Балансировочное устройство

008579 Изобретение относится к балансировочной технике и к теплотехнике, в частности к устройствам для определения массы и места приложения противовеса к вращающимся деталям машин для устранения вредного динамического воздействия, обусловленного массовым дебалансом, и может быть использовано для балансировки валов и роторов, находящихся в рабочем положении без предварительного демонтажа. Наиболее близким техническим решением, обеспечивающим динамическую балансировку находящегося в рабочем положении ротора, является выбранное в качестве прототипа устройство для балансировки роторов, содержащее дискообразный корпус с тремя заполненными балансировочными грузами полыми камерами, каждая из которых соединена с общим органом регулирования суммарного дебаланса находящихся в трех камерах балансировочных грузов [1]. Дискообразный корпус соосно закреплен на балансируемом роторе. Камеры выполнены одинаковыми и установлены на корпусе по окружности на равном расстоянии от оси вращения ротора с интервалом полярного угла 120. Балансировочные грузы имеют вид дробийных засыпок, а орган регулирования выполнен в виде регулятора количества дроби в камерах и снабжен бункером для дроби, дозатором дроби, торцевым уплотнением ротора, распределителем дроби по камерам, камерными трактами для дроби и водяным насосом или воздушным компрессором для транспортировки дроби от бункера к камерам. Ротор балансируется при равномерном вращении прямо на месте его эксплуатации путем порционной поочередной подачи дроби в камеры под действием водяной или воздушной струи из расположенного на опоре бункера через дозатор, герметичное торцевое уплотнение, распределитель и соответствующие камерные тракты. Характер распределения дроби в камерах после завершения балансировки, т.е. максимальной компенсации массового дебаланса ротора массовым дебалансом балансировочного устройства, косвенно указывает на место и массу противовеса или на позицию и габариты отверстия в роторе, способных компенсировать массовый дебаланс ротора. Недостатком известной конструкции является ее сложность в изготовлении и эксплуатации. Сложность изготовления обусловлена необходимостью просверливания в роторе осевых и радиальных отверстий для транспортировки дроби, а также повышенными треебованиями к точности и герметичности места механического контакта между торцом вращающегося ротора и торцом неподвижного дозатора. Неудобство в эксплуатации предопределено недостаточной наглядностью процесса балансировки, необратимостью операций по заправке камер дробью и невозможностью оперативного перераспределения дроби по камерам. Целью изобретения является упрощение балансировочного устройства. Указанная цель достигается тем, что в известном балансировочном устройстве, содержащем соосно закрепленный на балансируемой детали отбалансированный корпус с равномерно установленными по окружности балансировочными грузами и соединенный с последними и с опорой орган регулирования дебаланса балансировочного устройства, корпус выполнен спиралевидным и огибает балансируемую деталь по крайней мере на один полный виток, на корпусе с возможностью перемещения установлен по крайней мере один балансировочный груз в виде соединенных между собой по крайней мере одного тепломеханического рабочего элемента, обладающего эффектом памяти формы, и по крайней мере одного элемента реверса тепломеханического рабочего элемента, а орган регулирования дебаланса балансировочного устройства выполнен в виде этого тепломеханического балансировочного груза и, по крайней мере, трехзонного органа регулирования его температуры по окружности, состоящего из поочередно установленных вдоль балансируемой детали нагревателей и холодильников, по крайней мере один не крайний из которых снабжен органами регулирования температуры, интенсивности температурного воздействия и ширины зоны температурного воздействиями и установлен на опоре с возможностью перемещения вдоль балансируемой детали. Корпус с надветренной стороны выполнен обтекаемым. Тепломеханические рабочие элементы и элементы их реверса установлены на корпусе с подветренной стороны. Тепломеханические элементы изготовлены, например, из нитиноловой проволоки в виде пружин, а элементы их реверса изготовлены, например, из стали в виде упругих пружин или массивных грузов. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое балансировочное устройство отличается тем, что его корпус выполнен спиралевидным, на корпусе с возможностью перемещения установлен по крайней мере один тепломеханический балансировочный груз, а орган регулирования дебаланса балансировочного устройства выполнен в виде этого тепломеханического балансировочного груза и, по крайней мере, трехзонного органа регулирования его температуры по окружности, снабженного поочередно установленными на опоре вдоль балансируемой детали нагревателями и холодильниками, по крайней мере один не крайний из которых установлен на опоре с возможностью перемещения вдоль балансируемой детали и снабжен органами регулирования ширины, температуры и интенсивности зонного температурного воздействия. Для установки тепломеханического балансировочного устройства не требуется дополнительная механическая обработка балансируемой детали. Спиралевидный корпус может быть приклеен к балансируемой детали или закреплен на ней хомутами. Тепломеханический способ воздействия органа регулирования массового дебаланса на суммарный массовый дебаланс тепломеханического балансировочного устройства и балансируемой детали позволяет избежать прямого механического контакта между вращающимися и неподвижными частями конструкции. Перемещения тепломеханических балансировочных грузов обратимы, легко воспроизводимы и наглядно отображают процесс регули-1 008579 ровки. Обтекаемость корпуса и установка тепломеханических балансировочных грузов с его подветренной стороны - меры, направленные на предотвращение аэродинамического дисбаланса при перемещениях объемных элементов устройства по окружности балансируемой детали. Альтернативой такого способа устранения аэродинамического дисбаланса является трудно реализуемое на практике вакуумирование. Таким образом, заявляемое тепломеханическое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". На фиг. 1 представлена блок-схема тепломеханического балансировочного устройства. На фиг. 2, 3,4 схематически показан пример исполнения тепломеханического балансировочного устройства с одним тепломеханическим рабочим элементом и одним упругим элементом его реверса, соответственно вид сбоку, вид сзади с подветренной стороны и поперечное сечение корпуса и тепломеханического балансировочного груза. На фиг. 5, 6, 7 схематично изображен пример исполнения тепломеханического балансировочного устройства с несколькими тепломеханическими рабочими элементами и элементами их реверса в виде соответствующих грузов, соответственно вид сбоку, вид сзади с подветренной стороны и поперечное сечение корпуса и тепломеханического балансировочного груза. На фиг. 8, 9, 10 схематично представлен пример исполнения тепломеханического балансировочного устройства с одним тепломеханическим рабочим элементом, обладающим эффектом обратимой памяти формы, соответственно вид сбоку, вид сзади с подветренной стороны и поперечное сечение корпуса и тепломеханического балансировочного груза. Тепломеханическое балансировочное устройство содержит (фиг. 1) закрепленный на балансируемой детали 1 спиралевидный корпус 2, на котором с возможностью перемещения установлен по крайней мере один тепломеханический балансировочный груз 3, находящийся под воздействием, по крайней мере, трехзонного органа 4 регулирования температуры. В совокупности груз 3 и орган 4 представляют собой орган 5 регулирования массового дебаланса тепломеханического балансировочного устройства. В изображенном на фиг. 2, 3, 4 примере исполнения деталь 1 имеет вид ротора 6, а корпус 2 выполнен в виде спиралевидного лотка 7. Груз 3 имеет вид установленной в лотке 7 и закрепленной концами на его концах растянутой цилиндрической пружины 8, изготовленной из нитиноловой проволоки. В лотке 7 под пружиной 8 установлена соединенная с ней скобками 9 растянутая упругая зигзагообразная плоская пружина 10 - упругий элемент реверса пружины 8. Память пружины 8 выражается в сжатии при нагреве и растяжении под действием пружины 10 при охлаждении. Орган 5 выполнен в виде окружающего балансировочное устройство холодильника 11, разделенного зонными границами 12 нагревателя 13 на соответствующие зоны охлаждения и нагрева пружины 8. Нагреватель 13 расположен концентрично вокруг детали 1 и снабжен (на фиг.не показаны) органами регулирования температуры нагрева, ширины зоны нагрева и интенсивности нагрева пружины 8. В показанном на фиг. 5, 6, 7 примере исполнения деталь 1 выполнена в виде вала 14, а корпус 2 имеет вид спиралевидного гребня 15. По длине на последнем радиально относительно оси детали 1 закреплены направляющие штоки 16, на каждом из которых соосно установлены с возможностью перемещения грузы 3 в виде одинаковых нитиноловых пружин 17 и шайб 18, выполняющих соответственно функции тепломеханических рабочих элементов и массивных элементов их реверса. Память пружин 17 выражается в удлинении при нагреве и сжатии под действием центробежных сил соответствующих шайб 18 при охлаждении. Орган 5 выполнен в виде окружающего балансировочное устройство нагревателя 19,разделенного зонными границами 20 холодильника 21 на соответствующие зоны нагрева и охлаждения. Холодильник 21 расположен концентрично вокруг детали 1 и снабжен (на фиг. не показаны) органами регулирования температуры охлаждения, ширины зоны охлаждения и интенсивности охлаждения пружин 17. В представленном на фиг. 8, 9, 10 примере исполнения деталь 1 имеет вид полого вала 22, а корпус 2 выполнен в виде спиралевидного лотка 23. Груз 3 имеет вид установленной в лотке 23 плоской зигзагообразной нитиноловой пружины 24, "обученной" обратимой памяти формы и, таким образом, одновременно являющейся тепломеханическим рабочим элементом и элементом его реверса. Память пружины 24 выражается в самопроизвольном удлинении при охлаждении и сжатии при нагреве. Орган 5 выполнен в виде двух холодильников 25, 26, между которыми расположен нагреватель 27 с зонными границами 28. Причем холодильники 25, 26 и нагреватель 27 установлены на опоре с возможностью перемещения вдоль вала 22 и каждый из них снабжен (на фиг. не показаны) органами регулирования температуры, ширины температурных зон и интенсивности температурного воздействия. Балансировка детали 1 осуществляется в процессе ее равномерного вращения и состоит из двух этапов. Вначале находится место расположения противовеса, а затем косвенным путем определяется масса противовеса, установка которого на детали 1 обеспечивает компенсацию массового дисбаланса детали 1. В показанном на фиг. 2, 3, 4 примере исполнения расположенный напротив нагревателя 13 участок пружины 8 нагревается и вследствие реализации эффекта памяти формы сжимает соединенный с ним участок пружины 10, а охлаждаемые холодильником 11 участки пружины 8 растянуты соединенными с ними участками пружины 10. Поскольку удельная масса пружин 8, 10 в сжатом состоянии выше, чем в-2 008579 растянутом относительно оси вращения ротора 6, возникает массовый дебаланс тепломеханического балансировочного устройства, накладываемый на массовый дебаланс ротора 6. Перемещение нагревателя 13 вдоль ротора 6 ведет к смещению сжатого участка пружин 8, 10 по окружности ротора 6 и к соответствующему изменению направления массового дебаланса тепломеханического балансировочного устройства относительно направления массового дисбаланса ротора 6. В определенный момент эти дисбалансы в наибольшей степени компенсируют друг друга. Нагреватель 13 останавливается и фиксируется на опоре. Расположенный напротив нагревателя 13 центр сжатых участков пружин 8, 10 является искомым по отношению к поперечному сечению ротора 6 местом приложения противовеса, обеспечивающего после завершения балансировки компенсацию массового дисбаланса ротора 6. Далее путем варьирования ширины зоны нагрева нагревателя 13 симметрично относительно центра зоны нагрева и соответствующего изменения ширины сжатых участков пружин 8, 10 достигается максимальная компенсация массового дебаланса ротора 6 массовым дебалансом тепломеханического балансировочного устройства. Ширина этих сжатых участков пружин 8, 10 косвенно указывает на искомую массу противовеса, способного отбалансировать ротор 6. В изображенном на фиг. 5, 6, 7 примере исполнения расположенные напротив нагревателя 19 нагретые пружины 17 вследствие реализации эффекта памяти формы прижимают соответствующие шайбы 18 к валу 14, а установленные напротив холодильника 21 охлажденные пружины 17 сжаты под действием центробежных сил соединенных с ними шайб 18. Такое радиальное смещение центров масс пружин 17 и соединенных с ними шайб 18 относительно оси вращения вала 14 обуславливает соответствующее смещение центра масс теплотеханического балансировочного устройства и возникновение массового дебаланса тепломеханического балансировочного устройства, накладываемого на массовый дебаланс вала 14. Перемещение холодильника 21 вдоль вала 14 ведет к смещению участка со сжатыми пружинами 17 по окружности вала 14 и к соответствующему изменению направления массового дебаланса вала 14 и тепломеханического балансировочного устройства. При этом пружины 17, вновь попавшие в зоны нагрева нагревателя 19, нагреваясь и реализуя эффект памяти формы, удлиняются и прижимают соответствующие шайбы 18 к валу 14. После определения позиции холодильника 21, которой соответствует наиболее полная компенсация массового дебаланса вала 14 массовым дебалансом тепломеханического балансировочного устройства, холодильник 21 останавливается и фиксируется в этом положении. Расположенный напротив холодильника 21 шток 16 обозначает искомое по отношению к поперечному сечению вала 14 место приложения противовеса, обеспечивающего балансировку вала 14. Далее путем варьирования ширины зоны охлаждения холодильника 21 симметрично относительно центра зоны охлаждения и соответствующего изменения количества штоков 16 со сжатыми пружинами 17 достигается максимальная компенсация массового дебаланса вала 14 массовым дебалансом тепломеханического балансировочного устройства. Количество штоков 16 со сжатыми пружинами косвенно указывает на искомую массу противовеса, способного сбалансировать вал 14. В представленном на фиг. 8, 9, 10 примере исполнения после включения холодильников 25, 26 и нагревателя 27 расположенный напротив нагревателя 27 участок пружины 24 при нагреве сжимается, а смежные с ним охлаждаемые холодильниками 25, 26 участки пружины 24 самопроизвольно удлиняются. В результате, возникает управляемый органом 4 массовый дебаланс тепломеханического балансировочного устройства, накладываемый на массовый дебаланс вала 22. Перемещение холодильников 25, 26 и нагревателя 27 вдоль вала 22 ведет к смещению сжатого участка пружины 24 и смежных с ним растянутых участков пружины 24 вокруг вала 22, вследствие чего происходит изменение направления массового дебаланса тепломеханического балансировочного устройства относительно направления массового дебаланса вала 22. В определенный момент эти массовые дебалансы в наибольшей степени компенсируют друг друга и холодильники 25, 26 и нагреватель 27 фиксируются на опоре. Расположенный напротив нагревателя 27 центр сжатого участка пружины 24 является искомым местом приложения противовеса по отношению к поперечному сечению вала 22. Далее путем варьирования ширины зоны нагрева нагревателя 27 по отношению к зонам охлаждения соответствующих холодильников 25, 26 и адекватного изменения ширины сжатого участка пружины 24 достигается максимальная компенсация массового дебаланса вала 22 массовым дебалансом тепломеханического балансировочного устройства. Соответствующая такой компенсации ширина сжатого участка пружины 24 косвенно указывает на искомую массу противовеса, обеспечивающего балансировку вала 22. При монтаже тепломеханического балансировочного устройства нет надобности в дополнительной механической обработке балансируемой детали, так как корпус 2 может быть закреплен на ней посредством липкой ленты, хомутов, крюков или клея, а вращающиеся вместе с деталью 1 элементы тепломеханического балансировочного устройства механически не взаимодействуют с установленными на опоре элементами конструкции. Для нагрева тепломеханических балансировочных грузов 3 может быть использован горячий атмосферный воздух (безопорный нагреватель 19 на фиг. 5), электрические и газовые калориферы, оптические и индукционные нагреватели или другие нагревательные приборы (нагреватель 13 на фиг. 2, нагреватель 27 на фиг. 8). Охлаждение грузов 3 можно осуществить холодным атмосферным воздухом (безопорный холо-3 008579 дильник 11 на фиг. 2), вентиляторами, пульверизаторами и другими охладительными приборами (холодильник 21 на фиг. 5, холодильники 25 и 26 на фиг. 8). Для визуального контроля за работой тепломеханического балансировочного устройства можно воспользоваться стробоскопическими приборами, кинокамерой, нанесением на подвижные части грузов 3 флюорисцентных покрытий с последующим затемнением и т.п. Улучшению визуального контроля соответствует изготовление корпусов 2 из прозрачных материалов. Тепломеханическое балансировочное устройство отличается простотой и удобством в эксплуатации. Место приложения противовеса, обеспечивающего компенсацию массового дебаланса детали 1,определяется не опосредованно, а напрямую. Массу же противовеса можно определить путем предварительной таррировки тепломеханических балансировочных грузов 3. Акцентирование внимания на использовании эффекта памяти формы оправдано ограниченным температурным воздействием на балансируемую деталь 1, легкостью и быстротой реагирования на температурные изменения, простотой конструкций, долговечностью и высокой коррозионной стойкостью наиболее совершенного носителя этого эффекта и эффекта обратимой памяти формы - нитинола. Поэтому применение биметаллических, паровых, магнитострикционных и других термочувствительных элементов представляется нецелесообразным в подобной конструкции. Источник информации 1. А.с. СССР 1268981, С 01 М 1/32, 1986, БИ 41. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Балансировочное устройство, содержащее соосно закрепленный на балансируемой детали корпус с равномерно установленными по окружности балансировочными грузами и соединенный с последними и с опорой орган регулирования массового дебаланса балансировочного устройства, отличающееся тем,что корпус выполнен спиралевидным и огибает балансируемую деталь по крайней мере на один полный виток, на корпусе с возможностью перемещения установлен по крайней мере один балансировочный груз в виде соединенных между собой по крайней мере одного тепломеханического рабочего элемента,обладающего эффектом памяти формы, и по крайней мере одного элемента реверса тепломеханического рабочего элемента, а орган регулирования дебаланса балансировочного устройства выполнен в виде этого балансировочного груза и, по крайней мере, трехзонного органа регулирования его температуры по окружности, состоящего из поочередно установленных на опоре вдоль балансируемой детали зонных нагревателей и холодильников, по крайней мере один не крайний из которых снабжен органами регулирования температуры, интенсивности температурного воздействия и ширины зоны температурного воздействия и установлен на опоре с возможностью перемещения вдоль балансируемой детали. 2. Балансировочное устройство по п.1, отличающееся тем, что спиралевидный корпус с надветренной стороны относительно вращающейся балансируемой детали выполнен обтекаемым и изготовлен из прозрачного материала, например из прозрачной пластмассы. 3. Балансировочное устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что балансировочный груз выполнен в виде тепломеханического рабочего элемента - установленной вдоль спиралевидного корпуса пружины из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из нитинола, элемент реверса которой имеет вид упругой, например, стальной пружины, соединенной по длине с нитиноловой пружиной посредством скобок. 4. Балансировочное устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что балансировочный груз выполнен в виде закрепленных на корпусе радиально относительно оси вращения направляющих штоков, на каждом из которых с возможностью перемещения соосно установлены тепломеханический рабочий элемент пружина из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из нитинола, и соединенный с ней элемент реверса в виде шайбы. 5. Балансировочное устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что балансировочный груз выполнен в виде пружины из материала, обладающего эффектом памяти формы и "обученного" эффекту обратимой памяти формы, например из нитинола.