[发明专利]用于涡轮机械的被动动态内部转子平衡系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于转子(诸如在涡轮机械中使用的转子)的平衡系统。更具体地，本发明涉及用于转子的动态平衡系统，该动态平衡系统在转子操作的同时被动地自校正不平衡，从而降低或消除不平衡和振动的问题。

背景技术

各种平衡系统用于平衡旋转体。用于与半卡车轮一起使用的一种平衡系统包括将颗粒粉末置于大卡车轮胎中以通过对移动的惯性阻力来提供平衡。

用于旋转构件的另一种平衡系统包括用于内燃机曲轴的流体腔。该系统包括由致密橡胶处理环构成的曲轴振动阻尼器，该致密橡胶处理环悬浮在充满粘性流体的封闭环中。阻尼器被附接至曲轴的端部以将由燃烧和转动不平衡导致的轴振动降到最低。例如，在Linn的第1,776,125号美国专利、Darrieus的第2,659,243号美国专利、Nielsen的第2,771,240号美国专利、Tai的第5,593,281号美国专利以及Nielsen等人的第US2010/0021303号美国专利申请公开中示出了用于旋转部件的被动动态平衡的多种系统和方法。

通常，用于平衡转子(诸如在涡轮机械中使用的那些转子)的现行做法包括以下步骤：进行测试来确定低速平衡、高速平衡或低速平衡、高速平衡二者；然后，通过磨削、钻削、机加工、通过将平衡重物添加至平衡环或螺纹的重物中或重新排序组合组件(诸如叶片和叶轮)在固定的位置去除或添加质量。

这些方法和系统可能耗时且昂贵，并且可导致不一致的结果。此外，该系统可能随时间而变得不平衡，或由于污染、沉积、侵蚀或外物伤害而变得不平衡。在平衡装置与机器的实际使用工况之间的系统刚度改变(例如但不限于油膜刚度、底座刚度和基础刚度)可能导致临界速度、幅度、振型的变化。这些变化可能需要使得在极点位置的质量校正与通过上述详细说明过的增加或去除质量的传统方法进行的平衡校正不一致。恢复平衡的校正通常需要将转子从运转的机器拆下并在低速或高速中重新平衡。因此，需要用于动态地平衡转子的协调且便宜的系统和方法，在转子运转时被动地自动校正不平衡。

发明内容

本发明针对用于转子的动态平衡系统，该动态平衡系统当转子运转时被动地自校正不平衡。该系统包括在其中具有封闭的中空腔的多个环，该多个环位于预测的最大轴模式偏差位置安装在转子轴上，其中，每个环都包括重金属滚珠和粘性非腐蚀性流体。

根据第一方面，本发明针对被动的动态惯性转子平衡系统，包括：多个平衡构件，在位于预测的最大轴模式偏差位置安装在转子轴上。平衡构件中每个都至少一个腔。该腔包括多个可移动的重物以及位于腔中的粘性流体，其中，当轴朝向不平衡点加速时，由于在不平衡的方向上抵抗轴的径向加速度的惯性力，重物在腔中移动至与不平衡点相对的位置。重物可包括由重金属材料形成的滚珠，例如但不限于钨合金。粘性流体可包括非腐蚀性流体材料，例如基于石油或乙二醇的物质。平衡构件可以是限定中央开放部分的环，该中央开放部分被配置为用于围绕转子轴的布置，至少一个腔可包括环形中空部分，该环形中空部分围绕中央开放部分延伸并由环的壁限定。根据预测的不平衡响应，高达一半的环的中空部分的圆周可以由滚珠覆盖，并且中空部分可以充满粘性液体。根据一个设计，多个平衡构件可以是至少三个平衡构件，其中，一个平衡构件位于用于第一模式弯曲的中央部分附近，其他两个平衡构件位于用于第一平衡构件的任一侧并在用于第二模式弯曲的大约四分之一长度处。

根据另一方面，本发明针对用于在转子旋转期间自动校正涡轮机械转子的不平衡的一种系统，其中，该系统包括沿转子的轴安装在预定位置的至少三个环，环中每个都包括封闭的腔。多个可移动的重物位于环中每个的腔中，流体位于环中每个的腔中以围绕可移动的重物。当在旋转期间出现不平衡时，位于腔中的重物向与不平衡的位置相对的方向移动。根据一个实施方式，可移动的重物可包括滚珠，并且流体可包括能够为可移动的重物提供阻尼以防止其过度移动并向这些滚珠提供润滑的粘性材料。环沿着转子的轴被置于预测的最大轴模式偏差的位置。根据一个设计，第一环可以位于用于第一模式弯曲的中央部分，第二环可以位于第一环的一侧，第三环可以位于第一环的相对侧。第二环和第三环可以位于用于第二模式弯曲的约四分之一长度处。