[发明专利]一种实现旋转机械在线自动平衡的剖分式自动平衡装置

说明书

一种用于实现旋转机械在线自动平衡的机械装置，该装置为剖分式结构，包括剖分式动环和剖分式静环两部分；剖分式过渡套连接旋转主轴与动环，并起支撑动环的作用；静环各剖分组件在轴向通过静环紧定螺栓实现串联安装固定，静环采取剖分结构，周向包裹动环；动环各剖分组件剖分面分别采用螺栓、插接式、连接片等方式连接，轴向通过动环紧定螺栓串联安装固定本发明的剖分式结构，使得自动平衡平衡装置不但适用于新产品开发，也适用于在役的旋转设备，使得自动平衡头在安装和拆卸过程中的简易性与便捷性得到大大提升，无需拆卸原有装置就能完成自动平衡装置的装拆，有利于自动平衡装置的应用推广。

技术领域

本发明涉及一种实现旋转机械在线自动平衡的剖分式自动平衡装置，属于旋转机械自动平衡技术领域。

背景技术

旋转机械是工业生产中必不可少的重要组成部分，常见的旋转机械有汽轮机转子、离心式压缩机、工业燃气轮机、高速超精密磨床、大型风机，航空发动机等。伴随着旋转机械往高速、高精度、大型化方向发展，对控制旋转机械振动的要求也越来越高。

转子是各类旋转机械中最重要的部件，转子的振动过大将导致旋转机械动静部件碰摩、轴承磨损断裂、机组停车检修等不良后果，造成巨大的经济损失以及给操作人员带来安全隐患。因此，需要定期对旋转机械转子进行动平衡试验。L.J.Everett的调查统计，旋转机械振动过大有80％来源于转子的不平衡量过大。转子动平衡就是在两个矫正面上重新调整转子系统的质量分布，使转子由不平衡量引起的振动控制在允许范围内。而传统的离线动平衡方法具有一定的局限性，往往需要将转子从机器上拆下来进行现场动平衡。现场动平衡往往需要经历在平衡架上反复加“试重”的过程，平衡难度大、平衡时间长、费时费力。之后出现的无试重现场动平衡技术虽然缩短了平衡时间，但也避免不了停机的问题。自动平衡技术便是在这样的背景下迅速发展起来的新兴学科。在线自动平衡技术能够在旋转机械不停机的状态下实时调整转子不平衡状态，自美国1877年第一台自动平衡装置面世以来，越来越多的专家学者开始研究自动平衡装置，取得了一定的成果，并被成功的应用于一些工业实践中。

电磁平衡头具有精度高、结构紧凑、响应时间短以及稳定性好等优点，已经成为自动平衡装置领域中研究的热点。美国密西根大学、韩国亚洲大学等高校对电磁平衡头的设计及控制方法作了大量的研究，目前，欧美等发达国家对电磁式平衡头系统的研究已经处于比较成熟的阶段，并在工业领域中得到了推广应用。德国霍尔曼公司已经用于自主设计的电磁平衡头，并成功应用于高档数控机床。韩国亚洲大学的Moon等人在自动平衡装置的发展概述中提到，美国LORD公司生产的电磁驱动实时平衡系统已成功应用于超精密加工领域中的高速机床主轴上，有效的降低了主轴振动，提高了加工精度，给欧美国家带来了巨大的经济效益。此外，LORD公司产品在大型风机[9]以及离心压缩机中也有成功的应用案例。2014年，资料显示电磁平衡头已经成功应用于C-130涡桨型航空发动机上。

目前，自动平衡技术在民用领域，尤其是在高端的机床行业，已经推出了商业化的产品，并取得了很多成功的应用，以德国Hofmann、德国Dittel、美国许密特(Schmitt)、美国Lord、意大利Marposs为代表的液体式、机电式、电磁驱动式自动平衡技术的应用最为广泛。然而，以上的自动平衡装置皆为整环式结构，安装和调整都较为繁琐，要在涡桨发动机上运用自动平衡技术来抑制发动机的同频振动故障还有很多问题需要解决。由于航空发动机尤其是军用发动机，其运行工况复杂，例如巡航和俯冲，为适应这种快速的工况变化，必须使得自动平衡系统具备轻便的结构、稳定的驱动能力、快速的反应能力、并且具备便携的安装性能。

1993年美国波音公司为了抑制不平衡转子的振动，发明了一种可在线提供持续主动平衡的平衡装置，适用于转子等旋转部件(发明号：US005197010A)。该装置采用液压系统驱动储液用弹性囊来实现主动平衡，有两种结构：一种是弹性囊环绕安装在转子和支撑轴承之间，通过液压实时调整转轴中心位置达到平衡状态；另外一种是把储液的弹性囊作为可变质量，直接安装在转轴上。通过泵压改变弹性囊储液量大小来实现转子质量的再分配，达到平衡状态。