СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА
METHOD AND APPARATUS FOR BALANCING THE ROTOR

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям.
В частности, настоящее изобретение связано со способом балансировки ротора для газотурбинного двигателя и с устройством для балансировки ротора.
Уровень техники
Газотурбинные двигатели, которые являются конкретным примером турбомашин, обычно включают в себя ротор с некоторым количеством рядов вращающихся лопаток ротора, которые прикреплены к валу ротора. Когда горячая и нагнетаемая рабочая текучая среда течет через ряды лопаток в главном проходе газовой турбины, она передает импульс лопаткам ротора и, таким образом, приводит ротор во вращательное движение. В результате любого дисбаланса ротора возникают вибрации, которые могут отрицательно влиять на эффективность и срок службы газовой турбины. Для удовлетворительной работы, таким образом, требуется точная балансировка ротора для подавления вибраций. Для этой цели, ротор подвергается процедуре балансировки, при которой оценивается дисбаланс, и на ротор устанавливаются балансировочные грузики.
Известная процедура балансировки может содержать этапы, на которых устанавливают ротор в сборе на балансировочную машину, приводят ротор во вращение с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации ротора в ходе так называемого базового прогона. Затем калибровочный грузик временно устанавливают на одну из доступных плоскостей коррекции, включенных в конструкцию ротора. Ротор снова приводят во вращение и измеряют вибрации с калибровочным грузиком, находящимся в соответствующем месте. Этот так называемый прогон с воздействием выполняется для каждой доступной плоскости коррекции отдельно для оценивания ее реакции на вибрацию. На основе сравнения с базовым прогоном, устанавливают корректировочные грузики. Балансировочные грузики устанавливают для уменьшения дисбаланса ротора, и, таким образом, они обычно отличаются от балансировочных грузиков как в отношении массы, так и в отношении углового положения.
Было обнаружено, что роторы некоторых типов, которые могут быть названы «нечувствительными роторами», труднее сбалансировать с использованием известной процедуры. Другими словами, в то время как некоторые общепринятые роторы могут быть сбалансированы посредством выполнения, например, четырех или пяти прогонов в балансировочной машине, нечувствительные роторы могут потребовать значительно большего числа прогонов для удовлетворения требований применимого стандарта балансировки. В некоторых случаях, нечувствительный ротор требует более 10 прогонов для балансировки, что приводит по меньшей мере к одному дополнительному рабочему дню по сравнению с чувствительным ротором.
Следовательно, крайне необходим способ балансировки ротора, уменьшающий число итераций, необходимых для балансировки, по сравнению с общепринятыми способами.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению, обеспечен способ, компьютерно-читаемый носитель данных и балансировочная машина, описанные в прилагаемой формуле изобретения. Другие признаки изобретения будут понятны из зависимых пунктов формулы изобретения и из нижеследующего описания.
Соответственно, может быть обеспечен способ балансировки ротора для газовой турбины, причем способ содержит этап, на котором обеспечивают ротор (100), содержащий: первый подшипник (140) и второй подшипник (142), и множество плоскостей (150) коррекции, содержащих первую плоскость (152) коррекции и вторую плоскость (154) коррекции. Способ дополнительно содержит этап, на котором устанавливают ротор (100) для балансировки посредством этапов, на которых принимают первый подшипник (140) на первом основании (212) и второй подшипник (142) на втором основании (214). Способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют базовый прогон посредством этапов, на которых: приводят во вращение ротор (100) с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании (212). Способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют частичную балансировку и первый прогон с воздействием ротора (100) посредством этапов, на которых: устанавливают первый балансировочный грузик (W1) на первую плоскость (152) коррекции для уменьшения вибраций на первом основании (212). Способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют первый прогон с воздействием посредством этапов, на которых: приводят во вращение ротор (100) с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании (212) и втором основании (214), оставляют первый балансировочный грузик (W1) установленным для всех следующих прогонов с воздействием. Способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют второй прогон с воздействием посредством этапов, на которых: устанавливают первый калибровочный грузик (М1) на вторую плоскость (154) коррекции, приводят во вращение ротор (100) с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании (212) и втором основании (214), и удаляют первый калибровочный грузик (М1). Способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют конечную балансировку ротора (100) посредством этапов, на которых: устанавливают конечный балансировочный грузик (W1’) на первую плоскость (152) коррекции и второй балансировочный грузик (W2) на вторую плоскость (154) коррекции в зависимости от вибраций, измеренных в ходе первого прогона с воздействием и второго прогона с воздействием. Иллюстративный способ может обеспечить улучшенный способ, посредством которого роторы могут балансироваться, и, в частности, посредством которого нечувствительные роторы могут балансироваться более эффективно.
Согласно некоторым примерам, конечный балансировочный грузик (W1’) устанавливают на первую плоскость (152) коррекции дополнительно к первому балансировочному грузику (W1). Посредством установки конечного балансировочного грузика (W1’) на первую плоскость (152) коррекции дополнительно к первому балансировочному грузику (W1), процедура балансировки может быть выполнена быстрее и с лучшими результатами.
Согласно некоторым примерам, конечный балансировочный грузик (W1’) устанавливают на первую плоскость (152) коррекции, и первый балансировочный грузик (W1) удаляют с первой плоскости (152) коррекции в ходе конечной балансировки ротора (100). Посредством удаления первого балансировочного грузика (W1), можно использовать единственный балансировочный грузик, т.е., конечный балансировочный грузик (W1’), причем иначе два балансировочных грузика были бы установлены, и можно получить такое же уменьшение вибраций.
Согласно некоторым примерам, способ содержит этап, на котором обеспечивают набор данных, содержащий: эталонные измерения вибраций, полученные во время балансировки по меньшей мере одного эталонного ротора (100), относящегося к тому же типу изделий, что и ротор (100), или по меньшей мере первый эталонный вектор воздействия первой плоскости (152) коррекции, причем эталонный вектор воздействия является вектором воздействия первой плоскости (152) коррекции эталонного ротора (100), относящегося к тому же типу изделий, что и ротор (100). Посредством обеспечения набора данных с эталонными измерениями вибраций по меньшей мере одного эталонного ротора, доступные данные о более ранней балансировке используются для эффективной по времени балансировки ротора (100). Для плоскости коррекции ротора (100), в частности, для чувствительной плоскости коррекции, эталонный вектор воздействия ротора, относящегося к тому же типу изделий, может быть пригодной аппроксимацией фактического вектора воздействия, используемой, таким образом, для определения первого балансировочного грузика (W1) и его углового положения на первой плоскости коррекции.
Согласно некоторым примерам, этап установки первого балансировочного грузика (W1) содержит этап, на котором используют набор данных для определения массы и углового положения первого балансировочного грузика (W1) для уменьшения вибраций на первом основании (212). Посредством определения массы и углового положения первого балансировочного грузика с использованием доступных данных, можно эффективно устанавливать первый балансировочный грузик для значительного уменьшения вибраций на первом основании (212).
Согласно некоторым примерам, модуль первого эталонного вектора воздействия больше модуля второго эталонного вектора воздействия второй плоскости (154) коррекции, причем второй эталонный вектор воздействия является вектором воздействия второй плоскости (154) коррекции эталонного ротора (100), и причем второй эталонный вектор воздействия либо содержится в наборе данных, либо может быть вычислен на основании измерений вибраций набора данных. Когда модули векторов воздействия сильно отличаются, это может указывать на то, что меньший вектор воздействия описывает нечувствительную плоскость коррекции. Соответственно, способ балансировки может быть улучшен посредством распознавания и эффективного использования чувствительной плоскости коррекции для частичной балансировки и как чувствительной, так и нечувствительной плоскости коррекции для конечной (или «остаточной») балансировки.
Согласно некоторым примерам, набор данных содержит эталонные векторы воздействия первой плоскости (152) коррекции и второй плоскости (154) коррекции множества эталонных роторов (100); и причем способ содержит этап, на котором выбирают первое основание (212) ротора (100) для частичной балансировки после определения того, что фаза эталонных векторов воздействия первой плоскости (152) коррекции эталонных роторов (100) имеет меньший статистический разброс, чем фаза эталонных векторов воздействия второй плоскости (154) коррекции эталонных роторов (100). На основании определения того, что векторы воздействия конкретной плоскости коррекции имеют больший фазовый разброс относительно конкретного основания, можно сделать вывод о том, что это конкретное основание труднее сбалансировать с использованием конкретной плоскости коррекции. Результаты частичной балансировки могут быть, таким образом, улучшены посредством соответствующего выбора.
Согласно некоторым примерам, набор данных содержит эталонные векторы воздействия второй плоскости (154) коррекции множества эталонных роторов (100); и причем способ содержит этап, на котором выбирают первое основание (212) ротора (100) для частичной балансировки после определения того, что фаза эталонных векторов воздействия второй плоскости (152) коррекции эталонных роторов (100) относительно первого основания (212) имеет больший статистический разброс, чем фаза эталонных векторов воздействия второй плоскости (154) коррекции относительно второго основания (214) эталонных роторов (100).
Согласно некоторым примерам, набор данных содержит множество эталонных векторов воздействия второй плоскости (154) коррекции, причем эталонные векторы воздействия являются векторами воздействия множества эталонных роторов (100); и причем способ содержит этап, на котором выбирают первое основание (212) ротора (100) для частичной балансировки посредством этапов, на которых: определяют, что фаза эталонных векторов воздействия первых оснований (212) эталонных роторов (100) имеет статистический разброс, который приблизительно равен статистическому разбросу фазы эталонных векторов воздействия вторых оснований (214) эталонных роторов (100), и определяют, что на первом основании (212) детектируются большие вибрации, чем на втором основании (214), в ходе измерений вибраций базового прогона ротора (100). Если на основе технической информации о том, что фазовые разбросы почти равны, будет определено, что оба основания приблизительно одинаково трудно балансировать, то может потребоваться выполнить частичную балансировку на основании, подвергающемся большим вибрациям. Посредством этого результаты частичной балансировки могут быть улучшены, поскольку большие вибрации потребуют более тяжелого балансировочного грузика. В свою очередь, более тяжелый балансировочный грузик будет означать уменьшенную зависимость от точности углового положения, т.е., фазы.
Согласно некоторым примерам, этап установки первого балансировочного грузика (W1) содержит этап, на котором вычисляют средний вектор воздействия на основании эталонных векторов воздействия первой плоскости (152) коррекции для определения массы и углового положения первого балансировочного грузика (W1). Использование среднего вектора воздействия может улучшить аппроксимацию величины, описывающей ротор (100), посредством использования величины, описывающей эталонные роторы (100).
Согласно некоторым примерам, способ содержит этап, на котором выполняют третий прогон с воздействием после второго прогона с воздействием посредством этапов, на которых: устанавливают второй калибровочный грузик (М2) на третью плоскость (156) коррекции, приводят во вращение ротор (100) с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании (212) и/или втором основании (214), и удаляют второй калибровочный грузик (М2); и причем этап установки конечного балансировочного грузика (W1’) и второго балансировочного грузика (W2) в ходе выполнения конечной балансировки ротора (100) также содержит этап, на котором: устанавливают третий балансировочный грузик (W3) на третью плоскость (156) коррекции в зависимости от вибраций, измеренных в ходе базового прогона и третьего прогона с воздействием. Посредством установки третьего балансировочного грузика могут быть улучшены общие результаты балансировки.
Согласно некоторым примерам, заданная балансировочная частота вращения является полной рабочей частотой вращения, равной или примерно равной критической частоте вращения ротора, при которой форма колебаний ротора становится значимой для соображений балансировки. Например, ротор может вращаться с частотой вращения, равной или примерно равной первой критической частоте вращения ротора (100), при которой первая изгибная форма колебаний ротора становится значимой для соображений балансировки.
Согласно другому примеру, может быть обеспечен компьютерно-читаемый носитель данных, содержащий: команды для выполнения способа настоящего изобретения.
Согласно некоторым примерам, компьютерно-читаемый носитель данных содержит набор данных, описанный выше. Посредством обеспечения набора данных на компьютерно-читаемом носителе данных, может быть обеспечено решение для балансировки, которое является удобным для пользователя и эффективным.
Согласно некоторым примерам, компьютерно-читаемый носитель данных выполнен с возможностью давать обрабатывающему блоку команду вычислить массу и угловое положение первого балансировочного грузика (W1) с использованием набора данных. Это может увеличить удобство для пользователя, эффективность и точность размещения грузиков.
Согласно другому примеру, может быть обеспечена балансировочная машина (200), содержащая компьютерно-читаемый носитель данных, описанный выше, причем балансировочная машина (200) содержит первое основание (212) и второе основание (214).
Краткое описание чертежей
Примеры настоящего изобретения будут теперь описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 является схематическим изображением примера турбомашины;
Фиг. 2 является поперечным сечением известного ротора турбомашины;
Фиг. 3 является частичным поперечным сечением балансировочной машины согласно настоящему изобретению и известного ротора, показанного на фиг. 2; и
Фиг. 4 показывает способ балансировки ротора согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к способу балансировки ротора, используемого в турбомашине, такой как газовая турбина.
В качестве контекста, фиг. 1 показывает известное расположение, к которому могут быть применены признаки настоящего изобретения.
Фиг. 1 показывает пример газотурбинного двигателя 60 в сечении, которое показывает природу ротора и среду, в которой он работает. Газотурбинный двигатель 60 содержит, последовательно, впускное отверстие 62, секцию 64 компрессора, секцию 66 сгорания, и секцию 68 турбины, которые обычно расположены последовательно и обычно расположены в направлении продольной оси или оси 30 вращения. Газотурбинный двигатель 60 дополнительно содержит вал 72 ротора, который может вращаться относительно оси 30 вращения и который продолжается продольно через газотурбинный двигатель 60. Ось 30 вращения обычно является осью вращения соответствующего газотурбинного двигателя. Следовательно, любыми ориентирами для «осевого», «радиального» и «кругового» направлений являются ориентиры относительно оси 30 вращения. Радиальное направление 40 по существу перпендикулярно оси 30 вращения, в то время как круговое направление перпендикулярно как оси 30 вращения, так и радиальному направлению 40.
Вал 72 соединяет с возможностью передачи движения секцию 68 турбины и секцию 64 компрессора.
При работе газотурбинного двигателя 60, воздух 74, который втягивается через впускное отверстие 62 воздуха, сжимается секцией 64 компрессора и доставляется в секцию сгорания или секцию 66 горелок. Секция 66 горелок содержит ресивер 76 горелок, одну или несколько камер 78 сгорания, определяемых оболочкой 80 с двойной стенкой, и по меньшей мере одну горелку 82, установленную в каждой камере 78 сгорания. Камеры 78 сгорания и горелки 82 расположены внутри ресивера 76 горелок. Сжатый воздух, проходящий через секцию 64 компрессора, входит в диффузор 84 и выпускается из диффузора 84 в ресивер 76 горелок, откуда часть воздуха входит в горелку 82 и смешивается с газообразным или жидким топливом. Смесь воздуха/топлива затем сгорает, и газ 86 сгорания, или рабочий газ, образованный продуктами сгорания, направляется по каналу через проходной тракт 88 в секцию 68 турбины.
Секция 68 турбины может содержать некоторое количество несущих-лопатки дисков 90 или рабочих колес турбины, прикрепленных к валу 72 ротора. В показанном примере, секция 68 турбины содержит два диска 90, каждый из которых несет кольцевой массив турбинных модулей 12, каждый из которых содержит аэродинамический профиль 14, реализованный в виде лопатки турбины. Решетки 92 турбины расположены между лопатками турбины. Каждая решетка 92 турбины несет кольцевой массив турбинных модулей 12, каждый из которых содержит аэродинамический профиль 14 в форме направляющих лопастей, которые прикреплены к статору газотурбинного двигателя 60.
Фиг. 2 является схематическим поперечным сечением иллюстративного ротора 100, к которому может быть применен способ балансировки ротора согласно настоящему изобретению.
Ротор 100 (или «ротор в сборе») имеет удлиненную форму. Например, ротор в сборе газовой турбины фиг. 1 содержит, в общем, цилиндрический вал 72 ротора, несущий множество дисков турбины и дисков 90 компрессора. Продольный размер ротора 100 ограничен парой аксиальных концов 102, 104. Первый аксиальный конец 102 является верхним по потоку концом относительно потока рабочей текучей среды, в то время как второй аксиальный конец 104 является нижним по потоку концом.
Ротор 100 содержит входной короткий вал 106 и выходной короткий вал 108. Входной короткий вал 106 расположен по направлению к первому концу 102, в то время как выходной короткий вал 108 расположен по направлению ко второму концу 104. Дополнительно, ротор 100 содержит вал 110 ротора, несущий силовые турбинные роторные диски 120 и компрессорные турбинные роторные диски 130. Роторные диски 120, 130 несет вал 110 ротора.
Ротор 100 содержит пару подшипников 140, 142. Эти подшипники (или «опорные участки» или «пояски») выполнены с возможностью приниматься внутри корпусов подшипников газовой турбины. Согласно настоящему примеру, каждый подшипник 140, 142 содержит гладкую радиальную поверхность, коаксиально расположенную вокруг оси 30 вращения. Посредством подшипников, ротор 100 радиально располагается и поддерживается против действия сил в радиальном направлении 40. Такие силы включают в себя вес ротора, а также динамические силы, в частности, силы, являющиеся следствием дисбаланса ротора 100.
На роторе 100 обеспечено множество плоскостей 150 коррекции, посредством которых может быть уменьшен дисбаланс ротора 100. В соответствии с использованием термина «плоскость коррекции» в данной области техники следует понимать, что он относится к структурному признаку ротора, а не к геометрической плоскости. Другими словами, плоскость коррекции является областью или сегментом ротора 100. Множество плоскостей 150 коррекции выполнено с возможностью селективно принимать и удерживать дополнительную массу таким образом, чтобы распределение масс ротора 100 могло быть изменено посредством добавления упомянутой дополнительной массы. Другими словами, каждая плоскость 150 коррекции выполнена с возможностью принимать и удерживать грузики в отверстиях 158 (или углублениях), определяемых ротором 100.
Множественные плоскости 150 коррекции находятся на расстоянии друг от друга вдоль оси 30 вращения. Таким образом обеспечивается средство для настройки распределения масс в каждом аксиальном положении, где расположена плоскость коррекции. В некоторых известных роторах, плоскости коррекции расположены там, где конструкция ротора это позволяет, а не там, где это было бы желательно. Другими словами, вследствие конструктивных ограничений плоскости коррекции расположены там, где конструктивно возможно их обеспечить, но не обязательно в областях, которые обеспечивают максимальную реакцию на балансировочную настройку. Дополнительно, некоторые плоскости коррекции могут быть труднодоступными, поскольку другие конструкции ротора могут затруднять доступ к ним. Таким образом, считается желательным оптимизировать эффективность доступных плоскостей коррекции.
Согласно настоящему примеру, обеспечена первая плоскость 152 коррекции, вторая плоскость 154 коррекции, и третья плоскость 156 коррекции. Первая плоскость 152 коррекции обеспечена на компрессорном турбинном роторном диске 130. Вторая плоскость 154 коррекции обеспечена на выходном коротком вале 108. Третья плоскость 156 коррекции обеспечена на входном коротком вале 106.
Каждая плоскость 150 коррекции содержит множество отверстий 158, причем каждое множество отверстий 158 расположено симметрично относительно оси 30 вращения. Отверстия 158 плоскости 150 коррекции обеспечены с регулярными интервалами, т.е., с эквидистантными угловыми интервалами, и с фиксированным радиальным расстоянием от оси 30 вращения. Каждое отверстие 158 данной плоскости 152, 154, 156 коррекции, таким образом, имеет конкретное угловое положение. Это конкретное угловое положение может быть использовано для идентификации конкретного отверстия 158 конкретной плоскости 152, 154, 156 коррекции.
Согласно некоторым примерам, плоскость 150 коррекции содержит от шестнадцати до двадцати отверстий 158. Согласно настоящему примеру, обеспечено двадцать отверстий 158, что приводит к угловому интервалу между смежными отверстиями 158, составляющему 18° (градусов дуги) или, эквивалентно, π/10 рад (радиан). Грузик может быть установлен в каждое отверстие для изменения распределения масс ротора 100 в целях балансировки ротора 100.
Фиг. 3 является схематическим поперечным сечением ротора 100 и балансировочной машины 200. Балансировочная машина 200 является элементом испытательного оборудования, выполненного с возможностью имитировать работу ротора 100 в газовой турбине и оценивать характеристики ротора 100 при таких рабочих условиях.
Ротор 100 может быть установлен на балансировочную машину 200 посредством множества оснований 210. Основания 210 выполнены с возможностью нести ротор 100 посредством приема и удерживания подшипников 140, 142. Согласно настоящему примеру, обеспечено первое основание 212 и второе основание 214. Первое основание 212 выполнено с возможностью принимать первый подшипник 140, в то время как второе основание 214 выполнено с возможностью принимать второй подшипник 142.
Балансировочная машина 200 выполнена с возможностью подвергать ротор 100, установленный на нее, вращению с частотой вращения, соответствующей заданной балансировочной частоте вращения. Заданная балансировочная частота вращения является заданной частотой вращения, которая, согласно некоторым примерам, соответствует рабочей частоте вращения ротора 100. В целях высокочастотной балансировки, балансировочная машина 200 может быть выполнена с возможностью подвергать ротор 100 вращению с частотой вращения, равной или примерно равной первой критической частоте вращения ротора 100, при которой первая изгибная форма колебаний ротора становится значимой для соображений балансировки.
Балансировочная машина 200 содержит множество датчиков вибрации. Согласно настоящему примеру, обеспечен первый датчик 222 вибрации и второй датчик 224 вибрации. Первый датчик 222 вибрации расположен на первом основании 212 и выполнен с возможностью измерять вибрации, которым подвергается первое основание 212. Подобным образом, второй датчик 224 вибрации расположен на втором основании 214 и выполнен с возможностью измерять вибрации, которым подвергается второе основание 214. Такие вибрации могут быть вызваны дисбалансом ротора 100 либо на одном, либо на обоих основаниях 212, 214.
Балансировочная машина 200 содержит датчик 230 фазы, выполненный с возможностью детектировать обороты ротора 100. Согласно некоторым примерам, датчик 230 фазы является оптическим датчиком, выполненным с возможностью регистрировать обороты видимого признака на роторе 100, например, метки, нанесенной на поверхность ротора 100. С использованием датчика 230 фазы может быть определена фаза ротора 100, т.е., его ориентация.
Фиг. 4 показывает иллюстративный способ балансировки ротора 100 с использованием балансировочной машины 200. Иллюстративный способ содержит этапы S300 - S370, которые выполняются последовательно.
Более конкретно, способ содержит этапы S300 - S320, согласно которым ротор 100 устанавливают для балансировки. Согласно этапам S300 и S310, обеспечивают ротор 100, и ротор 100 устанавливают на пару оснований 212 посредством приема первого подшипника 140 на первом основании 212 и второго подшипника 142 на втором основании 214, как описано выше в отношении балансировочной машины 200.
Способ дополнительно содержит выполнение этапов S330 - S370, согласно которым оценивают дисбаланс ротора 100 и выполняют балансировку. Более конкретно, способ содержит этап S330, на котором выполняют базовый прогон. Базовый прогон выполняют посредством этапов, на которых приводят во вращение ротор 100 с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании 212. Согласно некоторым примерам, также измеряют вибрации на втором основании 214.
Любые вибрации, детектируемые на первом основании 212, оценивают и определяют, являются ли эти вибрации, и в какой степени являются результатом дисбаланса ротора 100. Согласно настоящему примеру, единственной причиной вибраций является дисбаланс ротора 100.
Базовый набор измерений О вибраций (или «исходное измерение вибраций), содержит первый вибрационный сигнал О1 вибраций, записываемый на первом основании 212, и второй вибрационный сигнал О2, записываемый на втором основании 214, если он записывается. Каждый вибрационный сигнал О1, О2 содержит информацию о величине вибраций и фазе вибраций на соответствующем основании 212, 214. Другими словами, вибрационный сигнал содержит информацию о векторе.
Способ содержит этап 340, на котором выполняют частичную балансировку ротора 100. Посредством частичной балансировки, ротор 100 балансируют в зависимости от вибраций, измеряемых только на одном основании. Эта процедура является, таким образом, «частичной» в том смысле, что любые вибрации на другом основании не учитываются для целей частичной балансировки. Согласно настоящему примеру, частичную балансировку выполняют в отношении вибраций, детектируемых на первом основании 212, и используют первую плоскость 152 коррекции. В общем, может быть выбрано другое основание и/или другая плоскость коррекции. В нижеследующих разделах настоящего изобретения изложены иллюстративные процедуры для выбора основания и, подобным образом, для выбора плоскости коррекции, пригодной для уменьшения вибраций на выбранном основании.
Частичную балансировку выполняют посредством этапов, на которых устанавливают (или «прикрепляют») первый балансировочный грузик W1 на первую плоскость коррекции для уменьшения вибраций на первом основании, согласно настоящему примеру, до величины, меньшей или около 1 мм/с (миллиметров в секунду). Первый балансировочный грузик, в общем, характеризуется своей массой и своим угловым положением на плоскости коррекции, на которой он установлен. Масса и угловое положение первого балансировочного грузика могут быть определены с использованием любого пригодного средства. Согласно настоящему примеру, массу и угловое положение первого балансировочного грузика W1 определяют с использованием измерения О вибраций и первого эталонного вектора H1’ воздействия. Первый эталонный вектор H1’ воздействия является вектором воздействия первой плоскости 152 коррекции эталонного ротора 100, относящегося к тому же типу (или серии изделий), что и ротор 100. Для плоскости коррекции ротора 100, в частности, для чувствительной плоскости коррекции, эталонный вектор H1’ воздействия ротора, относящегося к тому же типу изделий, может быть пригодной аппроксимацией фактического вектора Н1 воздействия. Первый балансировочный грузик W1 остается установленным для выполняемых впоследствии первого прогона с воздействием и второго прогона с воздействием.
Способ содержит этап 350, на котором выполняют первый прогон с воздействием. На практике, частичную балансировку и первый прогон с воздействием выполняют вместе, т.е., определяют единственный этап таким образом, чтобы общее число прогонов с воздействием не увеличивалось. Первый прогон с воздействием выполняют посредством этапов, на которых приводят во вращение ротор 100 с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании 212 и втором основании 214. Измерения вибраций первого прогона с воздействием отражают влияние, которое первый балансировочный грузик W1 оказывает на вибрации ротора 100 и, следовательно, на его дисбаланс. Обычно предполагается, что первый балансировочный грузик W1 значительно уменьшит вибрации на первом основании 212, и он может также оказывать влияние на вибрации на втором основании 214. Эти измерения вибраций записывают в виде первого набора измерений R вибраций, содержащих первый вибрационный сигнал R1 вибраций, записываемый на первом основании 212, и второй вибрационный сигнал R2, записываемый на втором основании 214. Каждый вибрационный сигнал R1, R2 содержит информацию о величине вибраций и фазе вибраций на соответствующем основании. В результате первого прогона с воздействием, фактический вектор Н1 воздействия вычисляют на основании измерения R вибраций, измерения О вибраций базового прогона, и первого балансировочного грузика W1. Фактический первый вектор Н1 воздействия является векторной величиной, которая описывает влияние, которое грузик, добавленный на первую плоскость коррекции, оказывает на вибрации, детектируемые на основаниях 210. В частности, первый компонент Н11 первого вектора Н1 воздействия описывает влияние на вибрации на первом основании 212, и второй компонент Н12 описывает влияние на вибрации на втором основании 214. Каждый компонент имеет величину и фазу, т.е., определяет вектор. Вектор Н1 воздействия определяют любым пригодным средством, и в нижеследующих разделах по меньшей мере некоторые средства будет описаны.
Способ содержит этап 360, на котором выполняют второй прогон с воздействием. Второй прогон с воздействием содержит этапы, на которых устанавливают первый калибровочный грузик М1 на вторую плоскость 154 коррекции, приводят во вращение ротор 100 с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании 212 и втором основании 214, и удаляют первый калибровочный грузик М1. Вибрации записывают во второй набор измерений Р вибраций, содержащих первый вибрационный сигнал Р1 первого основания 212 и второй вибрационный сигнал Р2 второго основания 214. Как и выше, каждый вибрационный сигнал содержит информацию о величине вибраций и фазе вибраций на соответствующем основании. В результате первого прогона с воздействием, фактический вектор Н2 воздействия вычисляют на основании измерения Р вибраций, измерения R вибраций, и первого калибровочного грузика М1.
В общем, калибровочный грузик является испытательной массой, которая добавляется на плоскость 150 коррекции ротора 100 для определения влияния испытательной массы на вибрации ротора 100 на основаниях 210, чтобы сделать вывод о том, какое влияние будет оказывать балансировочный грузик. Только один калибровочный грузик добавляют на ротор 100 в любой данный момент времени для определения реакции конкретной плоскости коррекции, т.е., плоскости, на которую добавляется калибровочный грузик.
Способ содержит этап 370, на котором выполняют конечную балансировку ротора 100. Конечная балансировка содержит этапы, на которых устанавливают конечный балансировочный грузик W1’ на первую плоскость 152 коррекции и второй балансировочный грузик W2 на вторую плоскость 154 коррекции в зависимости от вибраций, измеряемых в ходе первого прогона с воздействием и второго прогона с воздействием. Другими словами, конечную балансировку выполняют ввиду фактического первого вектора Н1 воздействия, фактического второго вектора Н2 воздействия и частичных измерений R вибраций с целью уменьшить вибрации, оставшиеся после выполнения частичной балансировки на более раннем этапе S340.
Конечный балансировочный грузик W1’ добавляют на первую плоскость 152 коррекции дополнительно к первому балансировочному грузику W1 или, альтернативно, добавляют на первую плоскость 152 коррекции, а первый балансировочный грузик W1 удаляют. Этот грузик называется «конечным» балансировочным грузиком, поскольку он относится к конечной балансировке, выполняемой с использованием первой плоскости 152 коррекции, в противоположность частичной балансировке, выполняемой на более раннем этапе с использованием первой плоскости 152 коррекции. Однако, конечный балансировочный грузик W1’ может альтернативно называться другим балансировочным грузиком.
Масса и угловое положение конечного балансировочного грузика W1’ и второго балансировочного грузика W2 могут быть определены с использованием любого пригодного средства, и в нижеследующих разделах настоящего изобретения будет описан конкретный пример.
Согласно некоторым примерам, способ содержит этапы, на которых обеспечивают набор данных, содержащий эталонные измерения вибраций, полученные во время балансировки по меньшей мере одного эталонного ротора 100, относящегося к тому же типу изделий, что и ротор 100, или по меньшей мере один эталонный вектор Н1’ воздействия. Эталонный вектор H1’ воздействия является вектором воздействия первой плоскости 152 коррекции эталонного ротора 100, который используется для аппроксимации фактического вектора Н1 воздействия ротора 100, подвергаемого балансировке. Эталонный вектор H1’ воздействия вычисляют на основании эталонных измерений вибраций. Когда эталонные измерения вибраций содержатся в наборе данных, но не обеспечен никакой эталонный вектор H1’ воздействия, эталонный вектор H1’ воздействия может быть вычислен на основании эталонных измерений вибраций.
Ротор 100 и эталонный ротор 100 являются роторами из одной и той же серии изделий, т.е., относятся к одному и тому же типу изделий, и, следовательно, по существу идентичны. В частности, первая эталонная плоскость 152 коррекции эталонного ротора 100 соответствует первой плоскости 152 коррекции ротора 100. Было обнаружено, что использование вектора воздействия эталонного ротора 100, т.е., эталонного вектора воздействия, для аппроксимации фактического вектора воздействия ротора оптимизирует значения массы и углового положения первого балансировочного грузика W1, установленного на ротор 100. А именно, было обнаружено, что реакция на вибрации некоторых известных роторов критически зависит от значений массы и углового положения. Набор случайно выбранных значений может, таким образом, приводить к плохой реакции на вибрации и, в конце концов, к неэффективному балансировочному грузику.
Набор данных используют для определения массы и углового положения первого балансировочного грузика W1. Более конкретно, первый балансировочный грузик W1 имеет массу и угловое положение, которые определяются в зависимости от базового набора измерений О вибраций и первого эталонного вектора H1’ воздействия. Согласно настоящему примеру, первый эталонный вектор Н1’ воздействия определяют относительно этого набора данных. Набор данных либо содержит эталонный вектор Н1’ воздействия, либо позволяет вычислить эталонный вектор Н1’ воздействия на основании эталонных измерений вибраций. Другими словами, эталонный вектор Н1’ воздействия описывает влияние балансировочного грузика на первую плоскость коррекции эталонного ротора 100, и предполагается, что первая плоскость 152 коррекции ротора 100 описывается тем же самым вектором воздействия.
Когда набор данных содержит измерения, относящиеся к множеству эталонных роторов 100 или множеству эталонных векторов H1’ воздействия, может быть вычислен средний вектор воздействия. Средний вектор воздействия имеет модуль, соответствующий среднему значению модулей эталонных векторов воздействия, и фазу, соответствующую среднему значению фаз эталонных векторов H1’ воздействия.
Массу и угловое положение первого балансировочного грузика W1 аппроксимируют с использованием эталонного вектора H1’ воздействия, который вычисляют согласно:
W1 = - O1/H11’, (Уравнение 1)
т.е., W1 равняется минус О1, деленому на H11’. Согласно вышеупомянутому Уравнению 1, балансировочный грузик выражается в виде векторной функции массы и углового положения. Масса может быть выражена в граммах, в то время как угловое положение может быть выражено в градусах дуги. Реакция О1 на вибрации зависит от амплитуды вибраций, выражаемой в миллиметрах в секунду, и фазы вибраций, выражаемой в градусах дуги. Вектор воздействия имеет модуль, выражаемый в миллиметрах в секунду на грамм, и фазу, выражаемую в градусах дуги.
Согласно предшествующему уровню техники следует понимать, что деление означает деление модулей и вычитание фаз. Соответственно, вычисление W1 содержит деление модуля О1 на модуль Н11 и вычисление разности фаз между О1 и Н11.
Аппроксимация первого вектора Н1 воздействия относительно эталонных роторов 100 может быть особенно точной аппроксимацией, когда плоскость 150 коррекции является чувствительной плоскостью коррекции. Чувствительная плоскость 150 коррекции описывается вектором воздействия, имеющим относительно большой модуль, причем упомянутый модуль соответствует роторам, относящимся к одному и тому же типу изделий. Кроме того, фаза вектора воздействия чувствительной плоскости коррекции также соответствует роторам, относящимся к одному и тому же типу изделий.
С использованием набора данных, содержащего информацию по меньшей мере об одном роторе, относящемся к тому же типу изделий, можно идентифицировать чувствительную плоскость коррекции. Например, согласно настоящему примеру, эталонный вектор Н1’ воздействия, который либо содержится в наборе данных, либо может быть вычислен на его основании, имеет модуль, который больше модуля второго эталонного вектора H2’ воздействия второй плоскости 154 коррекции. Второй эталонный вектор H2’ воздействия является вектором воздействия второй плоскости 154 коррекции по меньшей мере одного эталонного ротора 100. Вторая плоскость 154 коррекции эталонного ротора 100 соответствует второй плоскости 154 коррекции ротора 100, т.е., они являются «одинаковыми» плоскостями коррекции.
Согласно некоторым примерам, модуль первого эталонного вектора H1’ воздействия больше модуля второго эталонного вектора H2’ воздействия по меньшей мере в два раза. Согласно другим примерам, по меньшей мере в пять раз. Согласно дополнительным примерам, по меньшей мере в 10 раз.
Было обнаружено, что для некоторых роторов одно из оснований легче сбалансировать, чем другое основание. Технически это может быть отражено в том, что определение углового положения балансировочного грузика является более точным для одного основания, чем для другого основания. Когда эталонные векторы воздействия используются в выполнении упомянутого определения, желателен малый статистический разброс по фазе эталонных векторов воздействия. Согласно таким примерам, набор данных содержит множество эталонных векторов H1’, H2’ воздействия первой плоскости 152 коррекции и второй плоскости 154 коррекции множества эталонных роторов 100. Способ содержит этап, на котором выбирают первое основание 212 для частичной балансировки после определения того, что фаза множества первых эталонных векторов Н1’ воздействия имеет меньший разброс, чем фаза эталонных векторов H2’ воздействия. Статистический разброс фазы может быть вычислен с использованием любого пригодного средства, такого как, например, дисперсия или среднее квадратичное отклонение. Согласно некоторым примерам, способ содержит этап, на котором выбирают первое основание (212) ротора (100) для частичной балансировки после определения того, что фаза эталонных векторов воздействия второй плоскости (152) коррекции эталонных роторов (100) относительно первого основания (212) имеет больший статистический разброс, чем фаза эталонных векторов воздействия второй плоскости (154) коррекции относительно второго основания (214) эталонных роторов (100).
Согласно некоторым примерам, оба компонента H1’ имеют меньший разброс фазы, чем оба компонента фазы H2’. Другими словами, для обоих оснований 212, 214 влияние балансировочного грузика на вибрации на первом основании 212 и втором основании 214 может быть более точно определено с использованием первой плоскости 152 коррекции, описываемой H1’, чем второй плоскости 154 коррекции, описываемой H2’.
Было обнаружено, что для некоторых роторов оба основания одинаково трудно сбалансировать. Другими словами, технически, разбросы фаз эталонных векторов воздействия почти равны. В таком случае желательно сбалансировать ротор 100 посредством выбора основания, подвергающегося большим вибрациям. Согласно таким примерам, набор данных содержит эталонные векторы воздействия первой плоскости 152 коррекции и второй плоскости 154 коррекции множества эталонных роторов 100; и причем способ содержит этап, на котором выбирают первое основание 152 ротора 100 для частичной балансировки посредством этапов, на которых: определяют, что фаза эталонных векторов воздействия первого основания 212 эталонных роторов 100 имеет разброс, который приблизительно равен разбросу фазы эталонных векторов воздействия второго основания 214 эталонных роторов 100, и определяют, что большие вибрации детектируются на первом основании 212, чем на втором основании 214, в ходе измерений вибраций базового прогона ротора 100.
Согласно некоторым примерам, способ, описанный выше, достаточен для удовлетворения требований допуска на вибрации, например, установленных применимым стандартом. Согласно другим примерам, желательно дополнительно уменьшить вибрации на основаниях. Соответственно, способ содержит этап, на котором выполняют третий прогон с воздействием после второго прогона с воздействием. Третий прогон с воздействием содержит этапы, на которых устанавливают второй калибровочный грузик М2 на третью плоскость 156 коррекции, приводят во вращение ротор 100 с заданной балансировочной частотой вращения и измеряют вибрации на первом основании 212 и/или втором основании 214, и удаляют второй калибровочный грузик М2, и при этом третий вектор Н3 воздействия получают с помощью процедуры, используемой для получения Н2. Этап выполнения конечной балансировки ротора 100 содержит этапы, на которых устанавливают конечный балансировочный грузик W1’ на первую плоскость 152 коррекции, второй балансировочный грузик W2 на вторую плоскость 154 коррекции и третий балансировочный грузик W3 на третью плоскость 156 коррекции в зависимости от вибраций, измеряемых в ходе прогона частичной балансировки (первого прогона с воздействием), второго прогона с воздействием и третьего прогона с воздействием.
Массы и угловые положения балансировочных грузиков W1’, W2 и W3 могут быть вычислены численно с использованием нижеследующих уравнений.
В прогоне конечной балансировки, общая вибрация V от остаточного дисбаланса на первом основании 212 и втором основании 214 может быть задана уравнением:
i
i= от 1 до 3
i
i
i= от 1 до 3
V(W)=R + ∑(HW) (Уравнение 2),
т.е., V, которое зависит от балансировочных грузиков W1’, W2, и W3, равняется R плюс сумма произведений каждого балансировочного грузика на его соответствующий вектор воздействия. С помощью численного подхода для оптимизации нелинейной системы, балансировочные грузики W1’, W2 и W3 вычисляют таким образом, чтобы удовлетворялось:
i
i= от 1 до 3
V(W) → 0 (Уравнение 3),
т.е., общие вибрации V, которые зависят от балансировочных грузиков W1’, W2, и W3, стремятся к нулю.
Согласно настоящему примеру, способ, описанный выше, обеспечивается на компьютерно-читаемом носителе данных, таком как жесткий диск или оптический диск. Другими словами, команды для выполнения вышеупомянутого способа, в частности, в отношении этапов S300 - S370, обеспечены на компьютерно-читаемом носителе данных. Например, с использованием пригодного языка программирования может быть обеспечена прикладная программа для выполнения способа. Более конкретно, компьютерно-читаемый носитель данных может быть выполнен с возможностью давать обрабатывающему блоку команду выполнить некоторые этапы способа и может быть выполнен с возможностью давать оператору команду выполнить другие этапы способа. Например, этапы S300, S310, S320 могут быть выполнены оператором. Другие этапы, которые могут быть выполнены оператором, включают в себя этап установки грузиков.
Компьютерно-читаемый носитель данных может также содержать набор данных, посредством чего обеспечивается доступ к нему прикладной программы, для выполнения некоторых этапов способа. Согласно некоторым примерам, компьютерно-читаемый носитель данных выполнен с возможностью давать обрабатывающему блоку, такому как центральный процессор, команду вычислить массу и угловое положение первого балансировочного грузика W1 с использованием набора данных.
Компьютерно-читаемый носитель данных может быть частью балансировочной машины 200. Другими словами, балансировочная машина 200 содержит компьютерно-читаемый носитель данных.
Иллюстративный ротор 100, описанный выше, содержит два подшипника 140, 142. В общем, ротор с любым числом подшипников может быть сбалансирован с использованием настоящего изобретения. Например, такой ротор может содержать три или более подшипников.
Иллюстративный ротор 100, описанный выше, содержит три плоскости 150 коррекции. В общем, ротор с любым числом плоскостей коррекции может быть сбалансирован с использованием настоящего изобретения. Например, такой ротор может содержать три или более плоскостей коррекции.
Уделено внимание всем работам и документам, которые поданы одновременно с этим описанием изобретения или до него в связи с этой заявкой и которые открыты для публичного обозрения вместе с этим описанием изобретения, и полное содержание всех таких работ и документов включено в эту заявку по ссылке.
Все признаки, раскрытые в этом описании изобретения (в том числе любые пункты прилагаемой формулы изобретения, реферат и чертежи) и/или все этапы любого способа или процесса, раскрытого здесь, могут быть объединены в любой комбинации, за исключением комбинаций, в которых по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими.
Каждый признак, раскрытый в этом описании изобретения (в том числе любые пункты прилагаемой формулы изобретения, реферат и чертежи) может быть заменен альтернативными признаками, служащими тем же самым, эквивалентным или подобным целям, если явно не указано иное. Таким образом, если явно не указано иное, то каждый раскрытый признак является только одним примером обобщенного ряда эквивалентных или подобных признаков. Настоящее изобретение не ограничено деталями вышеупомянутого варианта (вариантов) осуществления. Настоящее изобретение распространяется на любой новый признак или на любую новую комбинацию признаков, раскрытых в этом описании изобретения (в том числе в любом пункте прилагаемой формулы изобретения, реферате и чертежах), или на любой новый этап или любую новую комбинацию этапов любого способа или процесса, раскрытого здесь.