СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ РОТОРА МАШИНЫ С ИМИТАЦИЕЙ ИХ ПУТЕМ УГЛОВОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ВОЙДЕЙСТВИЯ НА БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК

Область использования
Изобретение относится к измерительной технике для диагностирования технического состояния машин с вращающимися (роторными) элементами и может быть использовано, в частности, для тестирования и калибровки систем мониторинга крутильных колебаний валов энергетических турбоагрегатов, питательных насосов и другого подобного оборудования.
Предшествующий уровень техники
Известен принятый в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения стенд для создания и исследования крутильных колебаний в роторных элементах машин, содержащий установленный на неподвижном основании электродвигатель, на валу которого установлен по меньшей мере один информационный элемент, управляемое средство возбуждения крутильных колебаний и датчик для их индикации, соединенный с вычислительным блоком (RU 41171, G06G 7/70, 2004 [1]). Согласно [1] управляемым средством возбуждения крутильных колебаний служит указанный электродвигатель, на который подается циклически изменяющееся питающее напряжение, роль информационного элемента выполняет соединенный с валом указанного электродвигателя демпфер, а датчиком для индикации крутильных колебаний служит жестко соединенный с указанным демпфером контактный измерительный прибор - торсиограф. Недостатками такого технического решения являются сложность возбуждения с учетом инерционных свойств вращающегося ротора заданной формы крутильных колебаний, а также недостаточная точность воспроизведения таких колебаний через демпфер с контактным датчиком из-за их частичного затухания и искажения демпфером.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является упрощение возбуждения крутильных колебаний требуемой формы и повышение точности их воспроизведения (индикации), а достигаемым техническим результатом - обеспечение возможности имитации эффекта крутильных колебаний требуемой формы в датчике индикации импульсов от информационных элементов вращающегося ротора.
Указанные задача и технический результат обеспечиваются тем, что в стенде для создания и исследования крутильных колебаний ротора машины, содержащем установленный на неподвижном основании электродвигатель, на валу которого установлен по меньшей мере один информационный элемент, управляемое средство возбуждения крутильных колебаний и датчик индикации, соединенный с вычислительным блоком, согласно изобретению информационные элементы и датчик выполнены в виде системы бесконтактного взаимодействия, причем с управляемым средством возбуждения крутильных колебаний соединен указанный датчик. При этом информационные элементы могут быть выполнены в виде зубцов, равномерно расположенных по окружности зубчатого колеса из ферромагнитного материала, датчик - магнито-восприимчивым, а управляемое средство возбуждения крутильных колебаний - в виде генератора механических продольных виброколебаний, кинематически связанного с механизмом их преобразования в колебательные перемещения указанного датчика для генерации в нем импульсов, имитирующих импульсы от крутильных колебаний.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом изобретения состоит в том, что выполнение информационных элементов и датчика в виде системы бесконтактного взаимодействия при соединении с управляемым средством возбуждения крутильных колебаний не вращающегося ротора, а датчика указанной системы, принимающего бесконтактным путем импульсы от установленных на роторе информационных элементов, позволяет имитировать сигналы подобные сигналам от крутильных колебаний требуемой формы непосредственно в датчике, что значительно проще и приводит к получению более точных результатов, так как не требует учета инерционных свойств ротора.
Следует отметить известность использования бесконтактной системы взаимодействия информационных элементов вращающегося ротора и датчиков индикации получаемых от них сигналов, характеризующих крутильные колебания ротора (RU 2078324, G01M 15/00, 1997 [2]). Однако данная публикация не делает очевидным для специалиста заявленное техническое решение в целом, так как в [2] речь идет не о создании крутильных колебаний в стендовых условиях, а об измерении реальных крутильных колебаний ротора двигателя при определении его технического состояния. В соответствии с этим из известности системы бесконтактного взаимодействия согласно [2] не вытекает возможность использования ее по совершенно другому назначению - для имитации эффекта крутильных колебаний с помощью управляемого воздействия на бесконтактный датчик. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень».
Краткое описание чертежа
На чертеже изображена принципиальная схема стенда согласно изобретению.
Расшифровка позиций чертежа
1 - неподвижное основание; 2 - электродвигатель; 3 - вал (ротор) электродвигателя; 4 - информационные элементы (зубцы); 5 - зубчатое колесо; 6 - ось маятника (держателя датчика); 7 - бесконтактный датчик; 8 - генератор продольных виброколебаний; 9 - шток преобразователя виброколебаний в угловые колебания держателя датчика (маятника); 10 - ось шарнира штока; 11 - держатель датчика (маятник); 12 - вычислительный блок.
Подробное описание изобретения
Стенд для создания и исследования крутильных колебаний согласно изобретению содержит установленный на неподвижном основании 1 электродвигатель 2 с регулируемой скоростью вращения. На валу (роторе) 3 последнего установлены информационные элементы, выполненные в виде зубцов 4, равномерно расположенных по окружности зубчатого колеса 5 из ферромагнитного материала, например, из углеродистой стали. На том же основании 1 в плоскости информационных элементов (зубчатого колеса 5) на оси 6 подвижно закреплен с возможностью совершения колебательных движений магнитовосприимчивый датчик 7 (например, датчик Холла), образующий с информационными элементами (зубцами) 4 систему бесконтактного взаимодействия. Стенд содержит также управляемое средство возбуждения крутильных колебаний, выполненное в виде генератора 8 механических продольных виброколебаний, кинематически связанного с механизмом их преобразования в колебательные перемещения датчика 7. Указанный механизм в рассматриваемом примере представляет собой жестко связанный с генератором 8 шток 9, другим своим концом соединенный через шарнир с осью 10 с установленным на оси 6 поворотным держателем (маятником) 11 датчика 7. Указанное средство позволяет генерировать в датчике 7 импульсы, имитирующие импульсы от крутильных колебаний. Датчик 7 электрически связан с вычислительным блоком 12.
При включении после запуска электродвигателя 2 генератора 8 механических продольных виброколебаний передаваемые штоку 9 возвратно - поступательные виброперемещения с частотой f и амплитудой A преобразуются в колебания датчика 7 с той же частотой f и амплитудой линейных колебаний S, значение которой в линейных единицах (мкм) определяется соотношением 8=A/L*1, где L - длина плеча маятника между осью 6 маятника и осью 10 шарнирного крепления штока 9 на маятнике 11, a L1 - расстояние от оси 6 маятника до торца датчика. Колебания эти накладываются на воспринимаемые датчиком 7 импульсы от информационных элементов (зубцов) 4 вращающегося ротора 3. Результирующий сигнал поступает на обработку в вычислительный блок 12.
Таким образом, в стенде согласно изобретению осуществляется имитация крутильных колебаний вращающегося ротора 3 относительно датчика 7 за счет замены их колебаниями последнего относительно ротора 3, что реализуется значительно более простыми техническими средствами. Точность воспроизведения амплитуд S колебаний датчика 7 определяется точностью задания амплитуды A механических продольных виброколебаний, создаваемых генератором 8.