов, развернутых относительно друг друга.The proposed method, in addition, allows you to expand the measurement range of the impellers of hydraulic turbines, almost all existing sizes, since it provides the ability to move the platforms relative to the center of measurement and the possibility of grouping force sensors in the platforms according to their nominal value, placing them graphically at the vertices of two squares deployed relative to each other.

Причем при весе рабочего колеса до 30 т и от 40 до 150 т используются три платформы, при весе рабочего колеса от 30 до 40 т и от 150 до 200 т применяются уже четыре платформы.Moreover, with the weight of the impeller up to 30 tons and from 40 to 150 tons, three platforms are used, with the weight of the impeller from 30 to 40 tons and from 150 to 200 tons, four platforms are already used.

Наиболее приемлемыми силоизмерительными датчиками при высоких нагрузках являются тензометрические датчики.The most acceptable load cells at high loads are strain gauges.

Способ статической балансировки рабочего колеса гидравлической турбины является новым, поскольку в источниках информации совокупность предложенных признаков, отраженных в формуле изобретения, не обнаружена.The method of static balancing of the impeller of a hydraulic turbine is new, because the combination of the proposed features reflected in the claims is not found in the information sources.

Предложенный способ как техническое решение обладает изобретательским уровнем, т.к. совокупность и последовательность его действий с использованием средств компьютерного расчета параметров и средств видеонаблюдения за процессом балансировки позволяет значительно поднять производительность и точность измерений, и более того, позволяет не только автоматизировать сам процесс балансировки и документирование ее результатов, но и за счет ориентированного применения платформ с координатно установленными на них силоизмерительными датчиками расширить диапазон балансировки до практически всех известных типоразмеров рабочих колес гидравлических турбин, что нельзя, по нашему мнению, отнести к методам обычного инженерного проектирования.The proposed method as a technical solution has an inventive step, because the totality and sequence of its actions using computer-aided calculation of parameters and video surveillance tools for the balancing process can significantly increase the performance and accuracy of measurements, and moreover, it allows not only to automate the balancing process and document its results, but also due to the oriented use of platforms with coordinate the force measuring sensors installed on them to expand the balancing range to almost all known standard sizes ochih wheel hydraulic turbines that can not, in our opinion, be attributed to the usual methods of engineering design.

Использование изобретения не вызывает сомнения. В настоящее время разработан техно-рабочий проект документации, изготовлены чертежи.The use of the invention is not in doubt. Currently, a techno-working draft documentation has been developed, drawings have been made.

Изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг.1 изображена схема установки рабочего колеса в сборе на позицию его балансировки, на фиг.2 показано измерительное устройство с визирной линейкой для установки платформ, на фиг.3 отражена схема установки платформ с использованием измерительного устройства с визирной линейкой, на фиг.4 показана платформа с силоизмерительными датчиками и линиями визирования (X, Y) с отметкой центра, а на фиг.5 изображен разрез по А-А на фиг.4, на фиг.6 представлена схема расположения силоизмерительных датчиков с наклоном к оси Y, на фиг.7 - то же с отклонением по оси Y, на фиг.8 показана схема положения центра масс рабочего колеса.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of the installation of the impeller assembly at its balancing position, Fig. 2 shows a measuring device with a sighting ruler for installing platforms, Fig. 3 shows a diagram of the installation of platforms using a measuring device with a sighting ruler , figure 4 shows a platform with load sensors and sight lines (X, Y) with a center mark, and figure 5 shows a section along aa in figure 4, figure 6 shows the layout of the load sensors with tilted to the Y axis, Fig.7 is the same with a deviation along the Y axis, Fig.8 shows a diagram of the position of the center of mass of the impeller.

Система для ориентированного балансирования рабочего колеса гидравлической турбины включает коническую с углом α вертикальную подвижную опору 1 в виде гидроцилиндра 2, закрепленный в корпусе 3 колеса опорный элемент 4 с ответной конусной поверхностью 5, имеющей больший угол β раскрытия, чем конус опоры 1 и механическое измерительное устройство 6 с визирной линейкой 7 и подвижно перемещаемым мерителем 8, которое установлено на штоке гидроцилиндра 2 с возможностью поворота вокруг оси подвижной опоры 1. Механическое измерительное устройство предназначено для установки платформ 9 с силоизмерительными датчиками 11 и 12, причем каждая платформа 9 устанавливается на заданные известные координаты, определяемые с помощью визирной линейки 7 и мерителем 8 (фиг.2 и 3).The system for oriented balancing of the impeller of a hydraulic turbine includes a vertical movable support 1 conical with an angle α in the form of a hydraulic cylinder 2, a support element 4 fixed to the wheel housing 3 with a mating conical surface 5 having a larger opening angle β than the support cone 1 and a mechanical measuring device 6 with a sighting line 7 and a movable movable gauge 8, which is mounted on the rod of the hydraulic cylinder 2 with the possibility of rotation around the axis of the movable support 1. Mechanical measuring device It is intended for installation of platforms 9 with load cells 11 and 12, with each platform 9 being installed at predetermined known coordinates, determined using a sighting line 7 and a gauge 8 (FIGS. 2 and 3).

Каждая из платформ 9 имеет по четыре силоизмерительных датчика на каждый из двух диапазонов измерения, в частности на 10 т нагрузки устанавливают четыре датчика по 3 т, а для веса 50 т - четыре датчика по 15 т. Платформы 9 выполнены квадратной формы с угловыми скосами 10 преимущественно под 45°, и применительно к этой форме выбраны соответствующие схемы размещения на их поверхностях силоизмерительных датчиков 11 малого веса (3 т) и датчиков 12 большего веса (15 т). Размещение силоизмерительных датчиков 11 и 12 привязано по осям Х и Y непосредственно к угловым стыкам 13 и 14 (схемы 1,2) скосов 10 сторон платформы 9 и каждый их вид графически расположен в вершинах своего квадрата.Each platform 9 has four force sensors for each of the two measuring ranges, in particular, four sensors of 3 tons are installed for 10 tons of load, and four sensors of 15 tons for a weight of 50 tons. Platforms 9 are square in shape with angular bevels 10 predominantly below 45 °, and with respect to this form, appropriate layouts have been selected for placing light-weight sensors 11 of small weight (3 tons) and sensors 12 of larger weight (15 tons) on their surfaces. The placement of the load sensors 11 and 12 is tied along the X and Y axes directly to the corner joints 13 and 14 (scheme 1,2) of the bevels 10 of the sides of the platform 9 and each of them is graphically located at the vertices of its square.

В технических средствах, используемых для центровки, в том числе и для платформ 9, применяются нижеприведенные схемы размещения силоизмерительных датчиков 11 и 12.In the technical means used for alignment, including for platforms 9, the following layouts of load sensors 11 and 12 are used.

Схема расположения силоизмерительных датчиков 11 на малом диапазоне измерения с НПИ 3 т имеет наклон к оси Y (фиг.6), а схема расположения силоизмерительных датчиков 12 большого диапазона измерения с НПИ 15 т наоборот отклонена от оси Y (фиг.7).The layout of the load sensors 11 on a small measuring range with a NPT of 3 t is tilted to the Y axis (Fig.6), and the layout of the load sensors 12 of a large measurement range with a NPI of 15 t is rejected on the contrary from the Y axis (Fig.7).

Таким образом, силоизмерительные датчики 11 и 12 группируют на платформе 9 по диапазону измерения массы обычного колеса, графически располагая их для удобства применения по номиналу измерения в вершинах квадратов, смещенных относительно друг друга. Конструкция самой платформы 9 включает нижнее основание 13, на котором установлены датчики 11 и 12, механизм регулирования опоры 14 и закрывающее их верхнее основание 15. Регулируя механизм опоры 14 датчиков 11 и 12, выравнивают платформу в горизонтальный уровень для любого диапазона измерения, в частности от 10 до 50 т веса рабочего колеса гидравлической турбины (фиг.5).Thus, the load cells 11 and 12 are grouped on the platform 9 according to the measuring range of the mass of a conventional wheel, graphically arranging them for ease of use at the measurement value at the vertices of the squares displaced relative to each other. The design of the platform 9 itself includes a lower base 13 on which the sensors 11 and 12 are mounted, a support adjustment mechanism 14 and an upper base covering them 15. By adjusting the support mechanism 14 of the sensors 11 and 12, the platform is leveled to a horizontal level for any measuring range, in particular from 10 to 50 tons of the weight of the impeller of a hydraulic turbine (Fig. 5).

Система 16 измерения и обработки результатов включает преобразователи сигналов по количеству силоизмерительных датчиков 11 и 12, подключенные к контроллеру (не показаны), который соединен с компьютером 17. Сигнал от каждого силоизмерительного датчика 11 или 12 при нагрузке платформы 9 поступает на контроллер и в обработанной форме подается в компьютер 17, определяя автоматически координаты каждого датчика каждой платформы.The system 16 for measuring and processing results includes signal converters according to the number of load sensors 11 and 12 connected to a controller (not shown) that is connected to a computer 17. The signal from each load sensor 11 or 12 when the platform 9 is loaded is fed to the controller and in processed form fed to the computer 17, automatically determining the coordinates of each sensor of each platform.

Ввиду того что каждая из платформ 9 имеет по четыре опрашиваемых датчика на каждом диапазоне, то это позволяет определить координаты приложения сил на платформу в целом без значительных погрешностей. Для i-й платформы имеем реакции по датчикам G_1i, G_2i, G_3i, и G_4i, в сумме дающие значение реакции всей платформы:Due to the fact that each platform 9 has four interrogated sensors in each range, this allows one to determine the coordinates of the application of forces to the platform as a whole without significant errors. For the i-th platform, we have reactions according to the sensors G _1i , G _2i , G _3i , and G _4i , in total giving the reaction value of the whole platform:

Тогда центр масс каждой платформы 9 будет определяться по следующей формуле.Then the center of mass of each platform 9 will be determined by the following formula.

1. На малом диапазоне, датчики с НПИ 3 т (схема 1) по оси X и Y1. On a small range, sensors with NPI 3 t (scheme 1) along the X and Y axis

где Х_ц.м., Y_ц.м. - центр масс платформы по координатам X и Y;where X _ts.m. , Y _{the cm} - the center of mass of the platform at the coordinates X and Y;

X_1,1; X_1,2; X_1,3 и X_1,4 - координаты каждого из четырех датчиков на платформе;X _1.1 ; X _1.2 ; X _1,3 and X _1,4 - the coordinates of each of the four sensors on the platform;

G₁; G₂; G₃ и G₄ - реакции опор на каждом из четырех датчиков платформы.G ₁ ; G ₂ ; G ₃ and G ₄ - support reactions on each of the four platform sensors.

Аналогично по оси Y читаются все исходные координаты и реакции опор.Similarly, along the Y axis, all the source coordinates and reactions of the supports are read.

2. На большом диапазоне датчики с НПИ 15 т (схема 2).2. Over a wide range of sensors with NPI 15 t (scheme 2).

где X_5,1; X_5,2; X_5,3 и X_5,4 - координаты каждого из четырех датчиков на платформе по оси X;where X is _5.1 ; X _5.2 ; X _5.3 and X _5.4 - the coordinates of each of the four sensors on the platform along the X axis;

Y_5,1; Y_5,2; Y_5,3 и Y_5,4 - координаты каждого из четырех датчиков на платформе по оси Y;Y _5.1 ; Y _5.2 ; Y _5.3 and Y _5.4 are the coordinates of each of the four sensors on the platform along the Y axis;

G_R - вес рабочего колеса, приходящийся на каждую платформу;G _R - the weight of the impeller per each platform;

Х_ц.м. и Y_ц.м. - координаты центра масс каждой платформы.X _ts.m. and Y _ts.m. - coordinates of the center of mass of each platform.

Ускоряют процесс балансировки рабочего колеса и установленные в зоне нижнего и верхнего обзора подключенные к компьютеру две видеокамеры 18 и 19, которые позволяют визуализировать установку рабочего колеса на позицию балансировки и результат рассовмещения его центра масс и геометрического центра вращения по изображению на экране компьютера.Two cameras 18 and 19 connected to the computer, which are connected to the computer and accelerate the balancing of the impeller to the balancing position and the result of misregistration of its center of mass and geometric center of rotation according to the image on the computer screen, accelerate the process of balancing the impeller and the two cameras 18 and 19 installed in the lower and upper viewing areas.

В зависимости от размеров и веса рабочего колеса гидравлической турбины используются от двух до четырех платформ.Depending on the size and weight of the impeller of a hydraulic turbine, two to four platforms are used.

Способ статической балансировки рабочего колеса гидравлической турбины реализуется следующим образом.The method of static balancing of the impeller of a hydraulic turbine is implemented as follows.

После установки мерителя 8 на требуемое значение производят установку визирной линейки 7 на линию визирования X, соответствующую данной координате (фиг.3). Платформы 9 перемещают и устанавливают в данную координату. Поворачивая линейку 7 в четыре положения, производят установку всех платформ. Положение платформ 9 фиксируют при помощи видеокамеры 19 верхнего обзора и вводят в компьютер 17. Каждая платформа 9 устанавливается в уровень горизонта согласно с уровнем установочных поверхностей остальных платформ. Установив на заданные координатные позиции платформы 9, производят центрирование рабочего колеса относительно системы ориентации, которое осуществляют с помощью конической вертикально подвижной опоры 1 с закрепленным симметрично в корпусе 3 колеса опорным элементом 4 с ответной конусной поверхностью 5, имеющей больший угол раскрытия, чем конус опоры 1. В исходном состоянии шток гидроцилиндра 2 выдвинут и установлен в режим фиксации на предохранительном клапане (не показан). При опускании рабочего колеса добиваются совпадения конусов опоры 1 и опорного элемента 4. Контроль за совпадением конусов ведется при помощи видеокамеры 18, установленной снизу. При совпадении конусов производят опускание рабочего колеса, переводя гидроцилиндр в режим дросселирования. После касания рабочего колеса турбины платформ 9 с силоизмерительными датчиками 11 и 12 шток гидроцилиндра 2 убирают вниз до упора принудительно. Установив рабочее колесо турбины на платформы 9, вводят его изображение с помощью видеокамеры верхнего обзора в компьютер, фиксируя как геометрическую ось вращения.After the gauge 8 is set to the required value, the line of sight 7 is installed on the line of sight X corresponding to this coordinate (Fig. 3). Platforms 9 are moved and set to this coordinate. Turning the line 7 in four positions, install all platforms. The position of the platforms 9 is fixed by means of a video camera 19 of the top view and entered into the computer 17. Each platform 9 is installed at the horizon level in accordance with the level of the mounting surfaces of the other platforms. Having set the platform 9 to the specified coordinate positions, the impeller is centered relative to the orientation system, which is carried out using a conical vertically movable support 1 with a support element 4 symmetrically fixed in the wheel housing 3 with a mating conical surface 5 having a larger opening angle than the cone of the support 1 . In the initial state, the stem of the hydraulic cylinder 2 is extended and set to the locking mode on the safety valve (not shown). When lowering the impeller, the cones of the support 1 and the supporting element 4 are matched. The cones are controlled by the video camera 18 installed from the bottom. When the cones coincide, the impeller is lowered, turning the hydraulic cylinder into throttle mode. After touching the impeller of the turbine of the platforms 9 with load cells 11 and 12, the rod of the hydraulic cylinder 2 is forced down to the stop. Having installed the turbine impeller on the platform 9, its image is introduced using an overhead video camera into the computer, fixing as the geometric axis of rotation.

При балансировке рабочего колеса гидравлической турбины наиболее часто будет применяться случай, при котором будут использоваться все четыре платформы. Исходными для расчетов будут значения векторов нагрузок, определяемых по каждой платформе, в соответствии с приведенными формулами 1, 2 и 3. Вектор будет определяться координатами и значением нагрузки на каждой платформе 9.When balancing the impeller of a hydraulic turbine, the most common case will be the one in which all four platforms will be used. The initial calculations will be the values of the load vectors determined for each platform, in accordance with the formulas 1, 2 and 3. The vector will be determined by the coordinates and the load value on each platform 9.

Положение центра масс в целом рабочего колеса определяют по формулам:The position of the center of mass of the impeller as a whole is determined by the formulas:

где Х_р.к - координата центра масс рабочего колеса по оси X;where X _rk - the coordinate of the center of mass of the impeller along the X axis;

Y_p.к - координата центра масс рабочего колеса по оси Y;Y _p.k - coordinate of the center of mass of the impeller along the Y axis;

X_n.i - координата каждой платформы по оси X;X _ni is the coordinate of each platform along the X axis;

Y_n.i - координата каждой платформы по оси Y;Y _ni is the coordinate of each platform along the Y axis;

- вес рабочего колеса, приходящийся на каждую платформу;

- the weight of the impeller per each platform;

- статический момент рабочего колеса от каждой платформы по оси X;

- the static moment of the impeller from each platform along the X axis;

- статический момент рабочего колеса от каждой платформы по оси У;

- the static moment of the impeller from each platform along the Y axis;

- общий вес рабочего колеса.

- the total weight of the impeller.

На схеме (фиг.8) условно показано положение центра масс рабочего колеса, величина и радиус его дисбаланса относительно осей X и Y.The diagram (Fig. 8) conditionally shows the position of the center of mass of the impeller, the magnitude and radius of its imbalance with respect to the X and Y axes.

В соответствии со схемой 3 радиус дисбаланса определяют по формуле:In accordance with scheme 3, the radius of imbalance is determined by the formula:

Соответственно, момент, возникающий за счет несовпадения центра масс и оси вращения колеса, составит:Accordingly, the moment arising due to the mismatch of the center of mass and the axis of rotation of the wheel will be:

M=R·G_pк,M = R · G _pк ,

где G_рк=G₁+G₂+G₃+G₄-G₀,where G _pk = G ₁ + G ₂ + G ₃ + G ₄ -G ₀ ,

R - радиус-вектор смещения осей вращения и центра масс,R is the radius vector of the displacement of the axes of rotation and the center of mass,

G₁, G₂, G₃ и G₄ - вес рабочего колеса, приходящийся на каждую платформу 9;G ₁ , G ₂ , G ₃ and G ₄ - the weight of the impeller attributable to each platform 9;

G₀ - вес опорного элемента 4.G ₀ - the weight of the support element 4.

Полученные координаты накладывают на компьютерное изображение оси вращения рабочего колеса, введенного ранее видеокамерой 19 верхнего обзора. Компьютерное изображение рабочего колеса с автоматически включенными координатами центра масс и осью его вращения позволяет дополнительно визуально оценить степень и направление их разбалансированности.The obtained coordinates are superimposed on a computer image of the axis of rotation of the impeller introduced earlier by the video camera 19 of the upper view. A computer image of the impeller with automatically included coordinates of the center of mass and the axis of its rotation allows you to additionally visually assess the degree and direction of their imbalance.

Для балансировки накладывается балансировочный груз, масса которого вычисляется из уравненияFor balancing, a balancing weight is imposed, the mass of which is calculated from the equation

,

где G_б - балансировочный груз,where G _b - balancing load,

r - радиус рабочего колеса гидравлической турбины;r is the radius of the impeller of a hydraulic turbine;

R - радиус-вектор смещения осей вращения и центра масс;R is the radius vector of the displacement of the axes of rotation and the center of mass;

G_pк - вес рабочего колеса гидравлической турбины.G _pк - weight of the impeller of a hydraulic turbine.

Для точного измерения направления и величины дисбаланса рабочего колеса большое значение имеет определение центра масс.For accurate measurement of the direction and magnitude of the impeller imbalance, the determination of the center of mass is of great importance.

Погрешность определения центра масс рабочего колеса оценивают методом вариации как результаты косвенных измерений с учетом погрешности изготовления опорного элемента 4, погрешности установки платформ, погрешности измерения самих платформ. Так для рабочего колеса диаметром 6,8 м погрешность предложенного способа статической балансировки по осям Х и Y составит не более 1,6 мм, а его расчетный порог чувствительности по моменту балансировки будет составлять порядка 160 кг·см для имеющейся точности платформ 9.The error in determining the impeller center of mass is estimated by the method of variation as the results of indirect measurements, taking into account the error in manufacturing the supporting element 4, the error in the installation of the platforms, and the measurement error in the platforms themselves. So for the impeller with a diameter of 6.8 m, the error of the proposed method of static balancing along the X and Y axes will be no more than 1.6 mm, and its calculated sensitivity threshold at the time of balancing will be about 160 kg · cm for the available platform accuracy 9.

Таким образом, в процессе проведения статической балансировки рабочего колеса без применения его вращения программа автоматически индицирует положение центра масс относительно оси вращения и определяет значения Х_рк, Y_рк, R, а также при найденном R определяет вес и место установки балансировочного груза.Thus, in the process of carrying out static balancing of the impeller without applying its rotation, the program automatically displays the position of the center of mass relative to the axis of rotation and determines the values of X _pk , Y _pk , R, and also, when R is found, determines the weight and location of the balancing weight.

Предложенный способ позволит повысить производительность и точность балансировки рабочих колес гидравлических турбин, расширить диапазон их балансировки за счет применения платформ с силоизмерительными датчиками оригинальной конструкции, использования средств программного измерения и оценки результатов. В настоящее время указанные платформы разработаны, изготовлены в производстве, испытаны с получением положительных результатов, подтверждающих достижение технического результата предлагаемого изобретения.The proposed method will improve the performance and accuracy of balancing the impellers of hydraulic turbines, expand the range of their balancing through the use of platforms with load cells of the original design, the use of software measurement and evaluation results. Currently, these platforms are designed, manufactured in production, tested to obtain positive results, confirming the achievement of the technical result of the invention.

Claims

1. The method of static balancing of the impeller of a hydraulic turbine, characterized in that the centering of the wheel is carried out relative to the axis of the conical vertically movable support using a support element symmetrically mounted in the wheel housing with a mating conical surface, while the impeller is oriented in such a way that it is brought in and mounted on in advance verified platform coordinates equidistant from the axis of the conical support and from each other with load sensors and available on top of them with sighting lines, along which the platforms are strictly oriented relative to the axis of the conical support, and all the load cells of each platform are set to one predetermined permissible level of the horizon, after which the platforms are loaded by removing the vertically movable support, the position of the impeller is fixed with an overhead camera and its image is entered into computer systems for measuring and processing results, determine using this system the coordinates and the vector of application of forces for each platform, and only then on the basis of these measurements are similarly determined center of mass of the entire wheel, followed by finding the magnitude and the wheel unbalance vector, and the obtained coordinates is applied to the computer image of the impeller and further by finding the unbalance location exactly balanced set weights.

2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement and processing system of the results is formed from signal converters by the number of load sensors connected to the controller, which is connected to the computer.

3. The method according to claim 1, characterized in that as load cells use strain gauge sensors.

4. The method according to claim 1, characterized in that to determine the coordinates of the placement of the platforms under the impeller using a sighting ruler, which is moved around the axis of the orientation system of the impeller.

5. The method according to claim 1, characterized in that for monitoring the installation of the impeller on a conical vertically movable support, a video camera connected to a computer is also introduced into the lower viewing area.

6. The method according to claim 1, characterized in that the force sensors coordinate the group on the platform according to the measuring range of the mass of the impeller, placing them at the measurement value at the vertices of the squares offset from each other.

7. The method according to claim 1, characterized in that, depending on the range of measured dimensions and the weight of the impeller of a hydraulic turbine, from three to four platforms are used in the balancing process.