RU2548373C2 - Rotor balancing method - Google Patents

Rotor balancing method Download PDF

Info

Publication number
RU2548373C2
RU2548373C2 RU2013100611/28A RU2013100611A RU2548373C2 RU 2548373 C2 RU2548373 C2 RU 2548373C2 RU 2013100611/28 A RU2013100611/28 A RU 2013100611/28A RU 2013100611 A RU2013100611 A RU 2013100611A RU 2548373 C2 RU2548373 C2 RU 2548373C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
correction
virtual
balancing
imbalances
Prior art date
Application number
RU2013100611/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013100611A (en
Inventor
Анатолий Нестерович Черепанов
Зенфира Каримовна Усманова
Андрей Владимирович Огарко
Винер Наильевич Хусаинов
Александр Сергеевич Пономарёв
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС)
Priority to RU2013100611/28A priority Critical patent/RU2548373C2/en
Publication of RU2013100611A publication Critical patent/RU2013100611A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2548373C2 publication Critical patent/RU2548373C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: unbalance is measured, correction action parameters are determined for each correction plane, and weights are corrected, parameters of the correction actions complying with requirement for equality to zero of the residual unbalances in specified correction planes. Then the rotor corrections are determined considering shift of the corrected weight centres from the rated radiuses and planes using simulation of the expected consequences of corrections, then rotor weight is corrected. At that the virtual 3D image of the rotor balance is created, on the virtual rotor the static and instantaneous unbalances are simulated before shift of the main central axis of inertia with axis of rotation. The unbalance parameters are specified, weights are corrected on the virtual reference rotor sample, and virtual correction of the rotor is monitored in the correction planes, and database of the virtual rotor samples is created. Then the balanced rotor is installed in the machine, dynamic pressure is measured in its unbalance supports, unbalances are coincided and compared, and by deviation value the necessity of the rotor balance is determined after deletion of the correcting weight, and as per the minimum residual unbalance of the rotor the balance quality is determined.
EFFECT: increased accuracy of the rotor balancing.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области машино- и приборостроения и предназначено для использования в технологических процессах балансировки роторов, может быть использовано в учебном процессе, обеспечивающем теоретическую и практическую подготовку специалистов как операторов-балансировщиков, так и подготовку специалистов любой формы обучения.The invention relates to the field of machine and instrument engineering and is intended for use in technological processes of balancing rotors, can be used in the educational process, providing theoretical and practical training for specialists as balancing operators, as well as training for specialists of any form of training.

Известен способ балансировки роторов, в соответствии с которым технологический процесс балансировки разбивается на три основных перехода: измерение неуравновешенности, преобразование этой информации в величину подлежащей устранению неуравновешенной массы и устранение неуравновешенной массы (А.К.Скворчевский, Е.Б.Промыслов. Уравновешивание вращающихся масс гироприборов. Ленинград, изд. «Судостроение», 1977, стр.23-27).There is a known method of balancing rotors, according to which the technological process of balancing is divided into three main transitions: measuring imbalance, converting this information into the amount of unbalanced mass to be eliminated and eliminating unbalanced mass (A.K. Skvorchevsky, E.B. Promyslov. Balancing of rotating masses gyroscopes. Leningrad, ed. "Shipbuilding", 1977, pp. 23-27).

Недостатком данного способа балансировки роторов являются низкая его надежность и точность. Указанный недостаток должен компенсироваться многократным повторением балансировочного цикла, что повышает еще и трудоемкость технологического цикла.The disadvantage of this method of balancing rotors is its low reliability and accuracy. The specified disadvantage should be compensated by repeated repetition of the balancing cycle, which also increases the complexity of the technological cycle.

Известен способ балансировки роторов, заключающийся в том, что измеряют дисбалансы, определяют параметры корректирующих воздействий для каждой плоскости коррекции и производят корректировку масс, параметры корректирующих воздействий, отвечающих условию равенства нулю остаточных дисбалансов в номинальных плоскостях коррекции, определяют с учетом смещений центров корректирующих масс от номинальных радиусов и плоскостей коррекции ротора через процедуру моделирования ожидаемых последствий корректирующих воздействий, причем итерационным расчетом сначала для статической балансировки добиваются последовательно в каждой номинальной плоскости коррекции приведения к нулю ожидаемых остаточных дисбалансов, суммируя их с текущими дисбалансами в соответствующей плоскости коррекции, а затем для моментной балансировки добиваются для ротора в целом приведения к нулю ожидаемых равных по модулю и противолежащих остаточных дисбалансов, суммируя их с текущими дисбалансами в каждой номинальной плоскости коррекции, после чего производят корректировку масс ротора (Патент РФ №2163008, МПК: G01M 1/00 опубл. 10.02. 2001, Бюл. №4. Черничкин А.С., Черничкин А.А. «Способ балансировки роторов»).A known method of balancing rotors is that imbalances are measured, the parameters of corrective actions for each correction plane are determined and mass correction is performed, the parameters of corrective actions corresponding to the condition of equal to zero residual imbalances in the nominal correction planes are determined taking into account the displacements of the centers of the correcting masses from the nominal ones the radii and planes of the rotor correction through the procedure for modeling the expected consequences of corrective actions, and iteration First, for static balancing, first, for static balancing, the expected residual imbalances are reduced to zero, they are summed up with current imbalances in the corresponding correction plane, and then, for the moment of balancing, the rotor as a whole is reduced to zero the expected equal modulo and opposite residual residuals imbalances, summing them up with current imbalances in each nominal correction plane, after which the rotor masses are adjusted (RF Patent 2163008 IPC: G01M 1/00 published. 10.02. 2001, Bull. Number 4. Chernichkin A.S., Chernichkin A.A. "A method of balancing rotors").

Недостатком данного способа являются низкая точность преобразования измеренных дисбалансов, корректирующих воздействий, как, например: пренебрежение результирующим смещением центров корректирующих масс от номинальных плоскостей и иногда - радиусов коррекции ротора.The disadvantage of this method is the low accuracy of the conversion of the measured imbalances, corrective actions, such as: neglect of the resulting displacement of the centers of the correcting masses from the nominal planes and sometimes the rotor correction radii.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

Техническим результатом является повышение точности балансировки ротора за счет устранения динамического дисбаланса.The technical result is to increase the accuracy of balancing the rotor by eliminating dynamic imbalance.

Технический результат достигается тем, что в способе балансировки роторов, заключающемся в том, что измеряют дисбалансы, определяют параметры корректирующих воздействий для каждой плоскости коррекции и производят корректировку масс, параметры корректирующих воздействий, отвечающих условию равенства нулю остаточных дисбалансов в номинальных плоскостях коррекции, определяют с учетом смещений центров корректирующих масс от номинальных радиусов и плоскостей коррекции ротора через процедуру моделирования ожидаемых последствий корректирующих воздействий, причем итерационным расчетом сначала для статической балансировки добиваются последовательно в каждой номинальной плоскости коррекции приведения к нулю ожидаемых остаточных дисбалансов, суммируя их с текущими дисбалансами в соответствующей плоскости коррекции, а затем для моментной балансировки добиваются для ротора в целом приведения к нулю ожидаемых равных по модулю и противолежащих остаточных дисбалансов, суммируя их с текущими дисбалансами в каждой номинальной плоскости коррекции, после чего производят корректировку масс ротора, предварительно при этом создают виртуально-объемное изображение балансировки ротора, моделируют на виртуальном роторе статические и моментные дисбалансы до совмещения главной центральной оси инерции с осью вращения, создав сеточную виртуальную диаграмму с внешней окружностью радиусом r1=rmax при максимальном дисбалансе D ¯ 1 = D ¯ max

Figure 00000001
массой Δm1=Δmmax, вторично создают дисбаланс с шагом итерации радиусом (r2=r1-Δr с дисбалансом D ¯ 2
Figure 00000002
) и массой Δ m 2
Figure 00000003
, меньшими при максимальном дисбалансе, задают параметры дисбалансов, осуществляют корректировку масс на виртуальальном эталонном образце ротора и наблюдают за виртуальной корректировкой ротора в плоскостях коррекции, создают базу данных виртуальных образцов роторов, затем устанавливают балансируемый ротор на станок и измеряют динамическое давление в опорах его неуравновешенности, совмещают и сравнивают дисбалансы, а по величине отклонения судят о необходимости балансировки ротора, удалив корректирующую массу и по минимальному остаточному дисбалансу ротора судят о качестве балансировки. Способ поясняется чертежами.The technical result is achieved by the fact that in the method of balancing the rotors, namely, that imbalances are measured, the parameters of the corrective actions for each correction plane are determined and the masses are adjusted, the parameters of the corrective actions corresponding to the condition of equal to zero residual imbalances in the nominal correction planes are determined taking into account the displacements of the centers of the correcting masses from the nominal radii and planes of the rotor correction through the procedure for modeling the expected consequences of stimulating effects, and iterative calculation first, for static balancing, they achieve successively in each nominal plane of correction the reduction to zero of the expected residual imbalances, summing them with the current imbalances in the corresponding correction plane, and then for the momentary balancing, they achieve for the rotor as a whole to bring the expected equal to zero modulus and opposite residual imbalances, summing them with current imbalances in each nominal correction plane, and then produce to adjustment of the mass of the rotor, then create a virtual three-dimensional image of the balancing of the rotor, simulate the static and momentary imbalances on the virtual rotor to align the main central axis of inertia with the axis of rotation, creating a virtual grid diagram with an external circle of radius r 1 = r max at maximum imbalance D ¯ one = D ¯ max
Figure 00000001
mass Δm 1 = Δm max , secondly create an imbalance with an iteration step of radius (r 2 = r 1 -Δr with imbalance D ¯ 2
Figure 00000002
) and mass Δ m 2
Figure 00000003
that are smaller at the maximum imbalance, set the imbalance parameters, carry out mass correction on the virtual reference rotor sample and observe the virtual correction of the rotor in the correction planes, create a database of virtual rotor samples, then install a balanced rotor on the machine and measure the dynamic pressure in the supports of its imbalance, imbalances are combined and compared, and the magnitude of the deviation is judged on the need to balance the rotor, removing the corrective mass and the minimum remaining The rotor imbalance is judged on the quality of the balancing. The method is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлено объемное изображение ротора путем вращения плоского изображения.Figure 1 presents a three-dimensional image of the rotor by rotating a flat image.

На фиг.2 представлена схема балансировки ротора.Figure 2 presents the balancing circuit of the rotor.

Способ балансировки ротора реализуется устройством, где 1 - балансируемый ротор, 2 - устройство управления процессом балансировки ротора, 3 - блок моделирования процесса балансировки, 4 - блок сравнения, 5 - блок выдачи результатов моделирования, 6 - блок корректировки, 7 - датчик измерения угла дисбаланса и оборотов ротора, 8, 9 - датчики силы соответственно левой и правой опоры, 10 - станок для балансировки ротора.The rotor balancing method is implemented by the device, where 1 is the balancing rotor, 2 is the rotor balancing process control device, 3 is the balancing process simulation block, 4 is the comparison block, 5 is the simulation results output block, 6 is the correction block, 7 is the imbalance angle measurement sensor and rotor revolutions, 8, 9 - force sensors of the left and right bearings, respectively, 10 - machine for balancing the rotor.

Способ балансировки осуществляется следующим образом.The balancing method is as follows.

Создают виртуальное изображение эталонного образца ротора, например, путем сканирования с помощью оптико-лазерной аппаратуры или путем вращения плоского сечения ротора в координатах Х-Y. При вращении элементарного объема, показанного в виде точек фиг.1 вокруг неподвижной оси ротора турбины каждый элементарный объем ΔVi (массы) описывают окружности, центры которых находятся на одной прямой, перпендикулярной плоскостям этих окружностей. Сама прямая есть ось вращения ротора турбины. Каждый элементарный объем как материальные точки проходит за время Δt разные пути. Так дугаAA1>дугиBB1, поэтому модуль скорости точки А больше, чем точки В. При этом радиусы r1 окружностей поворачиваются за время Δti на один и тот же угол φ. Если этот угол точно определяется между двумя лучами, выходящими из одной точки оси ротора и перпендикулярными ей, пусть луч ОХ неподвижен в пространстве, а луч OA жестко связан с элементарным объемом ΔVi.Create a virtual image of a reference sample of the rotor, for example, by scanning with optical laser equipment or by rotating the flat section of the rotor in X-Y coordinates. When the elementary volume shown in the form of points of FIG. 1 rotates around the fixed axis of the turbine rotor, each elementary volume ΔV i (mass) describes circles whose centers are on one straight line perpendicular to the planes of these circles. The straight line itself is the axis of rotation of the turbine rotor. Each elementary volume as material points passes over time Δt different paths. So arc AA 1 > arc BB 1 , therefore, the modulus of speed of point A is greater than point B. Moreover, the radii r 1 of the circles rotate in time Δt i by the same angle φ. If this angle is precisely determined between two beams extending from one point of the rotor axis and perpendicular to it, let the beam OX be stationary in space and the beam OA be rigidly connected with the elementary volume ΔV i .

Пусть ротор вращается равномерно. Скорость вращения ротора определяется углом поворота любого луча, связанного с элементарным объемом, за данный интервал времени и характеризуется угловой скоростью ω = Δ ϕ Δ t

Figure 00000004
. Если угловую скорость выразить через число оборотов ротора, т.е. число полных оборотов за 1 с, а ротор делает n оборотов 1 с, то время одного оборота равно T = 1 n
Figure 00000005
, что соответствует полному обороту на угол φ=2π. Отсюда угловая скорость определяется равенством ω = 2 π T = 2 π n
Figure 00000006
.Let the rotor rotate evenly. The rotor speed is determined by the angle of rotation of any beam associated with the elementary volume for a given time interval and is characterized by the angular velocity ω = Δ ϕ Δ t
Figure 00000004
. If the angular velocity is expressed in terms of the rotor speed, i.e. the number of full revolutions in 1 s, and the rotor makes n revolutions 1 s, then the time of one revolution is T = one n
Figure 00000005
, which corresponds to a full revolution by an angle φ = 2π. Hence the angular velocity is determined by the equality ω = 2 π T = 2 π n
Figure 00000006
.

Если при равномерном вращении ротора угловая скорость известна и в начальный момент времени t0=0 угол поворота φ0=0, то угол поворота элементарного объема (материальной точки) за время t равен φ=ω·t, отсюда можно найти положение элементарного объема вращающегося ротора в любой момент времени и определения места дисбаланса ротора, что является основой способа дисбаланса.If during uniform rotation of the rotor the angular velocity is known and at the initial moment of time t 0 = 0 the rotation angle is φ 0 = 0, then the rotation angle of the elementary volume (material point) over time t is equal to φ = ω · t, from this we can find the position of the elementary volume of the rotating the rotor at any time and determine the place of imbalance of the rotor, which is the basis of the method of imbalance.

При вращении ротора 1 вокруг оси его вращения на каждый элементарный объем ΔVt массой Δmi действует центробежная сила инерции. Каждый элементарный объем описывает окружность радиусом r ¯ Δ m i

Figure 00000007
, на который действует центробежная сила инерции F ¯ i
Figure 00000008
, определяемая равенствомWhen the rotor 1 rotates around its axis of rotation, a centrifugal inertia force acts on each elementary volume ΔV t of mass Δm i . Each elementary volume describes a circle of radius r ¯ Δ m i
Figure 00000007
affected by centrifugal inertia F ¯ i
Figure 00000008
defined by equality

F ¯ i = m a n = Δ m i ω 2 r ¯ Δ m i ,                                           (1)

Figure 00000009
F ¯ i = m a n = Δ m i ω 2 r ¯ Δ m i , (one)
Figure 00000009

При перемещении массы Δmi сила F ¯ i

Figure 00000010
изменяется по направлению и оказывает вибрационное воздействие на опоры через них - на всю конструкцию ротора, что приводит к износу кинематических пар, повышению усталостной прочности деталей, к появлению вибрации звеньев кинематических схемы.When moving the mass Δm i force F ¯ i
Figure 00000010
changes in direction and exerts a vibrational effect on the supports through them — on the entire rotor structure, which leads to wear of the kinematic pairs, an increase in the fatigue strength of the parts, and to the appearance of vibration of the links of the kinematic scheme.

Дисбаланс и его проявление. Эксцентриситетом е массы m называется радиус-вектор центра этой массы относительно оси вращения и измеряется в миллиметрах. Дисбалансом D называется векторная величина, равная произведению массы m на ее эксентриситет и измеряется в грамм-миллиметрах:Imbalance and its manifestation. The eccentricity e of the mass m is the radius vector of the center of this mass relative to the axis of rotation and is measured in millimeters. An imbalance D is a vector quantity equal to the product of mass m and its eccentricity and is measured in gram millimeters:

D ¯ = m e ¯                                                           (2)

Figure 00000011
, D ¯ = m e ¯ (2)
Figure 00000011
,

Если векторы D ¯

Figure 00000012
и ē по направлению совпадают и называются коллинеарными, то выражение (1) можно записать в векторном виде:If the vectors D ¯
Figure 00000012
and ē in direction coincide and are called collinear, then expression (1) can be written in the vector form:

F ¯ = ω 2 ( m e ¯ ) = ω 2 D ¯ .                                                     (3)

Figure 00000013
F ¯ = ω 2 ( m e ¯ ) = ω 2 D ¯ . (3)
Figure 00000013

Вектор F ¯

Figure 00000014
неуравновешенной силы инерции пропорционален вектору дисбаланса D ¯
Figure 00000012
. Угол φ называется углом дисбаланса D в системе координат, связанных с вращающимся телом.Vector F ¯
Figure 00000014
unbalanced inertia is proportional to the imbalance vector D ¯
Figure 00000012
. The angle φ is called the imbalance angle D in the coordinate system associated with the rotating body.

Статическая неуравновешенность ротора характеризуется таким распределением его масс, при котором ось вращения ротора и его главная центральная ось инерции параллельны. Наличие статической неуравновешенности легко выявить. Для этого достаточно ротор поставить на горизонтальные призмы (“ножи”). Под действием силы тяжести ротор будет стремиться к устойчивому положению равновесия, когда его центр масс S занимает более низкое положение: т.е. на ножах ротор будет поворачиваться.The static imbalance of the rotor is characterized by such a distribution of its masses that the axis of rotation of the rotor and its main central axis of inertia are parallel. The presence of static imbalance is easy to detect. To do this, it is enough to put the rotor on horizontal prisms (“knives”). Under the influence of gravity, the rotor will tend to a stable equilibrium position when its center of mass S occupies a lower position: i.e. on knives the rotor will turn.

При вращении статически неуравновешенного ротора приводят к главному вектору силу инерции F ¯ u

Figure 00000015
. Силу инерции F ¯ u
Figure 00000016
определим по формуле:When a statically unbalanced rotor rotates, the inertia force leads to the main vector F ¯ u
Figure 00000015
. Inertia force F ¯ u
Figure 00000016
define by the formula:

F u = m a s = m ( a s n ) 2 + ( a s τ ) 2 = ( ω 2 e s ) 2 + ( ε e s ) 2 = m e s ω 2 + ε 2 = D ω 2 + ε 2 ,        (4)

Figure 00000017
где m - масса ротора; F u = m a s = m ( a s n ) 2 + ( a s τ ) 2 = ( ω 2 e s ) 2 + ( ε e s ) 2 = m e s ω 2 + ε 2 = D ω 2 + ε 2 , (four)
Figure 00000017
where m is the mass of the rotor;

as - ускорение центра S масс ротора;a s is the acceleration of the center S of the mass of the rotor;

ω, ε - угловая скорость и угловое ускорение ротора.ω, ε - angular velocity and angular acceleration of the rotor.

Сила F ¯ u

Figure 00000015
создает динамические давления в опорах ротораForce F ¯ u
Figure 00000015
creates dynamic pressure in the rotor bearings

R A = F u b a + b ;   R B = F u a a + b .                                            (5)

Figure 00000018
R A = F u b a + b ; R B = F u a a + b . (5)
Figure 00000018

Из выражения (5) следует, что переменные силы давления, действующие в опорах, будут равны нулю при условии:From the expression (5) it follows that the variable pressure forces acting in the supports will be zero under the condition:

Figure 00000019
Figure 00000019

Таким образом, в статически уравновешенном роторе ось его вращения должна проходить через центр масс ротора, т.е. быть центральной осью.Thus, in a statically balanced rotor, its axis of rotation must pass through the center of mass of the rotor, i.e. to be the central axis.

Моментная неуравновешенность ротора характеризуется таким распределением его масс, при котором ось вращения ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс ротора. Поскольку центр масс ротора при моментной неуравновешенности находится на оси вращения, то установленный на «ножи» ротор будет находиться в безразличном положении равновесия. Поэтому обнаружить моментную неуравновешенность на ножах невозможно.The momentary imbalance of the rotor is characterized by such a distribution of its masses that the axis of rotation of the rotor and its main central axis of inertia intersect at the center of mass of the rotor. Since the center of mass of the rotor with momentary imbalance is on the axis of rotation, the rotor mounted on the “knives” will be in an indifferent equilibrium position. Therefore, it is impossible to detect momentary imbalance on knives.

Такая неуравновешенность проявляется при вращении ротора: силы инерции его масс приводятся к главному моменту сил инерцииThis imbalance manifests itself during rotation of the rotor: the inertial forces of its masses are reduced to the main moment of the inertia forces

M u = ω 4 + ε 4 J y z 2 + J x z 2 ,                                      (7)

Figure 00000020
M u = ω four + ε four J y z 2 + J x z 2 , (7)
Figure 00000020

где Jyz, Jxz - центробежные моменты инерции масс ротора в системе координат xyz, связанной с ротором;where J yz , J xz are the centrifugal moments of inertia of the mass of the rotor in the coordinate system xyz associated with the rotor;

z - ось вращения ротора;z is the axis of rotation of the rotor;

ω - угловая скорость ротора;ω is the angular velocity of the rotor;

ε - угловое ускорение ротора.ε is the angular acceleration of the rotor.

Неуравновешенный момент Мu создает динамическое давление в опорах ротора:The unbalanced moment M u creates a dynamic pressure in the rotor bearings:

R A = R B = M u l ,                                                      (8)

Figure 00000021
R A = R B = M u l , (8)
Figure 00000021

где Mu- момент сил инерции;where M u is the moment of inertia forces;

l - длина опор.l is the length of the supports.

Из выражений (7) и (8) следует, что переменные давления в опорах будут равны нулю при условии, что центробежные моменты инерции масс ротора также равны нулюFrom the expressions (7) and (8) it follows that the pressure variables in the bearings will be equal to zero, provided that the centrifugal moments of inertia of the masses of the rotor are also equal to zero

J y z = ( M ) d m y z = 0 ,    J x z = ( M ) d m x z = 0 ,                                         (9)

Figure 00000022
J y z = ( M ) d m y z = 0 , J x z = ( M ) d m x z = 0 , (9)
Figure 00000022

где xyz - координаты элементарной массы dm, связанной с ротором;where xyz - coordinates of the elementary mass dm associated with the rotor;

М - масса ротора.M is the mass of the rotor.

Отсюда видно, что условие выражения (9) выполнимо только для главных осей инерции, то для устранения моментной неуравновешенности ротора необходимо перераспределить массы ротора таким образом, чтобы ось его вращения стала главной осью инерции. Наиболее общим случаем неуравновешенности ротора является динамическая неуравновешенность, состоящая из статической и моментной неуравновешенностей.It can be seen from this that the condition of expression (9) is only possible for the main axes of inertia, then to eliminate the momentary imbalance of the rotor, it is necessary to redistribute the mass of the rotor so that its axis of rotation becomes the main axis of inertia. The most common case of rotor imbalance is a dynamic imbalance consisting of static and momentary imbalances.

Таким образом, во всех случаях, если ротор неуравновешен, силы инерции его масс создают в опорах динамические нагрузки. Эти нагрузки можно устранить за счет перераспределения масс ротора - установкой корректирующих масс (противовесов). Балансировка ротора способом исключения.Thus, in all cases, if the rotor is unbalanced, the inertial forces of its masses create dynamic loads in the supports. These loads can be eliminated due to the redistribution of rotor masses - installation of corrective masses (balances). Rotor balancing is an exception method.

Идеально сбалансированный ротор будет передавать на свои опоры и далее на раму только статические нагрузки от собственного веса, т.е. вращающийся ротор будет оказывать на опоры такое же воздействие, как и неподвижный. Выполнение условий выражений (6) и (9) динамической балансировки ротора можно осуществить с помощью двух корректирующих масс, которые устанавливаются или удаляются в плоскостях коррекции. Эти плоскости должны быть перпендикулярны к оси вращения ротора. Динамическая балансировка ротора может быть выполнена, например, на станке для динамической балансировки.A perfectly balanced rotor will transmit to its supports and further to the frame only static loads from its own weight, i.e. a rotating rotor will have the same effect on the bearings as a stationary one. The fulfillment of the conditions of expressions (6) and (9) of the dynamic balancing of the rotor can be carried out using two correction masses that are set or removed in the correction planes. These planes should be perpendicular to the axis of rotation of the rotor. Dynamic balancing of the rotor can be performed, for example, on a machine for dynamic balancing.

Способ реализуют на станке для динамической балансировки роторов (фиг.2) следующим образом. На первом этапе осуществляют моделирование условий возникновения вибраций или динамическое давления на опорах виртуального ротора с помощью математической модели, при этом наблюдается методическая погрешность. Ввод исходных данных включает основные эксплуатационные показатели ротора: вес, геометрические размеры, режимы работы, величина допустимого дисбаланса. Если измеряют сразу угол дисбаланса, то в этом случае исключается методическая погрешность. Программа управления процессом моделирования статической, моментной и динамической неуравновешенностью осуществляют организации обработки первичной информации по заданному дисбалансу, расчет параметров определяющих дисбаланс: массу и объем, координаты в каждой плоскости коррекции, а также схемы устранения дисбаланса. При этом оператор-балансировщик, осваивая методику балансировки на виртуальном роторе, осуществляет корректировку масс на нем в плоскостях коррекции. Результаты виртуальной балансировки наблюдают на сеточной диаграмме с внешней окружностью радиусом r1=rmax при максимальном дисбалансе D ¯ 1 = D ¯ max

Figure 00000023
массой Δm1=Δmmax с шагом итерации до минимального дисбаланса. Затем по радиусу r2=r1-Δr С дисбалансом D ¯ 2
Figure 00000024
массой Δm2, до окружности радиусом rост с остаточным дисбалансом D ¯ о с т
Figure 00000025
массой Δmост и шагом по углу один градус, начиная от метки угла φ0=0°, φi с шагом 1° до 360°. Моделируют параметры дисбалансов путем изменения оборотов ротора в пределах nmin÷nmax, величину некорректированной массы, ее объем, координаты и динамические давления на опорах. Результаты моделирования наблюдают на экране монитора. Корректировку масс осуществляют на виртуальальном эталонном образце ротора и наблюдают на экране монитора виртуальную корректировку ротора в плоскостях коррекции. Затем балансировку ротора по заявляемому способу осуществляют на станке для балансировки. Для определения параметров корректирующей массы mк в плоскостях коррекции ротор 1 устанавливают на станок 10 (фиг.2). Заставив ротор вращаться, измеряют силы давления с помощью датчика 8 на левой и датчика 9 на правой опоре, возникающие из-за дисбаланса. Одновременно измеряют угол дисбаланса и обороты ротора с помощью датчика 7. Информацию от датчиков 7-9 преобразовывают в электрические сигналы, которые поступают в устройство управления процессом балансировки 2, в котором моделируют процесс балансировки в блоке моделирования 3. Результаты моделирования из блока 3 поступают на вход блока сравнения 4, в котором результаты моделирования дисбаланса сравнивают с техническими условиями. Дисбалансы балансируемого ротора совмещают с виртуальными неуравновешенностями и по величине совместимости судят о необходимости балансировки ротора или годности.The method is implemented on a machine for dynamic balancing of rotors (figure 2) as follows. At the first stage, simulation of the conditions for the occurrence of vibrations or dynamic pressure on the supports of the virtual rotor is carried out using a mathematical model, while there is a methodological error. Input of the initial data includes the main operational indicators of the rotor: weight, geometric dimensions, operating modes, the magnitude of the allowable imbalance. If you immediately measure the angle of imbalance, then in this case, the methodological error is excluded. The program for controlling the process of modeling static, momentary and dynamic imbalance is responsible for organizing the processing of primary information for a given imbalance, calculating the parameters that determine the imbalance: mass and volume, coordinates in each correction plane, as well as unbalance elimination schemes. At the same time, the balancing operator, mastering the balancing technique on the virtual rotor, carries out mass correction on it in the correction planes. The results of virtual balancing are observed on a grid diagram with an outer circle of radius r 1 = r max at maximum imbalance D ¯ one = D ¯ max
Figure 00000023
mass Δm 1 = Δm max with an iteration step to the minimum imbalance. Then, along the radius r 2 = r1-Δr With imbalance D ¯ 2
Figure 00000024
mass Δm 2 , to a circle of radius r ost with residual imbalance D ¯ about from t
Figure 00000025
mass Δm ost and a step in the angle of one degree, starting from the angle mark φ 0 = 0 °, φ i in increments of 1 ° to 360 °. Imbalance parameters are simulated by changing the rotor speed within n min ÷ n max , the value of the uncorrected mass, its volume, coordinates and dynamic pressure on the supports. Simulation results are observed on a monitor screen. Mass correction is carried out on a virtual reference rotor sample and virtual rotor correction in the correction planes is observed on the monitor screen. Then, the balancing of the rotor according to the claimed method is carried out on a machine for balancing. To determine the parameters of the corrective mass m to in the correction planes, the rotor 1 is installed on the machine 10 (figure 2). After making the rotor rotate, pressure forces are measured using a sensor 8 on the left and a sensor 9 on the right support, arising from imbalance. At the same time, the imbalance angle and the rotor speed are measured using the sensor 7. The information from the sensors 7-9 is converted into electrical signals that enter the balancing process control device 2, in which the balancing process is simulated in simulation block 3. The simulation results from block 3 are input block comparison 4, in which the results of the simulation of the imbalance is compared with the technical conditions. The imbalances of the balancing rotor are combined with virtual imbalances and, by the magnitude of compatibility, they judge the need for balancing the rotor or shelf life.

Результаты сравнения связаны соотношением. Если выполняется условие D ¯ min = D ¯ о с т ( Б . Р . ) < D ¯ о с т ( Б . Р . ) К

Figure 00000026
,The comparison results are related by. If the condition is met D ¯ min = D ¯ about from t ( B . R . ) < D ¯ about from t ( B . R . ) TO
Figure 00000026
,

где D ¯ о с т ( Б . Р . )

Figure 00000027
- остаточный дисбаланс балансируемого ротора,Where D ¯ about from t ( B . R . )
Figure 00000027
- residual imbalance of the balanced rotor,

D ¯ min ( Б . Р . )

Figure 00000028
- минимальный остаточный дисбаланс балансируемого ротора, D ¯ min ( B . R . )
Figure 00000028
- minimum residual unbalance of the balanced rotor,

К=2÷5 - постоянный коэффициент, характеризующий качество балансировки,K = 2 ÷ 5 - constant coefficient characterizing the quality of balancing,

то ротор «Годен» и результаты отображаются в блоке выдачи результатов моделирования 5. Если условие не выполняется, то информация об этом поступает в блок корректировки 6, где производят расчет величины нескорректированной массы, печатается чертеж с указанием места ее расположения. С выхода блока корректировки 6 информация поступает на станок 10 и процесс балансировки ротора 1 повторяется.then the “Good” rotor and the results are displayed in the block for issuing simulation results 5. If the condition is not fulfilled, information about this goes to the correction block 6, where the value of the uncorrected mass is calculated, a drawing is printed indicating its location. From the output of the correction unit 6, the information goes to the machine 10 and the balancing process of the rotor 1 is repeated.

Система имеет хорошую обозреваемость не только элементов виртуальной балансировки, но отдельных элементов самой системы. Визуальные наблюдаемые элементы должны обладать наглядностью, система имеет возможность укрупнения размеров мест балансировки, яркую контрастную окраску деталей механической балансировки.The system has good visibility not only of the elements of virtual balancing, but of individual elements of the system itself. Visual observable elements should be visual, the system has the ability to enlarge the size of the balancing points, a bright contrasting color of the mechanical balancing parts.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом является более эффективным за счет расширения его функциональных возможностей, повышения точности и устранения методической погрешности при балансировке. Программное обеспечение предусматривает применение эффективных экранных изображений.The proposed method in comparison with the prototype is more effective due to the expansion of its functionality, increasing accuracy and eliminating methodological errors during balancing. The software provides for the use of effective screen images.

Способ балансировки на базе виртуального ротора и станка позволяет проводить экспресс-исследования путем моделирования и измерять параметры различных типов дисбалансов: статический, моментный и динамический. Достоинством данного способа является высокая скорость измерений. Время измерения дисбалансов не более 5÷10 мин, время механического удаления не более 5 мин. Высокая скорость устранения дисбаланса определяется точностью исполнения чертежа для оператора-балансировщика и технологией механической обработки.The balancing method based on the virtual rotor and machine allows for rapid research by modeling and measuring the parameters of various types of imbalances: static, momentary and dynamic. The advantage of this method is the high measurement speed. The time of measuring imbalances is not more than 5 ÷ 10 minutes, the time of mechanical removal is not more than 5 minutes. The high speed of eliminating the imbalance is determined by the accuracy of the drawing for the balancing operator and the machining technology.

Claims (1)

Способ балансировки ротора, заключающийся в том, что измеряют дисбалансы, определяют параметры корректирующих воздействий для каждой плоскости коррекции и производят корректировку масс, параметры корректирующих воздействий, отвечающих условию равенства нулю остаточных дисбалансов в номинальных плоскостях коррекции, определяют с учетом смещений центров корректирующих масс от номинальных радиусов и плоскостей коррекции ротора через процедуру моделирования ожидаемых последствий корректирующих воздействий, причем итерационным расчетом сначала для статической балансировки добиваются последовательно в каждой номинальной плоскости коррекции приведения к нулю ожидаемых остаточных дисбалансов, суммируя их с текущими дисбалансами в соответствующей плоскости коррекции, а затем для моментной балансировки добиваются для ротора в целом приведения к нулю ожидаемых равных по модулю и противолежащих остаточных дисбалансов, суммируя их с текущими дисбалансами в каждой номинальной плоскости коррекции, после чего производят корректировку массы ротора, отличающийся тем, что создают виртуальное объемное изображение балансируемого ротора, моделируют на виртуальном роторе статические и моментные дисбалансы до совмещения главной центральной оси инерции с осью вращения, создавая сеточную виртуальную диаграмму с внешней окружностью радиусом r1=rmax при максимальном дисбалансе
Figure 00000029
Δm1=Δmmax и вторично создают дисбаланс радиусом и массой меньшими при максимальном дисбалансе, затем задают параметры дисбалансов, которые осуществляют корректировку масс на виртуальном эталонном образце ротора и наблюдают за виртуальной корректировкой ротора в плоскостях коррекции, создавая базу данных виртуальных образцов роторов, затем устанавливают балансируемый ротор на станке и измеряют динамическое давление в опорах его неуравновешенности, сравнивают его дисбалансы с виртуальными неуравновешенностями по базе данных виртуальальных образцов роторов и по величине отклонения судят о необходимости балансировки ротора, удаляя корректирующую массу, и по минимальному остаточному дисбалансу ротора судят о качестве балансировки.
The method of balancing the rotor, namely, that imbalances are measured, the parameters of corrective actions for each correction plane are determined and the masses are adjusted, the parameters of corrective actions corresponding to the condition of equal to zero residual imbalances in the nominal correction planes are determined taking into account the displacements of the centers of the correcting masses from the nominal radii and rotor correction planes through the procedure for modeling the expected consequences of corrective actions, and iterative calculation In the summer, first, for static balancing, they achieve successively in each nominal plane of correction the reduction to zero of the expected residual imbalances, summing them with current imbalances in the corresponding correction plane, and then, for momentary balancing, they achieve for the rotor as a whole to bring to zero the expected equal in absolute value and opposite residual imbalances , summing them up with the current imbalances in each nominal correction plane, after which the rotor mass is adjusted, characterized in that about create a virtual volumetric image of a balanced rotor, simulate static and momentary imbalances on a virtual rotor to combine the main central axis of inertia with the axis of rotation, creating a virtual grid diagram with an outer circle of radius rone= rmax at maximum imbalance
Figure 00000029
 Δmone= Δmmax and for the second time create an imbalance with a radius and mass smaller at the maximum imbalance, then set the imbalance parameters that carry out the mass correction on the virtual reference rotor sample and observe the virtual rotor correction in the correction planes, creating a database of virtual rotor samples, then set up a balanced rotor on the machine and measure the dynamic pressure in the supports of its imbalance, compare its imbalances with virtual imbalances on the database of virtual the rotors and the deviation are judged on the need for balancing the rotor, removing the corrective mass, and the minimum residual imbalance of the rotor is judged on the quality of the balancing.
RU2013100611/28A 2013-01-09 2013-01-09 Rotor balancing method RU2548373C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013100611/28A RU2548373C2 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Rotor balancing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013100611/28A RU2548373C2 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Rotor balancing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013100611A RU2013100611A (en) 2014-07-20
RU2548373C2 true RU2548373C2 (en) 2015-04-20

Family

ID=51215063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013100611/28A RU2548373C2 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Rotor balancing method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2548373C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1120197A1 (en) * 1982-01-07 1984-10-23 Предприятие П/Я А-3697 Device for measuring disbalance
RU2163008C2 (en) * 1999-04-30 2001-02-10 Черничкин Александр Сергеевич Process of rotor balancing
RU2460052C1 (en) * 2011-04-08 2012-08-27 Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" Method of static balancing of hydraulic turbine wheel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1120197A1 (en) * 1982-01-07 1984-10-23 Предприятие П/Я А-3697 Device for measuring disbalance
RU2163008C2 (en) * 1999-04-30 2001-02-10 Черничкин Александр Сергеевич Process of rotor balancing
RU2460052C1 (en) * 2011-04-08 2012-08-27 Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" Method of static balancing of hydraulic turbine wheel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.К.Скворчевский, Е.Б.Промыслов. Уравновешивание вращающихся масс гироприборов. Ленинград, "Судостроение", 1977, стр.23-27 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013100611A (en) 2014-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thearle Dynamic balancing of rotating machinery in the field
CN104568313B (en) Influence coefficient dynamic balance method on rotating machine with multiple plane, multiple-points and multiple revolving speed shafting
CN102620892B (en) Dynamic balance testing method for rotatable part
JP5622177B2 (en) How to obtain influence coefficient
KR101806139B1 (en) Performance Testing Device for Multirotor
CN103257044B (en) For visualizing equipment and method of the rotational structure relative to the position of fixed structure
CN110118632A (en) By the method for the degree of unbalancedness of displacement sensor axis elastic rotor
CN102778333B (en) Method for performing dynamic balance test on large rotating part
CN102928222A (en) Method for testing and identifying dynamic characteristic coefficients of sliding bearing
JP4772594B2 (en) Low-speed balance method and low-speed balance enforcement device for rotating equipment
CN105478245B (en) The double freedom precision centrifuge countershaft unbalancing value discrimination method detected based on spindle vibration
CN109115408B (en) Dynamic balance test method of large hydroelectric generating set based on centrifugal force equation
JP7382143B2 (en) How to calibrate a balancing machine
Everett Two-plane balancing of a rotor system without phase response measurements
RU2499985C1 (en) Rotor balancing method in one correction plane
RU2548373C2 (en) Rotor balancing method
RU2427801C2 (en) Method of predicting variable component of output signal of electromechanical angular velocity sensor (avs) during manufacture of gyromotor thereof based on characteristics of angular vibrations excited by gyromotor, and installation for realising said method
CN111024312A (en) Impeller fan on-site dynamic balance method
JP2003302305A (en) Method and apparatus for correcting unbalance
Kang et al. Development and modification of a unified balancing method for unsymmetrical rotor-bearing systems
CN109847952B (en) Dynamic balance method of double-shaft precision centrifuge turntable based on driving current
CN116209827A (en) Imbalance estimation of a wind rotor of a wind turbine
RU2310177C1 (en) Method of balancing asymmetrical rotors
JPS6140331B2 (en)
RU2790897C1 (en) Method of dynamic balancing of the rotor in two planes of correction

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180110