RU2789214C1 - Method for automatic multiple-vector balancing of turbo machine impellers and apparatus for implementation thereof - Google Patents

Method for automatic multiple-vector balancing of turbo machine impellers and apparatus for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2789214C1
RU2789214C1 RU2022104291A RU2022104291A RU2789214C1 RU 2789214 C1 RU2789214 C1 RU 2789214C1 RU 2022104291 A RU2022104291 A RU 2022104291A RU 2022104291 A RU2022104291 A RU 2022104291A RU 2789214 C1 RU2789214 C1 RU 2789214C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
balancing
rotation
impeller
axis
plane
Prior art date
Application number
RU2022104291A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Алексеевич Старцев
Николай Владимирович Макаров
Владимир Николаевич Макаров
Александр Владимирович Угольников
Ирина Дмитриевна Пешкова
Владимир Андреевич Торопов
Тимур Зияевич Гамидов
Кирилл Иванович Яковлев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный горный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный горный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный горный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2789214C1 publication Critical patent/RU2789214C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering and can be used for automatic balancing of rotors of turbo machines. Method for automatic multiple-vector balancing of turbo machine impellers includes the stages of moving the balancing weights in a plane perpendicular to the axis of rotation under the effect of unbalanced masses creating centrifugal forces, wherein the balancing mass is moved both in the plane of rotation of the impeller and in planes parallel to the axis of rotation, independently, and rotated relative to three axes, wherein one of said axes is the axis of rotation of the impeller, and the other two axes lie in a plane perpendicular to the axis of rotation, under the effect of radial and tangential inertial forces caused by the unbalanced masses until complete balancing thereof. Apparatus for automatic multiple-vector balancing of turbo machine impellers includes a balancing mass secured in the plane of the rotating sleeve of the turbo machine impeller, wherein the balancing mass consists of metal balls placed in a hollow toroid and is fixed freely by elastic-damping links symmetrically along the axis of the shaft of the turbo machine impeller, and springs and dampers located in the plane of rotation of the turbo machine impeller act as elastic-damping links.
EFFECT: structural arrangement of the springs and dampers along the cylinder generatrix symmetrical to the axis of rotation of the impeller, rigidly connected to the hollow toroid, ensured automatic multiple-vector balancing of turbo machine impellers.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматического балансирования роторов турбомашин.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used for automatic balancing of the rotors of turbomachines.

Все турбомашины испытывают на себе действие инерционных сил, обусловленных неизбежным формированием неуравновешенных масс, то есть дисбаланса, в процессе изготовления и эксплуатации деталей и узлов, даже при условии первоначальной идеальной балансировки. Следствием дисбаланса является повышенный шум и вибрация. Вибрация, возникающая при работе машин и механизмов, являются источником переменных сил, действующих на элементы машины, создавая дополнительные динамические нагрузки на детали, увеличивают их износ, значительно снижают срок службы, оказывают неблагоприятное физиологическое воздействие на человека. Колебания могут привести к возникновению явления резонанса и вызвать полное разрушение механизма. Эксплуатационные показатели ухудшаются из-за поглощения энергии вибрацией корпуса и опорами механизма. Чрезмерные колебания могут передаваться на смежные машины и существенно вредить их точности и правильному функционированию. Для уменьшения неуравновешенности при изготовлении, ремонте, эксплуатации производят балансировку тел вращения путем уменьшения переменных сил за счёт изменения массы или геометрии.All turbomachines experience the action of inertial forces due to the inevitable formation of unbalanced masses, that is, imbalance, in the process of manufacturing and operating parts and assemblies, even under the condition of initial ideal balancing. The result of imbalance is increased noise and vibration. Vibration that occurs during the operation of machines and mechanisms is a source of variable forces acting on machine elements, creating additional dynamic loads on parts, increase their wear, significantly reduce service life, and have an adverse physiological effect on humans. Vibrations can lead to the occurrence of the phenomenon of resonance and cause the complete destruction of the mechanism. Performance is degraded due to the absorption of energy by the vibration of the case and the mechanism mounts. Excessive vibrations can be transmitted to adjacent machines and significantly impair their accuracy and proper functioning. To reduce imbalance in the manufacture, repair, operation, bodies of revolution are balanced by reducing variable forces due to changes in mass or geometry.

Известен способ автоматического уравновешивания турбомашин (Патент РФ №2158907), заключающийся в частичном заполнении балансировочного пространства ротора уравновешивающей массой, в качестве которой используют легкоплавкие вещества, способные неоднократно изменять свое агрегатное состояние, принимать жидкое состояние и под действием инерционных сил перемещаться в балансировочном пространстве, занимать в области закритического режима вращения ротора положение, противоположное неуравновешенной массе ротора, и затвердевать до полной их фиксации в балансировочном пространстве при отводе теплоты. Изменения агрегатного состояния легкоплавкого вещества до первоначальной текучести производится посредством подвода дополнительной энергии с последующим отводом для полного затвердевания. [1]A known method of automatic balancing of turbomachines (RF Patent No. 2158907 ), which consists in partially filling the balancing space of the rotor with a balancing mass, which is used as low-melting substances that can repeatedly change their state of aggregation, take on a liquid state and, under the action of inertial forces, move in the balancing space, occupy in the region of the supercritical mode of rotation of the rotor, the position is opposite to the unbalanced mass of the rotor, and solidify until they are completely fixed in the balancing space when heat is removed. Changes in the state of aggregation of a low-melting substance to the initial fluidity are carried out by supplying additional energy, followed by removal for complete solidification. [1]

Недостаток способа заключается в том, что он не может постоянно пассивно устранять дисбаланс, т.к. после первоначального застывания и балансирования неминуемо образуется новый дисбаланс, для устранения которого потребуется заново придать легкоплавкому веществу жидкое состояние за счёт подвода дополнительной энергии, что, в свою очередь, осложняет способ и устройство для его реализации.The disadvantage of this method is that it cannot constantly passively correct the imbalance, because after the initial solidification and balancing, a new imbalance inevitably forms, to eliminate which it will be necessary to re-liquidate the fusible substance by supplying additional energy, which, in turn, complicates the method and device for its implementation.

Наиболее близким по исполнению к предлагаемому способу автоматической балансировки является способ, реализуемый в устройстве шаровой конструкции состоящей из уравновешивающей массы в виде шаров, размещенных во втулке конической формы (Куинджи А. А., Колосов Ю. А., Народицкая Ю. И. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин. М., «Машиностроение», 1974, 152 с.). Эта конструкция уравновешивает ротор с вертикальной осью вращения и устанавливается на вал ротора. При неподвижном роторе шары находятся в нижней части обоймы под действием сил тяжести. С увеличением скорости, они под действием центробежной силы перемещаются в направлении противоположном избыточной неуравновешенной массы, тем самым устраняя неуравновешенность движущихся частей. [2]The closest in execution to the proposed method of automatic balancing is the method implemented in the device of a spherical structure consisting of a balancing mass in the form of balls placed in a conical bushing (Kuindzhi A. A., Kolosov Yu. A., Naroditskaya Yu. I. Automatic balancing rotors of high-speed machines, M., Mashinostroenie, 1974, 152 pp.). This design balances the rotor with a vertical axis of rotation and is mounted on the rotor shaft. When the rotor is stationary, the balls are in the lower part of the cage under the action of gravity. With an increase in speed, they move under the action of centrifugal force in the direction opposite to the excess unbalanced mass, thereby eliminating the unbalance of the moving parts. [2]

Данный способ обеспечивает постоянную пассивную балансировку, которая не требует остановки ротора, вмешательства человека и дополнительного оборудования, т.е. является полностью независимым способом балансировки.This method provides constant passive balancing, which does not require the rotor to stop, human intervention and additional equipment, i.e. is a completely independent way of balancing.

Однако, вышеуказанный способ и устройство для его реализации позволяет устранять дисбаланс только в плоскости вращения колеса ротора, конструктивно не позволяет устранять поперечные колебания и соответственно динамические моменты, особенно опасные для турбомашин с широкими лопатками рабочих колёс.However, the above method and device for its implementation allows to eliminate imbalance only in the plane of rotation of the rotor wheel, structurally does not allow to eliminate transverse vibrations and, accordingly, dynamic moments, which are especially dangerous for turbomachines with wide impeller blades.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке принципиально нового способа балансирования и создание устройства для его реализации, позволяющей устранять дисбаланс в направлениях всех 6 степенях свободы.The objective of the proposed invention is to develop a fundamentally new balancing method and create a device for its implementation, which allows to eliminate the imbalance in the directions of all 6 degrees of freedom.

Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является автоматическая многовекторная балансировка рабочих колёс турбомашин, и как результат:The technical result of using the proposed invention is the automatic multi-vector balancing of the impellers of turbomachines, and as a result:

- снижение виброскорости- decrease in vibration speed

- увеличение срока службы АВО- increase in the service life of air coolers

- снижение динамических нагрузок позволяет снизить удельную металлоёмкость.- reduction of dynamic loads allows to reduce the specific metal consumption.

Данная задача решается за счет того, что способ автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин позволяет в устройствах, его реализующих, уравновешивающую массу перемещать как в плоскости вращения рабочего колеса, так и в плоскостях параллельных оси вращения, независимо друг от друга под действием радиальных и тангенциальных инерционных сил, обусловленных неуравновешенными массами до их полного уравновешивания. Устройство для реализации способа включает в себя уравновешивающую массу, закреплённую в плоскости вращающейся втулки рабочего колеса турбомашины, при этом уравновешивающая масса состоит из металлических шаров, расположенных в полом тороиде, и свободно закреплена упругодемпфирующими связями симметрично по оси вала рабочего колеса турбомашины, а роль упругодемпфирующих связей выполняют пружины и демпферы, расположенные в плоскости вращения рабочего колеса турбомашины, либо по образующей цилиндра, симметричного оси вращения рабочего колеса.This problem is solved due to the fact that the method of automatic multi-vector balancing of impellers of turbomachines allows, in devices that implement it, the balancing mass to be moved both in the plane of rotation of the impeller and in planes parallel to the axis of rotation, independently of each other under the action of radial and tangential inertial forces due to unbalanced masses until they are completely balanced. The device for implementing the method includes a balancing mass fixed in the plane of the rotating bushing of the turbomachine impeller, while the balancing mass consists of metal balls located in a hollow toroid, and is freely fixed by elastic-damping bonds symmetrically along the axis of the turbomachine impeller shaft, and the role of elastic-damping bonds perform springs and dampers located in the plane of rotation of the impeller of the turbomachine, or along the generatrix of the cylinder, symmetrical to the axis of rotation of the impeller.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают, и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:The invention is illustrated by drawings, which do not cover, and even more so do not limit the entire scope of claims of this technical solution, but are only illustrative materials of a particular case of execution:

На фиг. 1 изображено устройство, в составе рабочего колеса, для реализации способа автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин.In FIG. 1 shows a device, as part of an impeller, for implementing a method for automatic multi-vector balancing of turbomachine impellers.

На фиг. 2 изображен вид А с местным разрезом устройства, реализующего предложенный способ автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин.In FIG. 2 shows view A with a local section of a device that implements the proposed method for automatic multi-vector balancing of turbomachine impellers.

На фиг. 3 изображено устройство в составе рабочего колеса для реализации способа автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин в состоянии динамической уравновешенности во время вращения.In FIG. 3 shows a device as part of an impeller for implementing a method for automatic multi-vector balancing of impellers of turbomachines in a state of dynamic balance during rotation.

Устройство для автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин, включающее в себя уравновешивающую массу, состоящую из металлических шаров 1, расположенных в полом тороиде 2, свободно закреплённую упругодемпфирующими связями в виде пружин и демпферов 3, симметрично по оси вала рабочего колеса турбомашины 4. За счет принципиально новой конструкции крепления уравновешивающей массы, состоящей из металлических шаров 1, расположенных в полом тороиде 2 с шестью степенями свободы, позволяющей ей перемещаться в любом направлении, совершая как поступательные, так и вращательные движения, то есть многовекторно, в зависимости от действия динамических неуравновешенных масс вращающегося рабочего колеса турбомашины 4, а так же благодаря упругодемпфирующим связям в виде пружин и демпферов 3, расположенных в плоскости вращения рабочего колеса (см. Фиг.2 поз.3 слева), либо по образующей цилиндра (см. Фиг.2 поз.3 справа), симметричного оси вращения рабочего колеса конструктивно позволяющим уравновешивать и демпфировать поперечные колебания, обусловленные моментами сил, возникающими от неуравновешенных масс.A device for automatic multi-vector balancing of turbomachine impellers, which includes a balancing mass consisting of metal balls 1 located in a hollow toroid 2, freely fixed by elastic-damping connections in the form of springs and dampers 3, symmetrically along the axis of the turbomachine impeller shaft 4. Due to fundamentally a new design of the balancing mass fastening, consisting of metal balls 1 located in a hollow toroid 2 with six degrees of freedom, allowing it to move in any direction, making both translational and rotational movements, that is, multi-vector, depending on the action of dynamic unbalanced masses of the rotating the impeller of the turbomachine 4, as well as due to elastic-damping connections in the form of springs and dampers 3, located in the plane of rotation of the impeller (see Fig.2 pos.3 on the left), or along the generatrix of the cylinder (see Fig.2 pos.3 on the right ), symmetrical to the axis of rotation of the impeller, structurally allow balancing and damping transverse vibrations due to moments of forces arising from unbalanced masses.

Благодаря такому способу и устройству для его реализации уравновешивающая масса, состоящая из металлических шаров 1, расположенных в полом тороиде 2 и свободно закрепленная упругодемпфирующими связями симметрично по оси вала рабочего колеса турбомашины, роль которых выполняют пружины и демпферы 3, расположенные в плоскости вращения рабочего колеса турбомашины 4, либо по образующей цилиндра, симметричного оси вращения рабочего колеса, при вращении ротора рабочего колеса турбомашины 4, под действием центробежных сил переместится, занимая такое положение, которое пространственно противоположно неуравновешенной части ротора и способствует смещению центра тяжести системы к оси вращения (фиг. 3). Thanks to this method and device for its implementation, a balancing mass consisting of metal balls 1 located in a hollow toroid 2 and freely fixed by elastic-damping bonds symmetrically along the axis of the turbomachine impeller shaft, the role of which is played by springs and dampers 3, located in the plane of rotation of the turbomachine impeller 4, or along the generatrix of the cylinder, symmetrical to the axis of rotation of the impeller, when the rotor of the impeller of the turbomachine 4 rotates, it will move under the action of centrifugal forces, occupying a position that is spatially opposite to the unbalanced part of the rotor and contributes to the displacement of the center of gravity of the system to the axis of rotation (Fig. 3 ).

Таким образом, ротор становится полностью сбалансированным по всем 6 степеням свободы, устраняя тем самым вибрации от радиальных и тангенциальных сил и поперечных моментов, т.е. осуществляя многовекторную балансировку.Thus, the rotor becomes fully balanced in all 6 degrees of freedom, thus eliminating vibrations from radial and tangential forces and transverse moments, i.e. performing multi-vector balancing.

Патент РФ №2158907 «СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ РОТАТИВНЫХ СИСТЕМ»RF patent №2158907 "METHOD FOR AUTOMATIC BALANCE OF ROTATIONAL SYSTEMS"

Куинджи А. А., Колосов Ю. А., Народицкая Ю. И. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин. М., «Машиностроение». 1974г. 152с.Kuindzhi AA, Kolosov Yu. A., Naroditskaya Yu. I. Automatic balancing of rotors of high-speed machines. M., "Engineering". 1974 152s.

Claims (3)

1. Способ автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин, включающий в себя перемещение балансировочных грузов в плоскости, перпендикулярной оси вращения, под действием неуравновешенных масс, создающих центробежные силы, отличающийся тем, что уравновешивающие массы перемещают как в плоскости вращения рабочего колеса, так и в плоскостях, параллельных оси вращения, независимо друг от друга и поворачивают относительно трёх осей, одна из которых является осью вращения рабочего колеса, а две другие лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения, под действием радиальных и тангенциальных инерционных сил, обусловленных неуравновешенными массами до их полного уравновешивания. 1. A method for automatic multi-vector balancing of impellers of turbomachines, including the movement of balancing weights in a plane perpendicular to the axis of rotation, under the action of unbalanced masses that create centrifugal forces, characterized in that the balancing masses are moved both in the plane of rotation of the impeller and in planes , parallel to the axis of rotation, independently of each other and rotate about three axes, one of which is the axis of rotation of the impeller, and the other two lie in a plane perpendicular to the axis of rotation, under the action of radial and tangential inertial forces due to unbalanced masses until they are completely balanced . 2. Устройство для автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин, включающее в себя уравновешивающую массу, закреплённую в плоскости вращающейся втулки рабочего колеса турбомашины, отличающееся тем, что уравновешивающая масса состоит из металлических шаров, размещённых в полом тороиде, и свободно закреплена упругодемпфирующими связями симметрично по оси вала рабочего колеса турбомашины, при этом роль упругодемпфирующих связей выполняют пружины и демпферы, расположенные в плоскости вращения рабочего колеса турбомашины.2. A device for automatic multi-vector balancing of turbomachine impellers, including a balancing mass fixed in the plane of the rotating sleeve of the turbomachine impeller, characterized in that the balancing mass consists of metal balls placed in a hollow toroid, and is freely fixed by elastic-damping bonds symmetrically along the axis shaft of the impeller of the turbomachine, while the role of elastic damping links is performed by springs and dampers located in the plane of rotation of the impeller of the turbomachine. 3. Устройство автоматической многовекторной балансировки рабочих колёс турбомашин по п.2, отличающееся тем, что пружины и демпферы расположены по образующей цилиндра, симметричной оси вращения рабочего колеса.3. A device for automatic multi-vector balancing of impellers of turbomachines according to claim 2, characterized in that the springs and dampers are located along the generatrix of the cylinder, symmetrical to the axis of rotation of the impeller.
RU2022104291A 2022-02-18 Method for automatic multiple-vector balancing of turbo machine impellers and apparatus for implementation thereof RU2789214C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789214C1 true RU2789214C1 (en) 2023-01-31

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU436729A1 (en) * 1971-05-25 1974-07-25 Одесское специальное конструкторское бюро специальных станков Circle balancing device
SU444019A1 (en) * 1973-04-04 1974-09-25 Предприятие По Ремонту Электроэнергетического Оборудования "Эрп Харьковэнерго" Automatic coupling half for dynamic balancing
SU1013788A1 (en) * 1981-12-14 1983-04-23 Kupryashov Vasilij D Device for balancing of bodies of revolution
RU2597722C2 (en) * 2012-04-04 2016-09-20 Эллиотт Компани Passive dynamic inertial rotor balance system for turbomachinery
US10731466B2 (en) * 2015-12-02 2020-08-04 Nuovo Pignone Technologie Srl Balancing device for a rotor including multidirectional balancing tools

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU436729A1 (en) * 1971-05-25 1974-07-25 Одесское специальное конструкторское бюро специальных станков Circle balancing device
SU444019A1 (en) * 1973-04-04 1974-09-25 Предприятие По Ремонту Электроэнергетического Оборудования "Эрп Харьковэнерго" Automatic coupling half for dynamic balancing
SU1013788A1 (en) * 1981-12-14 1983-04-23 Kupryashov Vasilij D Device for balancing of bodies of revolution
RU2597722C2 (en) * 2012-04-04 2016-09-20 Эллиотт Компани Passive dynamic inertial rotor balance system for turbomachinery
US10731466B2 (en) * 2015-12-02 2020-08-04 Nuovo Pignone Technologie Srl Balancing device for a rotor including multidirectional balancing tools

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Куинджи А.А., Колосов Ю.А., Народицкая Ю.И. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин. - М.: Машиностроение, 1974, стр. 72, рис. 60. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2109097C1 (en) Washing machine, equalizing member and method for dynamic equalization of rotating member
CN106768643B (en) A kind of quick weight adjusting device of rotating machinery dynamic balancing and method
CN105352732A (en) Aeroengine fan shaft composite static force and fatigue tester
JP5873954B2 (en) Passive dynamic inertia rotor balance system for turbomachinery
JPH0641779B2 (en) Equipment for balancing rotating parts
CA1102773A (en) Blade-mounted centrifugal pendulum
CN110006659A (en) A kind of gear drive Duct-Burning Turbofan low pressure rotor system model exerciser
RU2789214C1 (en) Method for automatic multiple-vector balancing of turbo machine impellers and apparatus for implementation thereof
US2137591A (en) Vibration damping device
CN104713708B (en) Main shaft fatigue experimental device
Rezaee et al. Dynamics and stability of non-planar rigid rotor equipped with two ball-spring autobalancers
CN104033356A (en) Crank shaft vacuum air pump and glass cleaning device thereof
US2751262A (en) Resilient bearing support for balancing machines
CN212412960U (en) Rotor balance structure of turbonator
JP7284168B2 (en) helicopter kit
RU2780246C2 (en) Vibration damping device for helicopter
RU2302295C1 (en) Self-balancing vertical rotor mechanism having gas-static bearing unit
US2316288A (en) Device for preventing speed oscillations and vibrations of the rotary members of machines
RU2246055C1 (en) Vertical rotor installation with gas-static support
SU175283A1 (en) METHOD FOR EQUALIZING SPATIAL MECHANISMS
US2393029A (en) Counterweight arrangement on crank drives
RU2474799C1 (en) Rotor balancing device
RU2236904C1 (en) Vertical rotary plant with gas-static bearing unit
RU92626U1 (en) GRINDING MACHINE WITH SELF-BALANCING DEVICE
RU2103783C1 (en) Method for high-speed balancing of flexible rotor