УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РОТОРНЫХ СИСТЕМ
INSTALLATION FOR ANALYSIS OF ROTOR SYSTEMS

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, причем 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 с многозонной подачей смазочного материала.
Техническая задача, которую решает данное изобретение, - повышение уровней вариабельности управляющих факторов испытаний за счет управления характеристиками подачи смазочного материала, конструктивной возможности модернизации стенда с помощью установки дополнительного модуля для многозонной подачей смазочного материала и изменения схемы подачи смазочного материала в подшипниковый узел.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для исследования роторных систем, содержащей 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, причем один подшипниковый узел имеет дополнительно датчик частоты вращения, уплотнения, установленные в крышке, согласно изобретению установка имеет модуль с многозонной подачей смазочного материала, установленный на одном подшипниковом узле, содержащий рассеиватель, прокладку и крышку, в которой выполнены резьбовые отверстия для крепления соединительных элементов, связанных гидравлическими шлангами со смазочной системой, установка имеет два контура подачи смазочного материала, включающие сервоклапаны, фильтры, нагревательные элементы, расходомеры, гидропневмоаккумуляторы с клапанами и гидравлическими шлангами, на другом подшипниковом узле установлен подшипник качения; дополнительно введен блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиком частоты вращения, датчиками температуры, датчиками перемещения, датчиком давления, датчиком силы, расходомерами, а выходы - с сервоклапанами, электродвигателем, насосами и нагревательными элементами.
Технический результат применения данного устройства заключается в расширении области исследования роторных систем, за счет применения дополнительного модуля с многозонной подачей смазочного материала с активным управлением характеристиками подачи смазочного материала и возможностью изменения схемы подачи смазочного материала в подшипниковый узел.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема установки для исследования роторных систем с многозонной подачей смазочного материала в общем виде; на фиг. 2 изображен продольный разрез первого подшипникового узла; на фиг. 3 изображен второй подшипниковый узел (вид сбоку, продольный разрез); на фиг. 4 изображен модуль многозонной подачей смазочного материала; на фиг. 5 изображен продольный разрез модуля многозонной подачи смазочного материала; на фиг. 6 изображено соединение модуля для исследования многозонной подачи смазочного материала с подшипниковым узлом; на фиг. 7 изображена схема многозонной подачи смазочного материала в подшипниковый узел; на фиг. 8 изображена схема смазочной системы.
Установка (фиг. 1) содержит корпус 1, установленный на станине 2, имеющий резьбовые отверстия 3, смазочную систему 4 с элементами 5 и 6, закрепленными в отверстиях 3, подшипниковые узлы 7 и 8, закрепленные в корпусе 1, вал 9, связанный через муфту 10 с электродвигателем 11, установленным через кронштейн 12 на станине 2. Крышка 13 зафиксирована на корпусе 1. Нагрузочное устройство 14 установлено в корпусе 1 и посажено на вал 9. Нагрузочное устройство 14 содержит установочный болт 15, установленный в крышке 13, и фиксирующий датчик 16 силы в силовом блоке 17, установленном на вал 9. На подшипниковом узле 7 через планку 18 установлен датчик 19 частоты вращения. На подшипниковом узле 8 установлены датчики 20 перемещения, датчики 21 температуры и датчик 22 давления. На подшипниковом узле 8 закреплен модуль 23 многозонной подачи смазочного материала, имеющий резьбовые отверстия 24, в которые закреплены элементы 25 смазочной системы 4. Насос 26, нагревательный элемент 27, расходомеры 28 и сервоклапаны 29 размещены в смазочной системе 4. Электродвигатель 11, насос 26, нагревательный элемент 27, датчик 16 силы, датчик 19 частоты вращения, датчики 21 температуры, датчик 20 перемещения, датчик 22 давления, расходомеры 28 и сервоклапаны 29 соединены с блоком 30 управления, сбора и обработки сигналов.
Подшипниковый узел 7 (фиг. 2) состоит из корпуса 31, гайки 32, фиксирующей с помощью дистанционной втулки 33 подшипник 34 качения, крышки 35, закрепленной на корпусе 31 винтами 36, уплотнений 37, установленных в крышке 35. Датчик 19 частоты вращения вала 9, закреплен на планке 18, которая закреплена на корпусе 31 винтами 38. На корпусе 31 закреплены три крышки 39 винтами 40.
Подшипниковый узел 8 (фиг. 3) состоит из корпуса 31, гайки 32, фиксирующей с помощью дистанционной втулки 41 подшипник 42 скольжения. На корпусе 31 закреплены винтами 40 крышки 43, 44, 45, в которых имеются отверстия 46 и резьбовые отверстия 47, 48. В отверстия 46 установлены датчики 21 температуры, в резьбовые отверстия 47 - датчики 20 перемещения, в резьбовое отверстие 48 - датчик 22 давления.
Модуль 23 (фиг. 4) многозонной подачи смазочного материала состоит из рассеивателя 49, прокладки 50 и крышки 51. Рассеиватель 49 имеет четыре паза 52 для подвода к рабочей зоне датчиков 22, 23, 24. Пазы 52 делят переднюю часть рассеивателя 49 на четыре части, в каждой из которых расположено по три отверстия 53, 54, 55, 56.
Модуль 23 (фиг. 5) образует единый узел путем соединения рассеивателя 49, прокладки 50 и крышки 51 с помощью винтов 57 через отверстия 58 в крышке 51 и резьбовые отверстия 59 в рассеивателе 49, при этом внутри модуля 23 образуются две независимые друг от друга полости 60 и 61. Полость 60 связана с тремя отверстиями 53 и тремя отверстиями 54, а полость 61 связана с тремя отверстиями 55 и тремя отверстиями 56.
Модуль 23 (фиг. 6) имеет восемь сквозных отверстий 62, расположенных по диаметру, для крепления к подшипниковому узлу 8 при помощи болтов 63. Такое расположение отверстий позволяет поворачивать модуль относительно своей оси и оси подшипникового узла на 22,5°; 45°; 67,5°; 90°; 112,5°; 135°; 157,5°;180°.
1
2
На фиг. 7 представлена схема многозонной подача смазочного материал, разной температуры t и t, поступающей в зазор между валом 9 и подшипником 42 скольжения, изменение которой осуществляются за счет изменения положения модуля 23 относительно своей оси на: а) 0°; б) 90°; в) 180°; г) 360°
Смазочная система 4 (фиг.8) имеет два контура подачи смазочного материала А и В, а также контур С для слива смазочного материала. Каждый контур подачи смазочного материала А и В имеет по одному баку 64 со смазочным материалом, в котором размещен насос 26, соединенный с фильтром 65 через гидравлический шланг 66. Входной канал клапана 67, установленного на гидропневмоаккумуляторе 68, соединен с фильтром 65 через гидравлический шланг 69. Выходной канал клапана 67 соединен с последовательно установленным сервоклапаном 29 и расходомером 28 через гидравлически шланг 70. Давление, создаваемое в гидропневмоаккумуляторе 68 смазочным материалом, регистрируется манометром 71. Из расходомера 28 смазочный материал поступает к элементу 25, выполненному в виде фитинга, закрепленному в резьбовом отверстии 24, модуля 23, по гидравлическому шлангу 72. Для регулирования и поддержания температуры смазочного материала, в заданном диапазоне значений, в баке 64 устанавлен нагревательный элемент 27.
Контур С для слива смазочного материала имеет коллектор 73, ко входу в который присоединены гидравлические шланги 74, соединенные с элементами 6, выполненными в виде фитингов, закрепленными в резьбовых отверстиях 3 корпуса 1. Коллектор 73 через гидравлический шланг 75 и тройник 76 соединен с баками 64.
Установка для исследования роторных систем с многозонной подачей смазочного материала работает следующим образом.
1
2
В каждом контуре подачи смазочного материала А и В включаем нагревательные элементы 27, который нагревает смазочный материал в баках 64 до заданной температуры, в каждом контуре она разная, и поддерживает ее до конца эксперимента. Когда температура смазочного материала в баках 64 каждого из контуров А и В достигает необходимого значения, включаются насосы 26, которые нагнетают смазочный материал из баков 64 через гидравлические шланги 66, фильтры 65 и гидравлические шланги 69 к клапанам 67. Проходя через клапаны 67 смазочная жидкость поступает в певмогидроаккумуляторы 68 и заряжает их до давления, предусмотренного экспериментом, которое можно проконтролировать через манометры 71. По достижению необходимого давления в певмогидроаккумуляторах 68, насосы 26 отключаются, и смазочный материал поступает по гидравлическим шлангам 70 к сервоклапанам 29. Затем через датчики 28 расхода, гидравлические шланги 72 и элементы 25 смазочный материал поступает по двум контурам А и В в модуль 23. Из контура А смазочный материал с температурой t, поступает в полость 60 модуля 23, из которой по трем отверстиями 53 и трем отверстиями 54 попадает в зазор между валом 9 и подшипниками скольжения 42. Из контура В смазочный материал с температурой t, поступает в полость 61 модуля 23, из которой по трем отверстиями 55 и трем отверстиями 56 попадает в зазор между валом 9 и подшипником скольжения 42. Отвод смазочного материала из корпуса 1 происходит через контур С, который имеет коллектор 73, к входу в который присоединены гидравлические шланги 74, соединенные с элементами 6, выполненными в виде фитингов, закрепленными в резьбовых отверстиях 3, корпуса 1. Из коллектора 73 смазочный материал через гидравлический шланг 75 и тройник 76 попадает в баки 64.
Величина внешней нагрузки на вал 9 со стороны нагрузочного устройства 14, которая регистрируется датчиком 16 силы, изменяется путем отвинчивания или завинчивания болта 15, тем самым уменьшая или увеличивая величину нагрузку передаваемую через силовой блок 17 на вал 9.
В начальный промежуток времени вал 9 не вращается. Затем, в соответствии с параметрами испытания, регулируется величина внешней нагрузки, организуется подача и регулируется давление смазочного материала. После чего электродвигатель 11 через муфту 10 раскручивает вал 9 до установленной частоты вращения, фиксируемой датчиком 19, при этом датчики 20 фиксируют перемещение вала 9 в осевом направлении. Давление подачи смазочного материала меняется в зависимости от степени открытия сервоклапана 29 и регистрируется датчиком давления 22 в виде аналогового сигнала по напряжению. Датчик 21 фиксируют температуру смазочного материала по периметру зазора между валом 9 и подшипником скольжения 42. Сигналы с датчиков 16, 19, 20, 21, 22 и расходомера 28 поступают в блок 30 управления, сбора и обработки сигналов, где они регистрируются и обрабатываются. В ответ из блока 30, в соответствии с управляющей программой, на сервоклапаны 29 подается сигнал по напряжению, регулирующий степень открытия механизма сервоклапанов 29.
С помощью блока 30 управления, сбора и обработки сигналов, производится отключение и включение насоса 26 и электродвигателя 11, управление нагревательным элементом 27. После выполнения всех параметров испытания, выключается электродвигатель 15, вал 13 останавливается, выключается насос 26 и испытание считается оконченным.