一种液体式转子在线动平衡装置及动平衡方法

本发明属于转子动平衡领域，具体涉及一种液体式转子在线动平衡装置及动平衡方法。

背景技术：

1、转子不平衡是引发旋转设备振动的主要原因之一。这种振动一方面影响设备的可靠性，使轴承损坏乃至主轴断裂等故障发生的风险显著提高，另一方面也对加工精度产生严重的影响。转子在线动平衡装置可以在设备运行中对转子进行实时平衡，可以有效提高加工的精度，并提高设备的运行稳定性和使用寿命。因此，对转子在线动平衡装置的研究十分重要。

2、按照实现动平衡的方式，常见的转子动平衡装置可以分为电机式、电磁式和液体式三种，其中液体式通过储液腔内液体的注入或排出改变质量分布进而实现平衡。和其他平衡方式相比，液体式平衡装置兼有较低的成本和较高的精度，在工程中得到了广泛应用。

3、当前常见的液体式动平衡装置通过供液系统实现平衡液的转移，这需要安装额外的注液头和液泵或气源等设备实现供液，增加了平衡装备安装的复杂程度。此外，为配合注液头，液体式转子动平衡装置往往采用固定尺寸、固定结构的平衡头，这使得平衡装置一旦选定，其最大平衡能力也被限定，无法通过调节获得更大的最大平衡能力。

4、当前液体式动平衡装置的另一特点是将振动传感器安装在轴承座上。然而，当对不平衡进行计算时，其结果往往是转子的绝对振动，而在轴承座上安装传感器，所测信号为轴承座的振动，两者难以直接比较(王正，《转动机械的转子动力学设计》，清华大学出版社，第141页)。而对于转子系统，轴承座上测得的振动可能与转子的振动有较大差异，这使得在轴承座上测得的振动可能无法准确反映转子的实际不平衡情况，如张文涛等人指出，转子振动和轴承座振动的同步性受轴承座支承刚度和转速的影响，当轴承座刚度较小或转子运行在轴承座固有频率附近时，二者差异较大，甚至可能出现二者反向变化的情况(《汽轮发电机轴振和轴承座振动非同步变化现象和分析》，汽轮机技术2021年第63卷第1期第57～60页)。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种无需额外供液系统，且在转子上进行振动测量的液体式转子在线动平衡装置及动平衡方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种液体式转子在线动平衡装置，包括中心储液腔、平衡储液腔、流体开关、管道和无线传感器，所述中心储液腔固定在转子上，中心储液腔的旋转轴与转子旋转轴重合；所述中心储液腔设有4个中心储液腔注液孔并预先存有液体；所述平衡储液腔的数量为4个，沿转子端面周向均布、固定在转子端面上，每个平衡储液腔均设有平衡储液腔注液孔，所述无线传感器固定在转子端面上，随转子同步转动。

4、所述中心储液腔的深度hc大于各平衡储液腔的深度hb；所述中心储液腔注液孔经流体开关和斜向上的管道与相应方向上平衡储液腔注液孔连接；所述流体开关开口高度位置与中心储液腔注液孔高度相同、低于平衡储液腔底部；在工作转速下，若流体开关关闭，中心储液腔与平衡储液腔内流体的量保持不变；若流体开关打开，中心储液腔内流体在离心力驱动下进入平衡储液腔；转子静止时，若流体开关关闭，中心储液腔与平衡储液腔内流体的量保持不变；若流体开关打开，平衡储液腔内流体在重力驱动下全部进入中心储液腔。

5、进一步地，所述平衡储液腔的径向安装位置根据转子平衡所需的最大平衡能力进行选择；所述管道长度由中心储液腔注液孔与平衡储液腔注液孔间的距离决定。

6、进一步地，当所述中心储液腔安装在转子端面下方时，中心储液腔由两环绕主轴的半环形储液腔连接而成，两半环形储液腔连接后由连通口互相连通。

7、进一步地，所述流体开关包括电磁阀、蠕动泵或节流阀。

8、进一步地，所述中心储液腔和平衡储液腔上均设有排气孔；所述中心储液腔和平衡储液腔上的排气孔均设置在内侧顶部。

9、进一步地，所述无线传感器的数量为2个，在同一圆周上对称安装。

10、进一步地，所述无线传感器的数量为1个，并在同一圆周上对称位置安装配重。

11、进一步地，所述4个平衡储液腔的深度、尺寸及径向安装位置均相等。

12、进一步地，所述流体开关固定安装在中心储液腔外侧周边的安装座上。

13、一种液体式转子在线动平衡方法，利用所述液体式转子在线动平衡装置进行平衡，包括以下步骤：

14、a、对需要进行平衡的转子，在转子静止时，打开所有流体开关，待平衡储液腔内所有流体进入中心储液腔后关闭所有流体开关；

15、b、在转子的工作转速下，打开任一个流体开关，液体进入相应平衡储液腔；

16、c、若无线传感器检测到转子振动降低，则继续开启流体开关，直到转子振动开始增强时关闭流体开关、停止注液；

17、d、若检测到振动增强，则关闭该流体开关并打开相对方向上的流体开关，向相对的储液腔内注入液体，重新检测到振动增强后关闭流体开关、停止注液；

18、e、打开相邻的一个流体开关，液体进入相应平衡储液腔，重复步骤c、d后完成平衡。

19、本发明在转子平衡上至少具有以下有益效果：

20、1.本发明在工作时，通过转子旋转产生的离心力将液体从中心储液腔转移到平衡储液腔，无需额外的注液泵等设备实现注液，在安装和维护时无需考虑额外的液体系统，降低了相应的成本。

21、2.本发明固定在转子上的无线传感器与转子同步转动，可实时采集转子的振动信号。该信号与不平衡的计算结果直接对应，可直接基于该振动信号实现转子动平衡，无需在轴承座上安装传感器，避免了轴承座振动与转子振动不同步导致无法反映转子实际平衡情况的问题。

22、3.本发明各储液腔固定在转子端面上，安装时无需改变主轴结构，可用于无在线平衡装置的转子系统的平衡改造；平衡储液腔的安装位置可沿径向调节，通过增大平衡储液腔的安装半径，本发明可获得更大的平衡能力。

技术特征：

1.一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：包括中心储液腔(1)、平衡储液腔(2)、流体开关(6)、管道(5)和无线传感器(3)，所述中心储液腔(1)固定在转子(4)上，中心储液腔(1)的旋转轴与转子(4)旋转轴重合；所述中心储液腔(1)设有4个中心储液腔注液孔(12)并预先存有液体；所述平衡储液腔(2)的数量为4个，沿转子(4)端面周向均布、固定在转子(4)端面上，每个平衡储液腔(2)均设有平衡储液腔注液孔(21)，所述无线传感器(3)固定在转子(4)端面上，随转子(4)同步转动

2.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：所述平衡储液腔(2)的径向安装位置根据转子(4)平衡所需的最大平衡能力进行选择；所述管道(5)长度由中心储液腔注液孔(12)与平衡储液腔注液孔(21)间的距离决定。

3.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：当所述中心储液腔(1)安装在转子(4)端面下方时，中心储液腔(1)由两环绕主轴的半环形储液腔连接而成，两半环形储液腔连接后由连通口(13)互相连通。

4.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：所述流体开关(6)包括电磁阀、蠕动泵或节流阀。

5.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：所述中心储液腔(1)和平衡储液腔(2)上分别设置中心储液腔排气孔(14)和平衡储液腔排气孔(22)；所述中心储液腔排气孔(14)和平衡储液腔排气孔(22)分别设置在中心储液腔(1)和平衡储液腔(2)的内侧顶部。

6.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：所述无线传感器(3)的数量为2个，在同一圆周上对称安装。

7.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：所述无线传感器(3)的数量为1个，并在同一圆周上对称位置安装配重。

8.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：所述4个平衡储液腔(2)的深度、尺寸及径向安装位置均相等。

9.根据权利要求1所述一种液体式转子在线动平衡装置，其特征在于：所述流体开关(6)固定安装在中心储液腔(1)外侧周边的安装座(11)上。

10.一种液体式转子在线动平衡方法，利用如权利要求1所述液体式转子(4)在线动平衡装置进行平衡，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种液体式转子在线动平衡装置及动平衡方法，所述装置包括中心储液腔、平衡储液腔、流体开关、管道和无线传感器，所述中心储液腔固定在转子上并预先存有液体；所述平衡储液腔沿转子端面周向均布、固定在转子端面上。本发明在工作时，通过转子旋转产生的离心力将液体从中心储液腔转移到平衡储液腔，无需额外的注液泵等设备实现注液，在安装和维护时无需考虑额外的液体系统，降低了相应的成本。本发明固定在转子上的无线传感器与转子同步转动，可实时采集转子的振动信号，避免了轴承座振动与转子振动不同步导致无法反映转子实际平衡情况的问题。本发明可用于无在线平衡装置的转子系统的平衡改造。

技术研发人员：周平,张心罡,闫英,刘秋雨,张正宇,郭东明
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15