СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ROTOR BALANCING AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к измерительному оборудованию, а именно к средствам балансировки, и может быть использовано для определения дисбаланса роторов турбин, компрессоров, насосов и т.д. в дорезонансном, резонансом и зарезонансном режимах.
Из уровня техники известен способ балансировки ротора, согласно которому устанавливают ротор на опорах, соединенных с вибровоспринимающими резонаторами, разгоняют его до выбранной частоты вращения, регистрируют колебания ротора, определяют дисбаланс и устраняют его (см. а.с. SU 1464093, кл. G01M 1/24, опубл. 07.03.1989). Из этого же источника известно устройство для балансировки ротора, включающее вращающее устройство, датчики колебаний и, по крайней мере, две опоры, соединенные с вибровоспринимающими резонаторами, обеспечивающими возможность изменения их собственной частоты. Недостатком известных способа и устройства являются жесткие ограничения по диаметру опорных шеек и невозможность варьирования параметров балансировки (для слишком легких роторов недостаточно чувствительности системы, а при балансировке слишком тяжелых велика вероятность разрушения оборудования), что сильно ограничивает арсенал роторов, дисбаланс которых может быть определен с их помощью. Известная система работает только с одной наперед заданной точностью и обеспечивает работу только в зарезонансном и резонансном режимах, что неоправданно увеличивает время для грубых измерений и не позволяет проводить точные.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в расширении возможностей и повышении эффективности процесса балансировки.
В части способа поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что согласно способу балансировки ротор устанавливают на опорах, соединенных с вибровоспринимающими резонаторами, разгоняют его до выбранной частоты вращения, регистрируют колебания ротора, определяют дисбаланс и устраняют его, при этом до начала вращения в автоматический оперативный блок вводят исходные параметры балансировки, например, массу ротора и требуемую точность балансировки, определяют на их основе режим балансировки: дорезонансный, резонансный или зарезонансный, и по команде оперативного блока автоматически устанавливают соответствующие выбранному режиму собственную частоту вибровоспринимающих резонаторов и частоту вращения ротора. Целесообразно предварительно провести измерение величины вибрации пола и ввести это значение в оперативный блок.
В части устройства поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в универсальном устройстве для балансировки ротора, включающем вращающее устройство, датчики колебаний и, по крайней мере, две опоры, соединенные с вибровоспринимающими резонаторами, обеспечивающими возможность изменения их собственной частоты, каждый вибровоспринимающий резонатор выполнен с возможностью реализации дорезонансного, резонансного или зарезонансного режимов балансировки, а устройства изменения собственной частоты вибровоспринимающих резонаторов соединены с автоматическим оперативным блоком, оборудованным устройством ввода исходных параметров балансировки, например, массы ротора и требуемой точности балансировки. Опоры предпочтительно снабжены устройством измерения массы, соединенным с устройством ввода исходных параметров балансировки. Устройство ввода исходных параметров балансировки целесообразно также соединить с датчиком вибрации пола. Универсальное устройство для балансировки ротора может быть снабжено устройством корректировки распределения массы ротора, например импульсным лазером. Возможность изменения собственной частоты вибровоспринимающего резонатора может обеспечиваться за счет изменения его пространственной конфигурации, или за счет наличия жидкости с управляемой вязкостью, или за счет управления электрическими и/или магнитными свойствами его элементов.
На фиг.1 представлена общая схема предлагаемого универсального устройства для балансировки ротора, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид спереди.
Предлагаемое универсальное устройство для балансировки ротора 1 состоит из вращающего устройства/двигателя (на чертежах не показано), датчиков колебаний 2, снабженных роликами 3 опор 4, соединенных с вибровоспринимающими резонаторами 5, и оперативного блока 6. Опоры 4 соединены устройством измерения массы 7, позволяющим взвешивать установленный на них ротор 1.
Каждый вибровоспринимающий резонатор 5 выполнен с возможностью изменения собственной частоты. Это может обеспечиваться за счет изменения его пространственной конфигурации (длины связей, угла между ними и т.п.), или за счет управляемого изменения вязкости магнитной жидкости, или за счет управления электрическими и/или магнитными свойствами его элементов (электромагнитов, конденсаторов, индуктивностей, элементов из магнитных материалов, пьезоэлектриков и т.п.). За счет возможности изменения собственной частоты резонаторов 5 предлагаемое устройство позволяет реализовать любой режим балансировки: дорезонансный, резонансный или зарезонансный.
Устройства изменения собственной частоты вибровоспринимающих резонаторов 5 соединены с автоматическим оперативным блоком 6. Блок 6 оборудован устройством ввода исходных параметров балансировки (например, интерактивной панелью 8 с несколькими входными портами), соединенным с устройством измерения массы 7 и датчиком вибрации пола 9, зафиксированным на станине 10.
Универсальное устройство для балансировки ротора может также быть снабжено устройством корректировки распределения массы ротора, например импульсным лазером (на чертежах не показано).
Предлагаемое универсальное устройство работает согласно предлагаемому способу балансировки ротора следующим образом.
Ротор 1 устанавливают на роликах 3 опор 4, где его взвешивают с помощью устройства измерения массы 7. Полученное значение автоматически вводится в оперативный блок 6 (массу ротора также можно ввести вручную, но такое значение будет менее точным). Также в оперативный блок 6 автоматически вводится значение величины вибрации пола от датчика 9. С помощью интерактивной панели 8 или другого устройства ввода исходных параметров в оперативный блок 6 вводят значение требуемой точности балансировки.
После этого оперативный блок 6 на основе полученных параметров определяет предпочтительный режим балансировки: дорезонансный, резонансный или зарезонансный, и формирует команду на установку соответствующих выбранному режиму собственной частоты вибровоспринимающих резонаторов 5 и частоты вращения ротора 1. Сформированная команда поступает, соответственно, на устройство изменения собственной частоты и вращающее устройство/двигатель. В соответствии с поступившим сигналом ротор 1 разгоняют до выбранной частоты вращения и регистрируют его колебания с помощью датчиков 2. На основе полученных значений с учетом исходных параметров и параметров выбранного режима балансировки определяют дисбаланс.
Найденный дисбаланс устраняют путем корректировки распределения массы ротора 1 за счет установки дополнительных грузов или высверливания/испарения излишней массы (например, с помощью импульсного лазера).
Пример.
Требуется отбалансировать единичный ротор электродвигателя массой 20 кг с точностью 0.5 г·мм/кг, что соответствует первому классу точности балансировки ротора. Рабочая скорость ротора составляет 3000 об/мин. Универсальное устройство для балансировки ротора расположено в общемашиностроительном цеху или машинном зале с вибрационным фоном пола порядка 12 мкм.
Для описанных исходных данных лучше всего подходит зарезонансный режим балансировки, поскольку именно этот режим не чувствителен к помехам, распространяющимся по полу, но при этом имеет возможность достижения высоких точностей балансировки.
В случае требований точности балансировки ротора порядка 0,05 г·мм/кг и выше, необходимо было бы перейти на резонансный режим работы станка. Этот режим более трудоемкий, но дает возможность на порядок и более повысить точность балансировки.
В случае жестких исходных требований к высокой производительности труда, при отсутствии фоновой вибрации и наличии требования умеренной точности балансировки, наиболее выгодным был бы резонансный режим работы станка.
Таким образом, обеспечение возможности выбора оптимального режима балансировки, а также полностью автоматизированная система управления позволяют значительно расширить многообразие балансируемых роторов, упростить и ускорить балансировку, при этом повысив ее качество.