УСТАНОВКА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ РОТОРА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электромашиностроению, и может быть использована при производстве роторов электрических машин с постоянными магнитами, например, синхронных генераторов и электродвигателей.
Известно устройство для механических испытаний роторов, содержащее силовой привод, опоры вращения, в которых установлен вал с ротором, и контрольно-измерительная аппаратура, предназначенная для снятия механических характеристик ротора, например, параметров вибрации при повышенных скоростях вращения (1). С помощью известной установки невозможно получить полную информацию о механических характеристиках ротора, т.к. трудно точно определить момент появления опасных радиальных деформаций ротора, приводящих к разрушению его конструкции.
Наиболее близким к полезной модели устройством является установка для механических испытаний ротора, содержащая опоры вращения, в которых установлен вал с ротором. Ротор по всей длине охвачен цилиндрическим кольцом, выполняющим функции корпуса, предназначенного для защиты конструктивных элементов ротора (2). При испытаниях роторов высокооборотных магнитоэлектрических машин с постоянными магнитами на скоростях, близких к критическим, наступает момент разрушения конструкции ротора, при этом все ее фрагменты уничтожаются, разбиваясь о магнитное цилиндрическое кольцо. Полное разрушение фрагментов ротора ведет к невозможности определения их механических характеристик, что позволяет сделать вывод о крайне низкой степени достоверности исследований.
Кроме того, для приближения к условиям, близким к рабочим, при испытаниях требуется постоянный разогрев ротора. Для этого необходим подвод энергии от внешнего источника ко всей установке либо непосредственно к ротору, что ведет к усложнению устройства и повышению энергозатрат.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение достоверности исследований механических характеристик ротора при одновременном сокращении энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что в установке для механических испытаний ротора, содержащей опоры вращения, предназначенные для установки вала с ротором, цилиндрическое кольцо, выполненное из пластин электротехнической стали, силовой привод ротора и контрольно-
измерительные приборы (2), ротор заключен в жестко с ним соединенный цилиндрический стакан с образованием равномерного радиального зазора, а цилиндрическое кольцо, охватывающее ротор с цилиндрическим стаканом по всей длине, неподвижно закреплено на внутренней цилиндрической поверхности введенного неподвижного корпуса, при этом в корпусе, цилиндрическом кольце и цилиндрическом стакане выполнены соосные радиальные сквозные отверстия, предназначенные для ввода контрольно-измерительных приборов после остановки ротора, при этом ротор может быть выполнен с постоянными магнитами.
На чертеже представлена конструктивная схема установки для механических испытаний ротора.
5
Установка состоит из закрепленного на основании неподвижного корпуса 1, включающего в себя внешнюю кольцевую часть и съемные шиты с опорами вращения 2, предназначенными для установки вала с ротором 3. Постоянные магниты ротора выполнены из магнитотвердых материалов с высокой энергией (SmCo, Nd-Fe-B). Ротор 3 заключен в жестко с ним соединенный цилиндрический стакан 4, который может быть выполнен из магнитного либо немагнитного материала. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 неподвижно закреплено цилиндрическое кольцо 5, охватывающее ротор вместе с цилиндрическим стаканом 4 по всей длине. Кольцо 5 выполнено из пластин электротехнической стали. Ротор приводится во вращение с помощью силового привода 6. В корпусе 1, цилиндрическом кольце 5 и цилиндрическом стакане 4 выполнены соосные сквозные отверстия 7, предназначенные для ввода контрольно-измерительных приборов и хладагента.
Задачей испытаний является исследование механической прочности высокооборотного ротора, а именно: фиксация критических оборотов ротора, при которых наступает появление необратимых пластических деформаций, приводящих к его полному разрушению, и определение запасов механической прочности до наступления разрушения.
Перед началом испытаний вал, предварительно жестко соединенный с ротором 3, закрепляют во вращающихся опорах 2, устанавливают цилиндрический стакан 4, охватывающий с равномерным радиальным зазором поверхность ротора, и устанавливают корпус 1 с запрессованным в нем цилиндрическим кольцом 5.
При испытаниях ротор нагревают до температуры, соответствующей условиям его эксплуатации (100-200°С). Для этого используют тепловую энергию, вырабатываемую при вращении ротора. Корпус 1 обеспечивает возможность эффективного аккумулирования и сохранения тепловой энергии в кольце 5, достаточной для разогрева ротора без использования дополнительного внешнего источника энергии, что положительно сказывается на энергопотреблении всей установки.
Толщину (m) кольца 5 выбирают из условия:
δ1
ст
m≥(0,5В/В)τ, где
δ1
B - магнитная индукция в воздушном зазоре (между стаканом 4 и кольцом 5),
ст1
B - допустимая магнитная индукция в стали,
τ - полюсное деление ротора.
Толщину пластин кольца 5 определяют из условия обеспечения потерь в стали, достаточных для нагрева окружающего пространства ротора.
Для защиты постоянных магнитов ротора 3 от полного разрушения при скоростях, близких к критическим, ротор 3 заключают в жестко с ним соединенный цилиндрический стакан 4. Между поверхностями ротора 3 и стакана 4 имеется воздушный зазор, величину δ которого выбирают из условия: δ≥0,01Dp, где Dp - диаметр ротора.
При выполнении стакана 4 из магнитной стали его толщину n выбирают из расчетного соотношения
δ2
ст2
n≥(0,5В/В)τ, где
δ2
B - магнитная индукция в воздушном зазоре (между стаканом 4 и ротором 3),
ст2
В - допустимая магнитная индукция в стали,
τ - полюсное деление ротора.
В процессе испытаний производят необходимые замеры с помощью контрольно-измерительных приборов (часового индикатора, устройства для определения радиальных размеров, термодатчиков и т.д.), которые вводят через сквозные соосные отверстия, выполненные в корпусе, цилиндрическом кольце 5 и цилиндрическом стакане 4. Через отверстия 7 может осуществляться также отвод избыточного тепла. Отверстия могут быть расположены симметрично по окружности ротора.
Наличие корпуса 1 и цилиндрического кольца 5 обеспечивает нагрев ротора без дополнительного внешнего источника тепловой энергии, что упрощает установку и снижает потребление энергии при испытаниях.
Введение цилиндрического стакана 4 обеспечивает защиту конструктивных элементов ротора от разрушения при испытаниях, что реализует возможность анализа их структурных изменений в полном объеме, т.е. способствует повышению достоверности исследований.
Наличие в конструкции корпуса 1, цилиндрического кольца 5 и цилиндрического стакана 4 обеспечивает возможность исследования высокооборотных роторов с постоянными магнитами.
Данная установка может быть рекомендована для проведения механических испытаний роторов магнитоэлектрических машин любого вида.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
«Разгонная установка с приводом от воздушной турбины» Техническое описание, ОАО «АКБ «Якорь», 1998 г.
Авторское свидетельство СССР 204647, Н02К 15/16, 1962 г.