CS218272B1

CS218272B1 - Equipment for dynamic machine balancing

Info

Publication number: CS218272B1
Application number: CS605580A
Authority: CS
Inventors: Vlibald Kolarcik; Richard Matula; Frantisek Pochyly
Original assignee: Vlibald Kolarcik; Richard Matula; Frantisek Pochyly
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1983-02-25

Abstract

■Vynález se týká oboru čerpadel a řeší vyvážení dynamických sil jednovřetenových čerpadel. Podstatou vynálezu, kde stator čerpadla je opatřen alespoň jedním rezonančním prvkem tvořeným pružně uloženým hmotným členem je, že mezi hmotným členem podélného tvaru a statorem čerpadla jsou uloženy alespoň dva viskoelastické mezičleny.■The invention relates to the field of pumps and solves the balancing of dynamic forces of single-spindle pumps. The essence of the invention, where the pump stator is provided with at least one resonant element formed by a resiliently mounted material member, is that at least two viscoelastic intermediate members are mounted between the longitudinally shaped material member and the pump stator.

Description

Vynález se týká zařízení k dynamickému vyvážení stroje, zejména jednovřetenového čerpadla.The invention relates to a device for dynamically balancing a machine, in particular a single-spindle pump.

Společnou vlastností jednovřetenových čerpadel je kinematika pohybu vřeten, v důsledku které rotuje vřeteno konstantní úhlovou rychlostí kolem osy vřetene a těžiště hlavy vřetene vykonává pracovní pohyb s protiběžnou precesí na kruhové dráze, dané ekcentricitou vřetene vůči statoru. Tak dochází ke vzniku nevyvážených odstředivých sil, které jsou přenášeny na hnací elektromotor a potrubí.A common feature of single-spindle pumps is the spindle motion kinematics, as a result of which the spindle rotates at a constant angular velocity around the spindle axis, and the center of gravity of the spindle head performs working movement with counter-rotating precession on the circular path. This creates unbalanced centrifugal forces, which are transmitted to the drive motor and the piping.

Dále vznikají vlivem proudění pracovní kapaliny čerpadlem klopné momenty, které se snaží naklánět podélnou osu čerpadla. Vektor výsledného klopného momentu je kolmý na podélnou osu čerpadla a rotuje se stejnou úhlovou rychlostí jako výslednice odstředivých sil. Nejsou-li uvedené síly a momenty vyváženy, dochází ke zvýšenému kmitání agregátu, což má za následek sníženou provozní spolehlivost a životnost agregátu. Známým řešením tlumení kmitů jednovřetenových čerpadel je například zařízení, kde stator soustrojí je na konci, kde je uložen hnací elektromotor, opatřen v podélné ose pružnou tyčí, na jejímž konci je uložen hmotný člen. Pružná tyč a hmotný člen tvoří kmitající soustavu, odebírající čerpadlu pohybovou energii tak, že čerpadlo zůstává v klidu.In addition, tipping moments occur as a result of the flow of working fluid through the pump, which attempts to tilt the longitudinal axis of the pump. The resulting tipping moment vector is perpendicular to the longitudinal axis of the pump and rotates at the same angular velocity as the resultant of the centrifugal forces. If these forces and moments are not balanced, the unit will oscillate, resulting in reduced unit reliability and service life. A known solution for the vibration damping of single-spindle pumps is, for example, a device in which the generator stator is provided at its end with a driving electric motor with a longitudinal axis with a flexible rod, at the end of which a mass member is mounted. The resilient rod and the mass member form an oscillating system that draws the pump energy of movement so that the pump remains stationary.

Nedostatky uvedeného řešení jsou v tom, že zařízení zvětšuje délku soustrojí, což znesnadňuje čerpání při nízkých hladinách kapaliny, tyč je vystavena značnému nebezpečí únavových lomů a dále, že uvedený tlumič kmitů je velmi citlivý na přesnost naladění, neboť má nízké vnitřní tlumení. Před uvedením do provozu je nutno tlumič ladit na zkušebně, což omezuje séríovosť výroby. Dále je známo řešení, kde alespoň jeden konec rotoru čerpadla je opatřen rezonančním prvkem. Nevýhodou tohoto řešení je, že rezonanční prvek krouží ve statoru zároveň s rotorem a zvyšuje tak mechanické ztráty třením a vířením pracovní kapaliny ve statoru a k vyvážení klopných momentů jsou třeba alespoň dva resonanční prvky, umístěné na obou koncích rotoru čerpadla.The drawbacks of this solution are that the device increases the length of the set, which makes it difficult to pump at low fluid levels, the bar is exposed to a significant risk of fatigue fractures, and further that said vibration damper is very sensitive to tuning accuracy because of low internal damping. Before start-up, the silencer must be tuned to the test room, which limits the production serie. Furthermore, a solution is known in which at least one end of the pump rotor is provided with a resonant element. The disadvantage of this solution is that the resonant element swirls in the stator simultaneously with the rotor and thus increases the mechanical losses by friction and swirling of the working fluid in the stator and at least two resonant elements located at both ends of the pump rotor are needed to balance the tilting moments.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje v podstatě vynález, kterým se zařízení k dynamickému vyvážení stroje, zejména jednovřetenového čerpadla, kde stator je opatřen alespoň jedním rezonančním prvkem tvořeným pružně uloženým hmotným členem a jeho podstata spočívá v tom, že mezi hmotným členem podélného tvaru a statorem jsou uloženy alespoň dva viskoelastické mezičleny.The above drawbacks essentially overcome the invention by which a device for dynamically balancing a machine, in particular a single-spindle pump, wherein the stator is provided with at least one resonant element formed by a resiliently mounted mass member, at least two viscoelastic intermediates.

Další podstatou vynálezu je, že rezonanční prvek je uspořádán uvnitř statoru.Another object of the invention is that the resonant element is arranged inside the stator.

Další podstatou vynálezu je, že rezonanční prvek je uspořádán vně statoru.It is a further object of the invention that the resonant element is arranged outside the stator.

Konečně je podstatou vynálezu, že viskoelastický mezičlen sestává z pružného členu a z tlumicího členu.Finally, it is an object of the invention that the viscoelastic intermediate member consists of a resilient member and a damping member.

Vyšší účinek vynálezu se projevuje zvýšením operativnosti, spolehlivosti a životnosti soustrojí jednovřetenových čerpadel bez zvýšení mechanických ztrát pří kokonalém vyvážení čerpadel a možnosti sériové výroby vyvažovacího zařízení bez nutnosti vylaďování.The higher effect of the invention results in an increase in the operability, reliability and service life of the single-spindle pump sets without increasing the mechanical losses at the pump balancing and the possibility of series balancing without the need for tuning.

Příklad konkrétního provedení vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje celkové uspořádání čerpadla, kde zařízení podle vynálezu je umístěno uvnitř statoru, na obr. 2 je detail podélného řezu čerpadlem, kde zařízení podle vynálezu je alternativně umístěno vně statoru a obr. 3 představuje příčný řez viskoelastickým mezičlenem z obr. 2.An example of a particular embodiment of the invention is shown schematically in the accompanying drawing, in which Fig. 1 represents the overall arrangement of a pump where the device according to the invention is located inside the stator; Fig. 2 is a detail of longitudinal section of the pump; Fig. 3 is a cross-sectional view of the viscoelastic intermediate member of Fig. 2.

Podle vynálezu je soustrojí 1 tvořeno hnacím elektromotorem 2, ke kterému je prostřednictvím sacího koše 3 připevněno čerpadlo 4. Čerpadlo 4 sestává ze statoru 5 s pryžovou vložkou 6, ve které je uložen rotor 7. Stator 5 je dále opatřen rezonančním prvkem 8 tvořeným hmotným členem 9 podélného tvaru a dvěma paralelně uspořádanými viskoelastickými mezičleny 10, vloženými mezi hmotný člen 9 a statod 5. Viskoelastické mezičleny 10 jsou zhotoveny například z pryže nebo z umělé hmoty, nebo jsou vytvořeny pružným členem 11 a tlumicím členem 12. Rezonanční prvek 8 může být uspořádán vně statoru 5, popřípadě uvnitř statoru 5.According to the invention, the set 1 consists of a driving electric motor 2, to which a pump 4 is attached by means of a suction basket 3. The pump 4 consists of a stator 5 with a rubber insert 6 in which the rotor 7 is mounted. 9 of the longitudinal shape and two parallel-arranged viscoelastic intermediate members 10 interposed between the mass member 9 and the statode 5. The viscoelastic intermediate members 10 are made, for example, of rubber or plastic, or are formed by a resilient member 11 and a damping member 12. outside the stator 5 or inside the stator 5.

Při rozběhu čerpadla 4 vzniknou vlivem precesního pohybu rotoru 7 odstředivé síly a vlivem průtoku pracovní kapaliny čerpadlem 4 klopné momenty. Odstředivé síly a klopné momenty se přenáší na stator 5 a rozkmitávají rezonanční prvek 8 tak, že ostatní části soustrojí 1 zůstávají v klidu, přičemž kinetická energie je hmotnému členu 9 předávána ze statoru 5 prostřednictvím viskoelastických mezičlenů 10.When the pump 4 is started, centrifugal forces occur due to the precession movement of the rotor 7 and the tilting moments are caused by the working fluid flow through the pump 4. The centrifugal forces and tilting moments are transmitted to the stator 5 and vibrate the resonant element 8 so that the other parts of the set 1 remain stationary, the kinetic energy being transmitted to the massive member 9 from the stator 5 via viscoelastic intermediate members 10.

Rezonanční prvek 8 je charakterizován dvěma vlastními frekvencemi, z nichž první je frekvence kruhového pohybu rezonančního prvku 8 kolem podélné osy rezonančního prvku 8, kde kruhový pohyb rezonančního prvku 8 slouží k vyvážení odstředivých sil, zatímco druhá je frekvence kývavého pohybu rezonančního prvku 8 kolem osy kolmé k podélné ose rezonančního prvku 8, kde kývavý pohyb rezonančního prvku 8 slouží k vyvážení klopných momentů.The resonant element 8 is characterized by two natural frequencies, the first being the frequency of the circular motion of the resonant element 8 about the longitudinal axis of the resonant element 8, wherein the circular motion of the resonant element 8 serves to balance the centrifugal forces to the longitudinal axis of the resonant element 8, wherein the rocking movement of the resonant element 8 serves to balance the heeling moments.

Protože frekvence rotace vektorů výslednic odstředivých sil a klopných momentů odpovídá frekvenci otáček rotoru 7 je třeba hmotnost a tuhost rezonančního prvku 8 volit tak, aby se vlastní frekvence rezonančního prvku 8 se nejméně lišily od frekvence otáček rotoru 7. Případné montážní a výrobní nepřesnosti podstatně neovlivní účinek rezonančního prvku 8, neboť vnitřní tlumení, vřazené do dynamické soustavy rezonančního prvku 8 prostřednictvím viskoelastických mezičlenů 10, snižuje citlivost na přesné naladění vlastních frekvencí rezonančního prvku 8. Je tím zaručena spolehli218272 vá funkce jak v případě kolísání otáček, tak v případě nepřesností, vznikajících při sériové výrobě a montáži.Since the rotational frequency of the resultants of centrifugal forces and tilting moments corresponds to the rotational speed of the rotor 7, the mass and stiffness of the resonant element 8 must be chosen so that the natural frequencies of the resonant element 8 differ at least from the rotational speed of the rotor. of the resonant element 8, since the internal damping incorporated in the dynamic resonant element assembly 8 via the viscoelastic intermediate members 10 reduces the sensitivity to the exact tuning of the natural frequencies of the resonant element 8. This ensures reliable function both in the case of speed variations and inaccuracies series production and assembly.

Zařízení podle vynálezu tak lze dokonale vyvážit jak odstředivé síly, tak i klopné momenty, vznikající za provozu jednovřetenového čerpadla. Je-li to z konstrukčního hlediska výhodné, lze stejného výsledku dosáhnout větším počtem rezonančních prvků.Thus, the device according to the invention can perfectly balance both the centrifugal forces and the tilting moments resulting from the operation of a single-spindle pump. If this is advantageous from a constructional point of view, the same result can be achieved by a plurality of resonant elements.

Claims

An apparatus for dynamically balancing a machine, in particular a single-spindle pump, wherein the stator is provided with at least one resonant element formed by a resiliently mounted mass member, characterized in that at least two viscoelastic intermediate members are disposed between the longitudinally shaped mass member (9) and the stator (5). (10).

2. Apparatus according to claim 1, characterized by

OF THE INVENTION in that the resonant element (8) is arranged outside the stator (5).

Device according to claim 1, characterized in that the resonant element (8) is arranged inside the stator (5).

Device according to Claims 1 to 3, characterized in that the viscoelastic intermediate member (10) consists of a resilient member (11) and a damping member (12).