УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РОТОРНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРИРОВАННОГО, МИКРОПОЛЯРНОГО И ГИБРИДНОГО СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
APPARATUS FOR ANALYSING ROTOR SYSTEMS USING AERATED, MICROPOLAR AND HYBRID LUBRICANTS

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 выбрана установка для исследования роторных систем, содержащая 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, а 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, включающих сервоклапаны, фильтры, нагревательные элементы, расходомеры, гидравлические шланги, 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. (Патент РФ №2701198, МПК 001М13/04, опубликовано 25.09.2019 г.).
Недостатком данного экспериментального стенда является невозможность исследования роторных систем с использованием аэрированного, микрополярного и гибридных смазочных материалов.
Технической задачей, которую решает данное изобретение, является повышение уровней вариабельности управляющих факторов испытаний за счёт управления дозированием и характеристиками подачи аэрированного, микрополярного и гибридного смазочных материалов, а также возможности изменения концентрации и физико-химических свойств смазочного материала в подшипниковом узле.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для исследования роторных систем с использованием аэрированного, микрополярного и гибридного смазочных материалов, содержащая 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, первый подшипниковый узел, на котором установлен датчик частоты вращения, второй подшипниковый узел, на котором установлены датчики перемещения, датчик температуры, датчик давления и модуль с многозонной подачей смазочного материала, содержащий отверстия для крепления элементов, связанных гидравлическими шлангами со смазочной системой, два контура подачи смазочного материала, включающие сервоклапаны, фильтры, нагревательные элементы, датчики расхода, гидравлические шланги, блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиком частоты вращения, датчиками температуры, датчиками перемещения, датчиком давления, датчиком силы, датчиками расхода, а выходы - с сервоклапанами, электродвигателем, и нагревательными элементами, согласно изобретению установка снабжена насосными станциями, инжекторами с дозаторами и контейнерами, содержащими воздух, жидкости и присадки, установленными в двух контурах смазочной системы, дозаторы соединены прямой и обратной связью с блоком управления, сбора и обработки сигналов, а на входе баков со смазочным материалом установлена фильтрующая система.
Технический результат применения данного устройства заключается в расширении области исследования роторных систем, за счёт применения активного управления дозированием и характеристиками подачи аэрированного, микрополярноого и гибридного смазочного материала в подшипниковый узел с возможностью изменения концентрации и физико¬химических свойств смазочного материала в подшипниковом узле.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема установки для исследования роторных систем с многозонной подачей аэрированного, микрополярного и гибридных смазочных материалов в общем виде; на фиг.2 изображена схема смазочной системы; на фиг.3 изображена схема многозонной подачи аэрированной, микрополярной и гибридных смазочных материалов в подшипниковый узел.
Установка (фиг.1) содержит корпус 1, установленный на станине 2, имеющий резьбовые отверстия 3, смазочную систему 4 (выделенную на рисунке жирными линиями), связанную с элементами 5 и 6, закреплёнными в отверстиях 3, подшипниковые узлы 7 и 8, закреплённые 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 винт 15, установленный в крышке 13, и фиксирующий датчик 16 силы в силовом блоке 17, установленном на вал 9. На первом подшипниковом узле 7 через планку 18 установлен датчик 19 частоты вращения. На втором 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. Баки 26, заполненные смазочным материалом 27 соединены с модулем 23 многозонной подачи смазочного материала через последовательно установленные фильтры 28, насосные станции 29, сервоклапаны 30, датчики 31 расхода, инжекторы 32, подсоединенные к контейнерам 33 через дозаторы 34. Внутри баков 26 расположены нагревательные элементы 35. Электродвигатель 11, насосные станции 29, нагревательные элементы 35, датчик 16 силы, датчик 19 частоты вращения, датчики 21 температуры, датчик 20 перемещения, датчик 22 давления, датчики 31 расхода и сервоклапаны 30, дозаторы 34 соединены с блоком 36 управления, сбора и обработки сигналов.
Смазочная система 4 (фиг.2) имеет два контура А и В подачи смазочного материала, а также контур С для слива смазочного материала. Каждый контур подачи смазочного материала имеет один бак 26 со смазочным материалом 27, насосную станцию 29, входной патрубок которой соединен с баком 26 через последовательно установленные гидравлические шланги 37 и фильтр 28. Выходной патрубок 38, каждой насосной станции 29 соединен с последовательно установленными сервоклапаном 30, датчиком 31 расхода и одним входом инжектора 32 через гидравлический шланг 39. Второй вход каждого инжектора 32 соединен последовательно через дозатор 34, шланг 40 с соответствующим контейнером 33. Из инжектора 32 смазочный материал поступает к элементу 25, выполненному в виде фитинга, закрепленному в резьбовом отверстии 24 модуля 23, по гидравлическому шлангу 41. Из модуля 23 смазочный материал 27 через шесть отверстий 42 и шесть отверстий 43 попадает в зазор между валом 9 и подшипником скольжения 44. Для регулирования и поддержания температуры смазочного материала 27 в заданном диапазоне значений в каждом баке 26 установлен нагревательный элемент 35. Давление подачи смазочного материала, создаваемое каждой насосной станцией 29, регистрируется манометрами 45, установленными на ней.
Контур С для слива смазочного материала имеет коллектор 46, ко входу в который присоединены гидравлические шланги 47, соединенные с элементами 6, выполненными в виде фитингов, закрепленными в резьбовых отверстиях 3 корпуса 1. Коллектор 46 соединен с баками 26 через последовательно установленные гидравлический шланг 48, фильтрующую систему 49 и гидравлические шланги 50, 51.
На фиг. 3 представлена схема многозонной подачи смазочного материала, двух составов I и II, которые могут быть представлены в качестве аэрированной (смазочный материал + воздух), микрополярной (смазочный материал + присадки) и гибридных смазок (смазочный материал + дисперсия твердых смазочных материалов), а также чистым смазочным материалом (минеральное масло и т.д.). Состав I и состав II поступает в зазор между валом 9 и подшипником 44 скольжения, причем изменение местоположение состава осуществляется за счет изменения положения модуля 23 относительно своей оси на: а) 0°; б) 90°; в) 180°; г) 360°.
Установка для исследования роторных систем с использованием аэрированного, микрополярноого и гибридных смазочных материалов работает следующим образом.
В каждом контуре А и В подачи смазочного материала включаем нагревательные элементы 35, которые нагревают смазочный материал 27 в баках 26 до заданной температуры, и поддерживают ее до конца эксперимента. Когда температура смазочного материала в баках 36 каждого из контуров А и В достигает необходимого значения, включаются насосные станции 29, которые нагнетают смазочный материал 27 из баков 26 через гидравлические шланги 37, фильтры 28 и гидравлические шланги 39 к сервоклапанам 30. Затем через датчики 31 расхода смазочный материал 27 поступает в инжектор 32. В инжекторе 32 в смазочный материал 27, согласно плану эксперимента, из контейнера 33 через шланг 40 и дозатор 34 подают различные вещества и элементы (воздух, жидкости, присадки и т.д.). Дозатор 34 позволяет, в зависимости от плана эксперимента, контролировать количество примесей (их процентный состав), включение и отключение и точным дозированием. Полученный таким образом смазочный материал называем в дальнейшем «эмульсией». Затем через гидравлические шланги 41 и элементы 25 эмульсия поступает по двум контурам А и В в модуль 23.
В зависимости от плана эксперимента, концентрация смазочного материала 27 в контурах А и В может варьироваться от чистого смазочного материала (масло, вода и т.д.) до эмульсии (смазочный материал + примеси, добавки и т.д., при этом состав и концентрация смазочного материала (эмульсии) может быть различным.
Из контура А через модуль 23 смазочный материал или эмульсия по шести отверстиям 42 попадает в зазор между валом 9 и подшипниками 44 скольжения. Из контура В через модуль 23 смазочный материал или эмульсия по шести отверстиям 43 попадает в зазор между валом 9 и подшипником скольжения 44. Отвод смазочного материала из корпуса 1 происходит через контур С, который имеет коллектор 46, к входу в который присоединены гидравлические шланги 47, соединенные с элементами 6, выполненными в виде фитингов, закрепленными в резьбовых отверстиях 3, корпуса 1. Из коллектора 46 смазочный материал через гидравлический шланг 48 попадает в фильтрующую систему 49. В фильтрующей системе 49 происходит очистка эмульсии до чистого смазочного материала 27, который по гидравлическим шлангам 50, 51 поступает в баки 26.
Величина внешней нагрузки на вал 9 со стороны нагрузочного устройства 14, которая регистрируется датчиком 16 силы, изменяется путем отвинчивания или завинчивания винта 15, тем самым уменьшая или увеличивая величину нагрузки передаваемой 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 30 и регистрируется датчиком 22 давления в виде аналогового сигнала по напряжению. Датчик 21 фиксируют температуру смазочного материала (эмульсии) по периметру зазора между валом 9 и подшипником 44 скольжения. Сигналы с датчиков 16, 19, 20, 21, 22 и датчика 31 расхода поступают в блок 36 управления, сбора и обработки сигналов, где они регистрируются и обрабатываются. В ответ из блока 36, в соответствии с управляющей программой, на сервоклапаны 30 подается сигнал по напряжению, регулирующий степень открытия механизма сервоклапанов 30.
С помощью блока 36 управления, сбора и обработки сигналов, через дозатор 34 производится контроль количества примесей (их процентный состав) поступающих в смазочный материал 27.
С помощью блока 35 управления, сбора и обработки сигналов, производится отключение и включение насосных станций 29 и электродвигателя 11, управление нагревательными элементами 35. После выполнения всех параметров испытания, выключается электродвигатель 11, вал 9 останавливается, выключаются насосные станции 29 и испытание считается оконченным.