[發(fā)明專利]用于渦輪機(jī)械的被動(dòng)動(dòng)態(tài)內(nèi)部轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380017665.7
• 申請(qǐng)日: 2013-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN104285136A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅納德·約翰·約瑟夫克茲克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾利奧特公司
• 主分類號(hào): G01M1/36
• 分類號(hào): G01M1/36;F16F15/32;G01M1/30;F01D25/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及用于轉(zhuǎn)子(諸如在渦輪機(jī)械中使用的轉(zhuǎn)子)的平衡系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，該動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子操作的同時(shí)被動(dòng)地自校正不平衡，從而降低或消除不平衡和振動(dòng)的問題。

背景技術(shù)

各種平衡系統(tǒng)用于平衡旋轉(zhuǎn)體。用于與半卡車輪一起使用的一種平衡系統(tǒng)包括將顆粒粉末置于大卡車輪胎中以通過對(duì)移動(dòng)的慣性阻力來提供平衡。

用于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的另一種平衡系統(tǒng)包括用于內(nèi)燃機(jī)曲軸的流體腔。該系統(tǒng)包括由致密橡膠處理環(huán)構(gòu)成的曲軸振動(dòng)阻尼器，該致密橡膠處理環(huán)懸浮在充滿粘性流體的封閉環(huán)中。阻尼器被附接至曲軸的端部以將由燃燒和轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡導(dǎo)致的軸振動(dòng)降到最低。例如，在Linn的第1,776,125號(hào)美國(guó)專利、Darrieus的第2,659,243號(hào)美國(guó)專利、Nielsen的第2,771,240號(hào)美國(guó)專利、Tai的第5,593,281號(hào)美國(guó)專利以及Nielsen等人的第US2010/0021303號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開中示出了用于旋轉(zhuǎn)部件的被動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡的多種系統(tǒng)和方法。

通常，用于平衡轉(zhuǎn)子(諸如在渦輪機(jī)械中使用的那些轉(zhuǎn)子)的現(xiàn)行做法包括以下步驟：進(jìn)行測(cè)試來確定低速平衡、高速平衡或低速平衡、高速平衡二者；然后，通過磨削、鉆削、機(jī)加工、通過將平衡重物添加至平衡環(huán)或螺紋的重物中或重新排序組合組件(諸如葉片和葉輪)在固定的位置去除或添加質(zhì)量。

這些方法和系統(tǒng)可能耗時(shí)且昂貴，并且可導(dǎo)致不一致的結(jié)果。此外，該系統(tǒng)可能隨時(shí)間而變得不平衡，或由于污染、沉積、侵蝕或外物傷害而變得不平衡。在平衡裝置與機(jī)器的實(shí)際使用工況之間的系統(tǒng)剛度改變(例如但不限于油膜剛度、底座剛度和基礎(chǔ)剛度)可能導(dǎo)致臨界速度、幅度、振型的變化。這些變化可能需要使得在極點(diǎn)位置的質(zhì)量校正與通過上述詳細(xì)說明過的增加或去除質(zhì)量的傳統(tǒng)方法進(jìn)行的平衡校正不一致。恢復(fù)平衡的校正通常需要將轉(zhuǎn)子從運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器拆下并在低速或高速中重新平衡。因此，需要用于動(dòng)態(tài)地平衡轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)且便宜的系統(tǒng)和方法，在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被動(dòng)地自動(dòng)校正不平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)用于轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，該動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被動(dòng)地自校正不平衡。該系統(tǒng)包括在其中具有封閉的中空腔的多個(gè)環(huán)，該多個(gè)環(huán)位于預(yù)測(cè)的最大軸模式偏差位置安裝在轉(zhuǎn)子軸上，其中，每個(gè)環(huán)都包括重金屬滾珠和粘性非腐蝕性流體。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明針對(duì)被動(dòng)的動(dòng)態(tài)慣性轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，包括：多個(gè)平衡構(gòu)件，在位于預(yù)測(cè)的最大軸模式偏差位置安裝在轉(zhuǎn)子軸上。平衡構(gòu)件中每個(gè)都至少一個(gè)腔。該腔包括多個(gè)可移動(dòng)的重物以及位于腔中的粘性流體，其中，當(dāng)軸朝向不平衡點(diǎn)加速時(shí)，由于在不平衡的方向上抵抗軸的徑向加速度的慣性力，重物在腔中移動(dòng)至與不平衡點(diǎn)相對(duì)的位置。重物可包括由重金屬材料形成的滾珠，例如但不限于鎢合金。粘性流體可包括非腐蝕性流體材料，例如基于石油或乙二醇的物質(zhì)。平衡構(gòu)件可以是限定中央開放部分的環(huán)，該中央開放部分被配置為用于圍繞轉(zhuǎn)子軸的布置，至少一個(gè)腔可包括環(huán)形中空部分，該環(huán)形中空部分圍繞中央開放部分延伸并由環(huán)的壁限定。根據(jù)預(yù)測(cè)的不平衡響應(yīng)，高達(dá)一半的環(huán)的中空部分的圓周可以由滾珠覆蓋，并且中空部分可以充滿粘性液體。根據(jù)一個(gè)設(shè)計(jì)，多個(gè)平衡構(gòu)件可以是至少三個(gè)平衡構(gòu)件，其中，一個(gè)平衡構(gòu)件位于用于第一模式彎曲的中央部分附近，其他兩個(gè)平衡構(gòu)件位于用于第一平衡構(gòu)件的任一側(cè)并在用于第二模式彎曲的大約四分之一長(zhǎng)度處。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明針對(duì)用于在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間自動(dòng)校正渦輪機(jī)械轉(zhuǎn)子的不平衡的一種系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括沿轉(zhuǎn)子的軸安裝在預(yù)定位置的至少三個(gè)環(huán)，環(huán)中每個(gè)都包括封閉的腔。多個(gè)可移動(dòng)的重物位于環(huán)中每個(gè)的腔中，流體位于環(huán)中每個(gè)的腔中以圍繞可移動(dòng)的重物。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)不平衡時(shí)，位于腔中的重物向與不平衡的位置相對(duì)的方向移動(dòng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，可移動(dòng)的重物可包括滾珠，并且流體可包括能夠?yàn)榭梢苿?dòng)的重物提供阻尼以防止其過度移動(dòng)并向這些滾珠提供潤(rùn)滑的粘性材料。環(huán)沿著轉(zhuǎn)子的軸被置于預(yù)測(cè)的最大軸模式偏差的位置。根據(jù)一個(gè)設(shè)計(jì)，第一環(huán)可以位于用于第一模式彎曲的中央部分，第二環(huán)可以位于第一環(huán)的一側(cè)，第三環(huán)可以位于第一環(huán)的相對(duì)側(cè)。第二環(huán)和第三環(huán)可以位于用于第二模式彎曲的約四分之一長(zhǎng)度處。