ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РОТОРНО-ОПОРНЫХ УЗЛОВ
EXPERIMENTAL INSTALLATION FOR STUDY OF ROTARY-SUPPORT UNITS

Изобретение относится к области машиностроения и лабораторного оборудования, может быть использована для исследования и имитации поведения роторно-опорных узлов энергоблока.
Известна экспериментальная установка «роторно-опорные узлы», состоящая из станины, электродвигателя и двух опорных узлов, в которых установлен исследуемый вал с нагрузочным диском, что позволяет изменять жесткость вала путем изменения межопорного расстояния за счет перемещения одного из опорных узлов и установки вала другой длины, позволяет использовать компоновочную схему роторно-опорного узла с консольным расположением нагрузочного диска, позволяет использовать в качестве опорных узлов гидродинамические подшипники скольжения с масляной смазкой или подшипники качения различных типоразмеров, позволяет автоматизировано осуществлять сбор и обработку результатов измерения путем съема информации с первичных преобразователей через аналогово-цифровой преобразователь с выводом результатов на персональный компьютер (Полезная модель №96685, МПК G09B 23/10, опубликовано 10.08.2010 г. Бюл. №22).
Недостатком данной экспериментальной установки является отсутствие таких уровней вариабельности управляющих факторов эксперимента, как количество валов и количество опорных узлов, несоосность оснований, несоосность валов, вид и количество муфт, что ограничивает применение экспериментальной установки в исследовании динамических характеристик роторных систем, имитирующих реальные роторные машины.
Техническая задача, которую решает данное изобретение - повышение уровней вариабельности управляющих факторов испытаний за счет конструктивных изменений экспериментальной установки в виде дополнительных элементов с изменением схемы компоновки узлов, а также применением регулирующих элементов и информационно-измерительной системы для сбора, обработки и хранения экспериментальных данных.
Поставленная задача достигается тем, что экспериментальная установка для исследования роторно-опорных узлов, состоящая из электродвигателя, преобразователя и опорных подшипниковых узлов, закрепленные на основании и представляющих собой гидродинамические подшипники скольжения и/или подшипники качения, в которые установлен вал с нагрузочным диском, согласно изобретению она содержит валопровод, состоящий из трех отдельных валов, каждый из которых размещен между соответствующей парой опорных узлов, электродвигатель установлен на основании, размещенном на каркасе, подключен к частотному преобразователю и соединен с первым валом, снабженным нагрузочными дисками и размещенный на том же основании, что и электродвигатель, вторым валом, снабженным нагрузочными дисками, и третьим валом, установленным на другом основании, по длине валов на обоих основаниях расположены стойки с датчиками перемещений и частоты вращения, на опорных подшипниковых узлах размещены датчики температуры и вибрации, причем частотный преобразователь и все датчики подключены к блоку управления, сбора и моделирования и обработки сигналов, соединенному с блоком хранения и отображения информации.
Технический результат применения данного устройства заключается в расширении области исследования роторных систем за счет моделирования различных процессов, таких как смещение и проседание фундамента путем изменения соосности и перекоса валов, а также моделирования различных ситуаций, связанных с износом узлов подшипников скольжения и отсутствием смазочного материала.
Сущность поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема установки для исследования роторно-опорных узлов; на фиг. 2 изображены продольный разрез опорного узла с подшипником скольжения и продольный разрез опорного узла с подшипником качения.
Установка (фиг. 1) представляет собой модель энергоблока, которая состоит из оснований 1 и 2, при этом основание 2 установлено на каркасе 3 при помощи опор 4. Опоры 4 имеют возможность регулирования для выбора необходимого положения основания 2 относительно горизонтального положения. Электродвигатель 5 установлен на основании 2 через плиту 6 и соединен с валопроводом, состоящим из первого вала 7, второго вала 8, третьего вала 9, установленных в опорных подшипниковых узлах 10, Валопровод связан с электродвигателем 5 через муфту 11. Первый вал 7, второй вал 8, третий вал 9 соединены между собой через муфты 12. На первом валу 7 и втором валу 8 закреплены нагрузочные диски 13. По длине валов 7, 8, 9 на основаниях 1 и 2 расположены стойки 14 с датчиками 15 перемещения. На основании 2 расположена стойка 16 с датчиком 17 частоты вращения. Электродвигатель 5 связан с частотным преобразователем 18. На опорных подшипниковых узлах 10 расположены датчики 19 температуры и датчики 20 вибрации. Частотный преобразователь 18, датчик 17 частоты вращения, датчики 19 температуры, датчики 15 перемещения, датчики 20 вибрации соединены с блоком 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов. Блок 21 соединен с блоком 22 хранения и отображения информации.
Для безопасности во время проведения испытаний установка снабжена защитными кожухами 23, 24 и 25. Визуальное наблюдение за ходом эксперимента осуществляется через смотровое окно 26, закрепленное в кожухах 24 и 25.
Опорный подшипниковый узел 10 (фиг. 2) имеет два варианта исполнения.
Первый вариант - опорный подшипниковый узел 10 состоит из гидродинамического подшипника 27 скольжения, изготовленного из антифрикционного материала и закрепленного в корпусе 28 крышками 29, 30, 31, и втулки 32, закрепленной на валах 7, 8 и 9 гайкой 33. Втулка 32 выполняет роль цапфы валов 7, 8, 9. В крышке 31 выполнено отверстие 34 для заливания смазочного материала (масло И12) в корпус 28, закрытое датчиком 19 температуры. Для предотвращения разбрызгивания масла в крышках 30 и 31 установлены уплотнения 35 и 36.
Второй вариант - опорный подшипниковый узел 10 состоит из втулки 37 с подшипником 38 качения, закрепленной в корпусе 28 крышками 39, 40, 31, и дистанционной втулки 41, закрепленной на валах 7, 8, 9 гайкой 33. Отверстие 34 в крышке 31 закрыто винтом 42.
Для проведения эксперимента на основания 1 и 2, возможна установка опорных подшипниковых узлов 10 только с гидродинамическим подшипником 27 скольжения (первый вариант), или только с подшипником 38 качения (второй вариант), или первый и второй вариант одновременно.
Установка для исследования роторно-опорных узлов работает следующим образом.
Первый этап эксперимента (накопление опытной информации). В зависимости от плана эксперимента, размещают на основаниях 1 и 2 опорные узлы 10 с валами 7, 8, 9, соединенными между собой муфтами 12 и с электродвигателем 5 - муфтой 11. Заполняют опорные узлы 10 смазочным материалом. Подключают частотный преобразователь 18, датчик 17 частоты вращения, датчики 19 температуры, датчики 15 перемещения, датчики 20 вибрации к блоку 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов, который подключен к блоку 22. Для безопасности во время проведения испытаний закрывают защитные кожухи 23, 24 и 25. Запускают электродвигатель 5 с помощью частотного преобразователя 18 (по плану эксперимента). Электродвигатель 5 через муфту 11 передает крутящий момент на валы 7, 8, 9. Полученная информация с датчика 17 частоты вращения, датчиков 19 температуры, датчиков 15 перемещения, датчиков 20 вибрации поступает в блок 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов, а затем в блок 22 хранения и отображения информации. Управляющая программа, которая установлена в блоке 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов, выключает электродвигатель 5. После этого происходит многократное повторение (количество запланировано экспериментом) включения и выключения электродвигателя 5, получение информации с датчика 17 частоты вращения, датчиков 19 температуры, датчиков 15 перемещения, датчиков 20 вибрации, ее обработка в блоке 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов, а затем передачи в блок 22 хранения и отображения информации. На этом первый этап эксперимента закончен.
Второй этап эксперимента (накопление опытной информации). При помощи опор 4 изменяют горизонтальное положение основания 2 относительно основания 1 (имитация осадки фундамента). Остальные действия выполняют, согласно первому этапу эксперимента. На этом второй этап эксперимента закончен.
Третий этап эксперимента (накопление опытной информации). В один опорный подшипниковый узел 10 устанавливают гидродинамический подшипник скольжения 27 с заранее известным дефектом (износ рабочей поверхности). Остальные действия выполняют, согласно первому этапу эксперимента. На этом третий этап эксперимента закончен.
Четвертый этап эксперимента (накопление опытной информации), один опорный подшипниковый узел 10 не заливают смазочный материал. Остальные действия выполняют, согласно первому этапу эксперимента. На этом четвертый этап эксперимента закончен.
Таких этапов накопления опытной информации может быть множество с многократным повторением. В результате, всю полученную информацию собирают, обрабатывают, моделируют в блоке 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов и передают в блок 22 хранения и отображения информации. При этом в управляющую программу, которая установлена в блоке 21, вносят алгоритм действия, определяющий, в каком случае и при каких показаниях датчика 17 частоты вращения, датчиков 19 температуры, датчиков 15 перемещения, датчиков 20 вибрации нужно принимать то или иное решение (остановка электродвигателя, предупреждающий сигнал с указанием кода ошибки на дисплее блока 22).
Пятый этап эксперимента (получение информации и принятие решения). Размещают на основании 1 и основании 2 опорные узлы 10 с валами 7, 8, 9, соединенными между собой муфтами 12 и электродвигателем 5 - с муфтой 11. В два опорных узла подшипниковых узла 10 устанавливают гидродинамические подшипники скольжения 27 с заранее известным дефектом (износ рабочей поверхности). Заполняют опорные узлы 10 смазочным материалом. Подключают частотный преобразователь 18, датчик 17 частоты вращения, датчики 19 температуры, датчики 15 перемещения, датчики 20 вибрации к блоку 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов, который подключают к блоку 22. Для безопасности во время проведения испытаний закрывают защитные кожухи 23, 24 и 25. Запускают электродвигатель 5 с помощью частотного преобразователя 18 (по плану эксперимента). Электродвигатель 5 через муфту 11 передает крутящий момент на валы 7, 8, 9. Полученная информация с датчика 17 частоты вращения, датчиков 19 температуры, датчиков 15 перемещения, датчиков 20 вибрации поступает в блок 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов, где ее обрабатывают, моделируют, сравнивают с базой данных из блока 22 и выдают сигнал о неисправности двух опорных подшипниковых узлов 10, который отображается на дисплее блока 22 хранения и отображения информации, после чего управляющая программа из блока 21 управления, сбора, моделирования и обработки сигналов выключает электродвигатель. Эксперимент считается законченным.