УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РОТОРНЫХ СИСТЕМ С АКТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
INSTALLATION FOR INVESTIGATION OF ROTOR SYSTEMS WITH ACTIVE CONTROL

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использовано в учебном процессе при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях.
В качестве прототипа данного технического решения выбран испытательный стенд для исследования роторных систем, содержащий корпус, установленный на станине и имеющий резьбовые отверстия для крепления элементов смазочной системы, выполненных в виде фитингов, вал, связанный через муфту с электродвигателем, зафиксированным на станине с помощью кронштейна, на корпусе смонтирована крышка, в которой установлен винт, фиксирующий датчик силы, подшипниковые узлы, имеющие корпуса, на которых винтами закреплены крышки, в которых выполнены резьбовые отверстия, с установленными в них датчиками перемещения, датчиками давления, датчиками температуры, причём один подшипниковый узел имеет дополнительно датчик частоты вращения, уплотнения, установленные в крышке (Патент РФ №2651643, МПК G01M 13/04, опубликовано 23.04.2018 г.).
Недостатком данного экспериментального стенда является невозможность исследования роторных систем на конических подшипниках скольжения.
Техническая задача, которую решает данное изобретение, - повышение уровней вариабельности управляющих факторов испытаний за счёт конструктивной возможности модернизации стенда с помощью установки дополнительных элементов в подшипниковые узлы и изменения схемы подачи смазочного материала, а также активного управления характеристиками конического подшипникого узла.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для исследования роторных систем с активным управлением, содержащая корпус, установленный на станице, закрепленные в корпусе на валу, связанном через муфту с электродвигателем, первый подшипниковый узел, на котором установлен датчик частоты вращения и датчик давления, второй подшипниковый узел, на котором установлены датчики перемещения и датчик давления, внутри корпуса установлены только датчик температуры и датчик уровня смазочного материала, нагрузочное устройство, посаженное на вал и содержащее датчик силы, элементы, установленные в резьбовых отверстиях корпуса, выполненные в виде фитингов, электродвигатель, зафиксированный на станине с помощью кронштейна, один подшипниковый узел имеет датчик частоты вращения, уплотнения, смазочную систему, содержащую бак со смазочным материалом, насос, тройник, соединенный гидравлическими шлангами с баком через последовательно расположенные предохранительные клапаны и датчик расхода, согласно изобретению, в нее дополнительно введен блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиками частоты вращения, температуры, перемещения, давления, силы, расхода и уровня смазочного материала, а выходы - с сервоклапанами, электродвигателем, насосными станциями и нагревательными элементами, помещенными в баки со смазочным материалом, один подшипниковый узел снабжен коническим подшипником скольжения, смазочная система имеет три изолированные друг от друга с помощью уплотнений полости для управления характеристиками конического подшипника скольжения, к бакам через гидравлические шланги и фильтры подсоединены насосные станции, одна из которых через тройник подключена к двум параллельным ветвям, каждая из которых состоит из последовательно соединенных предохранительного клапана, сервоклапана, датчика расхода и подключена к полости подшипникового узла с коническим подшипником, а другая насосная станция через соответствующий фильтр и гидравлический клапан гидравлическими шлангами подключена к полости другого подшипникового узла, причем третья полость через гидравлические шланги, элемент и клапан соединена с коллектором.
Технический результат применения данного устройства заключается в расширении области исследования роторных систем за счёт конструктивной возможности модернизации стенда с помощью установки дополнительных элементов в подшипниковые узлы и возможностью изменения схемы подачи смазочного материала в них, а также возможностью активного управления характеристиками конического подшипникого узла.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема установки для исследования роторных систем на коническом подшипнике скольжения с активным управлением в общем виде; на фиг.2 изображён продольный разрез первого подшипникового узла; на фиг.3 изображён продольный разрез второго подшипникового узла с коническим подшипником скольжения; на фиг.4 изображена схема смазочной системы.
Установка (фиг.1) содержит корпус 1, установленный на станине 2, имеющий резьбовые отверстия 3, смазочную систему 4 с гидравлическими элементами 5, закреплёнными в отверстиях 3, Первый подшипниковый узел 6 и второй подшипниковый узел 7, закреплённые в корпусе 1, вал 8, связанный через муфту 9, которая имеет свободный ход Ь, с электродвигателем 10, установленным через кронштейн 11 на станине 2. Крышка 12 зафиксирована на корпусе 1. Нагрузочное устройство 13 установлено в корпусе 1 и посажено на вал 8. Нагрузочное устройство 13 содержит установочный болт 14, установленный в крышке 12, и фиксирующий датчик 15 силы в силовом блоке 16, установленном на вал 8. На первом подшипниковом узле 6 через планку 17 установлен датчик 18 частоты вращения, через планку 19 датчик 20 давления. На втором подшипниковом узле 7 через планки 21 установлены датчики 22 перемещения, а через планку 19 датчик 20 давления. На подшипниковом узле 7 закреплена крышка 23 с датчиком 22 перемещения. Корпусы первого подшипникового узла 6 и второго подшипникового узла 7 имеютрезьбовые отверстия 24 и планки 25 с резьбовыми отверстиями 26, в которые закреплены гидравлические элементы 27 и 28. В корпус 1 с помощью резьбового отверстия 3 закреплен датчик 20 давления. Внутри корпуса 1 установлен и закреплен датчик 29 температуры и датчик 30 уровня смазочного материала.
На валу 8 установлен диск 31, изготовленный из антифрикционного материала и закрепленный с двух сторон стопорными шайбами 32.
Бак 33 заполнен смазочным материалом 34, соединен с гидравлическими элементами 27 через последовательно установленные фильтр 35, насосную станцию 36, предохранительные клапаны 37, сервоклапаны 38, датчики 39 расхода.
Бак 40 заполнен смазочным материалом 34, соединен с гидравлическим элементом 5 через последовательно установленные фильтр 35, насосную станции 41, клапан 42.
Гидравлические элементы 28 соединены с масляными баками 33 и 40 через сервоклапаны 43.
Внутри баков 33, 40 расположены нагревательные элементы 44. Электродвигатель 10, насосные станции 36, 41, нагревательные элементы 44, датчик 15 силы, датчик 18 частоты вращения, датчик 29 температуры, датчики 22 перемещения, датчики 20 давления, датчики 39 расхода и сервоклапаны 38, 43, клапан 42 соединены с блоком 45 управления, сбора и обработки сигналов в соответствии с управляемой программой.
Подшипниковый узел 6 (фиг. 2) состоит из корпуса 46, гайки 47, фиксирующей с помощью дистанционной втулки 48 подшипник 49 скольжения, стакан 50 с уплотнением 51. Крышка 52 с установленным в нее уплотнением 53 закреплена на корпусе 46 винтами 54. Датчик 18 частоты вращения вала 8 закреплен на планке 17, которая закреплена на корпусе 46 винтами 55. На корпусе 46 закреплены крышки 19 и 25 (на фиг. 2 не показано) винтами 55.
Подшипниковый узел 7 (фиг. 3) состоит из корпуса 56, гайки 57, фиксирующей с помощью дистанционной втулки 58 конический подшипник 59 скольжения, стакан 50 с уплотнением 51. На корпусе 56 закреплены винтами 55 планки 19, 21 и 25(на фиг. 3 не показано). Между валом 8 и коническим 59 подшипником скольжения имеется величина зазора h.
Смазочная система 4 (фиг. 4) имеет три контура подачи смазочного материала 34, а также один контур для слива смазочного материала 34. Каждый из них предназначен для подачи смазочного материала 34 в изолированные, с помощью уплотнений 51 и 53 друг от друга узлы экспериментальной установки (В, Г, Д).
Входной патрубок насосной станции 36 соединен с баком 33 через последовательно установленные гидравлический шланг 60, фильтр 35 и гидравлический шланг 61. Выходной патрубок насосной станции 36 соединен через гидравлический шлаг 62 с тройником 63, который через гидравлический шланг 64 связан с последовательно установленными предохранительным клапаном 37, сервоклапаном 38, датчиком 39 расхода, которые через гидравлический шланг 65 подключены к гидравлическому элементу 27 и полости 66 (Д) подшипникого узла 7, другой выход тройника 63 через гидравлический шланг 67 связан с последовательно установленными предохранительным клапаном 37, сервоклапаном 38, датчиком 39 расхода, которые через гидравлический шланг 68 подключены к гидравлическому элементу 27 и полость 69 (В) подшипникого узла 6
Входной патрубок насосной станции 41, соединен с баком 40 через последовательно установленные гидравлический шланг 70, фильтр 35 и гидравлический шланг 71. Выходной патрубок насосной станции 41 соединен через гидравлический шланг 72 с последовательно установленными клапаном 42, гидравлическим шлангом 73, гидравлическом элементом 5 и полостью 74 (Г).
Полость 74 (Г) через гидравлический элемент 5, гидравлический шланг 73, гидравлический клапан 42 соединена с коллектором 75. Полость 66 (Д) через гидравлический элемент 28, сервоклапан 43 и гидравлический шланг 76 соединена с коллектором 75. Полость 69 (В) через гидравлический элемент 28, сервоклапан 43 и гидравлический шланг 77 соединена с коллектором 75.
Предохранительные клапаны 37 связаны с коллектором 75 при помощи гидравлических шлангов 78 и 79. Выход коллектора 75 соединен с баками 33 и 40 с помощью гидравлических шлангов 80 и 81.
Установка для исследования роторных систем с активным управлением работает следующим образом.
В начале эксперимента в баках 33 и 40 включают нагревательные элементы 44, которые нагревают смазочный материал 34 до заданной температуры. Когда температура смазочного материала 34 в баках 33 и 40 достигает необходимого значения, включается насосная станция 41, которая нагнетает смазочный материал 34 из бака 40 через последовательно установленные гидравлический шланг 70, фильтр 35 и гидравлические шланги 71, 72, клапан 42, гидравлический шланг 73, гидравлический элемент 5 соединенный с полостью 74 (Г). При достижении смазочным материалом датчика 30 уровня смазочного материала насосная станция 41 отключается.
В начальный промежуток времени вал 8 не вращается. Затем, в соответствии с параметрами испытания, регулируется величина внешней нагрузки на вал 8 со стороны нагрузочного устройства 13, которая регистрируется датчиком 15 силы, изменяется путём отвинчивания или завинчивания винта 14, тем самым уменьшая или увеличивая нагрузку, передаваемую через силовой блок 16 на вал 8.
После этого электродвигатель 10 через муфту 9 раскручивает вал 8 до установленной частоты вращения, фиксируемой датчиком 18, при этом датчики 22 фиксируют перемещение вала 8 в осевом направлении. Датчик 20 фиксирует давление в полости 74 (Г). Датчик 29 фиксирует температуру смазочного материала 34 по периметру зазора h между валом 8 и коническим подшипником 59 скольжения. Датчик 22 перемещения, установленный в крышке 23 отслеживает перемещения вала 8 вдоль своей оси.
Для изменения характеристик работы конического подшипника 59 скольжения включают насосную станцию 36, которая нагнетает смазочный материал 34 из бака 33 через последовательно установленные гидравлический шланг 60, фильтр 35, гидравлический шланг 61, гидравлический шлаг 62, тройник 63, гидравлический шланг 64 предохранительный клапан 37, сервоклапан 38, датчик 39 расхода, гидравлический шланг 65, гидравлический элемент 27 в полость 66 (Д). Давление подачи смазочного материала 34 меняется в зависимости от степени открытия сервоклапана 38 и регистрируется датчиком 20 давления, установленным в полости 66 (Д). При увеличении давления в полости 66 вал 8 перемещается параллельно своей оси вращения влево, что фиксируется датчиком 22 перемещения, установленным в крышке 23, при этом увеличивается зазор h между валом 8 и коническим подшипником 58 скольжения. Перемещение вала 8 ограничено свободным ходом L в муфте 9.
Для уменьшения зазора h между валом 8 и коническим подшипником 58 скольжения насосная станция 36 нагнетает смазочный материал 34 из бака 33 через последовательно установленные гидравлический шланг 60, фильтр 35, гидравлический шланг 61, гидравлический шлаг 62, тройник 63, гидравлический шланг 67 предохранительный клапан 37, сервоклапан 38, датчик 39 расхода, гидравлический шланг 68, гидравлический элемент 27 в полость 69 (В) при этом открывается сервоклапан 43 и смазочный материал 34 из полости 66 (Д) через гидравлический элемент 28 и гидравлический шланг 76 поступает в коллектор 75, а затем по гидравлическим шлангам 80, 81 в баки 33 и 40.
Давление подачи смазочного материала 34 в полости 69 (В) меняется в зависимости от степени открытия сервоклапана 38 и регистрируется датчиком 20 давления. При увеличении давления в полости 69 вал 8 перемещается параллельно своей оси вращения влево, что фиксируется датчиком 22 перемещения, установленным в крышке 23, при этом уменьшается зазор h между валом 8 и коническим подшипником 59 скольжения.
Сигналы с датчиков 15,18, 20, 22, 39, 30, сервоклапанов 38, 43 и расходомеров 39 поступают в блок 45 управления, сбора и обработки сигналов, где они регистрируются и обрабатываются. В ответ из блока 45, в соответствии с управляющей программой, на сервоклапаны 38 и 43 подается сигнал по напряжению, регулирующий степень открытия или закрытия механизмов сервоклапанов 38 и 43.
С помощью блока 45 управления, сбора и обработки сигналов производится отключение и включение насосных станций 36, 41 и электродвигателя 10, управление нагревательными элементами 44. После выполнения всех параметров испытания выключается электродвигатель 10, вал 8 останавливается, выключаются насосные станции 36, 41 и испытание считается оконченным.