Способ контрольных испытаний ротора и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение при испытаниях роторных систем. Целью изобретения является повышение точности и снижение объема выборки при испытаниях . Испытания проводятся следующим обпазом. Ротор2 устанавливается на упругом подвесе 5 и столе вибростенда 4. После вывода ротора 2 на эксплуатационный скоростной режим определяют дебаланс ротора по амплитуде колебаний с помощью дифференциального дросселя 8. По величине дебаланса и показателям надежности ротора определяют амплитуду и фазу колебаний стола вибростенда 4. Вибростендом 4 задают необходимые колебания и проводят испытания ротора в течение времени, равного ресурсу ротора. 2 с.п ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)s 6 01 М 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,;с !

Фиг.7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4635761/28 (22) 12.01.89 (46) 07;01,91. Бюл. № 1 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) М.M. Болдырев (53) 620.178,+54 (088.8) (56) Авторское свидетельства СССР

¹ 1462140, кл. G 01 М 15/00, 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹1472779,,к:л. 6 01 М 7/00, 1988. (54} СПОСОБ КОНТРОЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ РОТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

О СУЩЕ CTBЛ ЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти при Ж 1619991 Al менение при испытаниях роторных систем.

Целью изобретения является повышение точности и снижение объема выборки при испытаниях. Испытания проводятся следующим обпазом, Ротор 2 устанавливается на упругом подвесе 5 и столе вибростенда 4. После вывода ротора 2 на эксплуатационный скоростной режим определяют дебаланс ротора по амплитуде колебаний с помощью дифференциального дросселя 8. По величине дебаланса и показателям надежности ротора определяют амплитуду и фазу колебаний стола вибростенда 4. Вибростендом 4 задают необходимые колебания и проводят испытания ротора в течение времени, равного ресурсу ротора. 2 с.п. ф-лы, 4 ил, 1619091

25

l;

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение при испытаниях двигателей, турбин, гироприборов и других систем.

Цель изобретения — повышение точности и снижение обьема выборки при испытаниях путем создания дозированных суммарных нагрузок, величина которых задается в зависимости от дебаланса ротора и величины контролируемого показателя надежности, На фиг.1 схематично изображена схема устройства; на фиг.2 — график зависимости амплитуды колебаний горизонтального телескопического рычага от величины дебаланса ротора; на фиг.3 — график зависимости выходного напряжения дифференциального дросселя от амплитуды колебаний сердечника; на фиг,4 — график зависимости коэффициента "утяжеления" испытаний от фазы и амплитуды внешней вибрации.

Суть способа контрольных испытаний ротора заключается в следующем.

Подтверждение минимально допустимого показателя надежности Pi с заданной доверительной вероятностью можно путем проведения безотказных испытаний в течение времени, равного ресурсу даже одного изделия, если задать режим работы изделия, превышающий по нагрузкам на требуемую величину эксплуатационный режим.

Коэффициент "утяжеления" определяется отношением где (, — условные запасы прочности изделия в нормальном (эксплуатационном) и утяжеленном режиме, Таким образом, чтобы сократить объем выборки при испыпганиях роторов, необходимо уметь точно задавать требуемый коэффициент "утяжеления" испытаний. Система уравнений, описывающих движения ротора, приведенного на фиг.1, имеет следующий вид

mp(!1У2+ !2У1)+ I1(У1 У5) Ь+ с!(У2 — уб) Ь =

= me аР сов в+ В (у2 — у1) - с1 (у1 — у5) х xi c1

+ С1 (уг — уб) I C2 = ( — А) ж !д COS М +

+m !.У4 (!5 + !3) + УЗ (!б + !4)) + СЗ!оуЗ + 1 ЗУЗ!о +

+ C1 (У5 — У1 ) !о + C1 (Уб + У2) !о = 0;

I (y4 УЗ) СЗУЗ (!5+ !3) !о 1 ЗУЗ (!5+ !3) IoС1 (У5 У1) С5Со+ С1 (Уб У2) !б!о = О, (2) где mp — масса ротора;

m — масса рачага с ротором:

А,  — осевой и экваториальный момент инерции ротора;! — экваториальный момент инерции рычага; с1 — жесткость подшипников; сзМз — жесткость и коэффициент демпфирования упругой опоры; е — смещение центра тяжести ротора от оси вращения; д — угол между осью вращения и осью инерции ротора; и — скорость вращения ротора; !! — расстояния между различными точками ротора и точками крепления к основанию; у! — координаты различных точек ротора и точек крепления к основанию.

Координаты у5 и уб точек, лежащих на телескопическом рычаге, можно выразить через координаты уз и у4 двух других точек телескопического рычага, соответствующих точке крепления упругой опоры к шарниру, связывающему рычаг с вибратором. Таким образом, интегрируя систему уравнений (2), можно для любого момента времени t определить координаты у, следовательно и нагрузки. По этим формулам можно построить функцию fi, связывающую амплитуду колебаний у1 и точки конца телескопического рычага в зависимости от дебаланса D (величина дебаланса зависит от значений е и д).

Данная зависимость приведена на фиг.2.

Выходное напряжение дифференциального дросселя U зависит от амплитуды у7 колебаний сердечника (в данном случае конец телескопического рычага), т.е. U = f2 (yv) (фиг.3).

Таким образом, зная f1 и f2, можно по выходному напряжению 0 дифференциального дросселя определить величину D дебаланса конкретного ротора, Координаты стола вибратора (точка с координатой у4) можно определить по формуле у4 = г sin (ал — ср) (3) где z — амплитуда стола вибратора;

p — фаза колебаний.

Фаза колебаний вибратора определяется величиной времени задержки синусоидального сигнала. Например, если необходимо обеспечить противофазные колебания (i!2 = 180о), необходимо установить, время задержки, равное половине периода колебаний, а период, как известно, обратно пропорционален частоте а. Результаты вычислений (фиг.4) показывают, что коэффициент "утяжеления" к зависит от амплитуды z и фазы р Следовательно, задавая величины

z и р, можно обеспечить необходимый коэффициент "утяжеления".

1б19091

Таким образом, при контрольных испытаниях ротора по способу можно проводить испытания даже одного ротора. Для этого выбирают ротор, выводят его на эксплуатационный скоростной режим, с помощью 5 дифференциального дросселя измеряют амплитуду вибраций конца телескопического рычага. По величине вибрации конца телескопического рычага определяют дебаланс ротора, По известным формулам 10 определяют требуемый коэффициент "утяжеления" испытаний для заданных показателей надежности (P, y), которые необходимо подтвердить испытаниями. Определяют амплитуду стола вибростенда и время задержки (р), обеспечивающее необходимый коэффициент "утяжеления". Задают соответствующие показатели вибрации.

Испытывают ротор в течение времени, равного ресурсу (долговечности). В процессе 20 испытаний происходит износ подшипниковых опор ротора, что приводит к увеличению дебаланса, Поэтому в ходе испытаний контролируют дебаланс и корректируют показатели вибрации. Если ротор выдержал 25 испытания (не обнаружил признаков отказа), то считают, что данный ротор обладает показателями надежности не ниже заданных (Рг,y). Если ротор в процессе испытаний отказал, то он имеет показатели надежно- 30 сти ниже заданных, Устройство, реализующее способ, содержит горизонтальный телескопический рычаг 1, на котором установлен ротор 2.

Один конец горизонтального телескопиче- 35 ского рычага 1 через шарнир 3 закреплен на столе вибростенда 4. На втором конце горизонтального телескопического рычага 1 жестко закреплен первый конец упругого подвеса 5. Второй конец упругого подвеса 5 40 жестко закреплен на неподвижном основании 6. Жесткость упругого подвеса 5 выбирается из условия обеспечения резонансных колебаний системы на частоте вращения ротора и равна 45

С =(m+ гпо) аР.

На втором конце горизонтального телескопического рычага 1 консольно установ- 50 лена ферромагнитная или немагнитная проводящая пластина 7, которая является подвижным элементом (поперечный сердечник) дифференциального дросселя 8.

Выход дифференциального дросселя 8 сое- 55 динен с входами вольтметра 9 и выпрямителя 10. Выпрямитель 10 может быть выполнен на полупроводниках, собранных по мостовой схеме или может быть применен стандартный выпрямительный блок.

Выход выпрямителя 10 соединен с входом осциллографа 11 и блока 12 линии задержки. Блок 12 линии задержки состоит из последовательно соединенных и LC-линий задержки. Выход выпрямителя 10 соединен с входом переключателя К> (двух- или трехпоэиционного), один выход которого соединен с входом первой LC-линии задержки, а второй выход — с входом второго переключателя Кг. Выход первой линии задержки соединен с входом второго переключателя

Кг, Один выход переключателя К соединен с входом второй LC-линии задержки, а второй выход — с входом третьего переключателя Кз. Выход в-:орой 1 С-линии 1 задержки соединен с входом переключателя Кз и т,д. для и линий задержки и и переключателей.

Количество и линий задержки выбирается таким, чтобы суммарное время задержки было не менее величины, равной периоду колебаний, т.е. 10, и можно набрать заданное время задержки с необходимой точностью. В общем случае для увеличечия точности задания времени задержки следует увеличивать число LC-линий задержки.

Выход блока 12 линий задержки соединен с входом усилителя 13 низкой частоты. Задавая необходимый коэффициент усиления на выходе усилителя 13, можно изменять амплитуду вибрации вибростенда 4. Выход усилителя 13 низкой частоты соединен с входом согласующего блока 14, выходом соединенного с входом вибростенда 4. Выход усилителя 13 низкой частоты соединен с входом второго вольтметра 15. В качестве вольтметров 9 и 15 могут быть использованы как аналоговые, так и цифровые амплитудные значения или осциллографы.

Способ осуществляется следующим образом, Перед испытаниями проводят тарировку дифференциального дросселя 8, которая заключается в построении зависимости выходного напряжения 0 от- перемещения ут конца телескопического рычага 1 (ферромагнитной пластины 7). Для этого включают питаниедифференциального дросселя 8, устанавливают телескопический рычаг 1 в среднее относительно дифференциального дросселя 8 положение, которое определяют по вольтметру 9 (для среднего положения выходное напряжение U = О). Задавая эталонные перемещения точки телескопического рычага 1 от среднего положения, фиксируют на вольтметре 9 выходные напряжения U дифференциального дросселя 8.

Таким образом, строится функция 0 = 4 (ут) (фиг,3). После этого телескопический рычаг устанавливают на упругий подвес 5 таким

1619091

25 т,= й)2_#_ (4) образом, чтобы телескопический рычаг 1 в состоянии покоя был в среднем по отношению к дифференциальному дросселю 8 положении (выходное напряжение на вольтметре 9 равно нулю), Используя формулы (2) для случая у4=0, строят зависимость D=

-11(у 7) (фиг.2). Не включая вибростенд 4 (у =О), выводят ротор на эксплуатационный скоростной режим и.

По показаниям вольтметра 9 и графикам

U = fz (у7), D = и (ут) определяют величину дебаланса испытуемого ротора. Используя формулы (1) — (3) для измеренного дебаланса (его величину определяют значения е и д, .строят графики зависимости коэффициента

"утяжеления" испытаний от фазы и амплитуды стола вибростенда. Зная показатели надежности, которые необходимо подтвердить испытаниями (минимально допустимый показатель надежности Pr, доверительная вероятность у, коэффициенты вариации Ч1) по известным формулам, опредяют необходимый коэффициент "утяжеления" испытаний к . По величине и графикам к = f3(p. z) (фиг.4) определяют фазу ф и амплитуду z стола вибростенда. По величине фазы р определяют требуемое время задержки t3 по формуле

Частоту колебаний системы вопределяют по осциллографу 11. Переключателями

K> — Кг, включая или отключая 1-ю LC-линию задержки, обеспечивают суммарное время задержки блока 12 линий задержки, равное

t>. Усилителем 13 устанавливают требуемую амплитуду колебаний 7 стола вибростенда 4.

Чтобы точно выставить амплитуду колебаний стола вибростенда 4, перед проведением испытаний тарируют усилитель 13 и вибростенд 4, для этого задают на выходе усилителя 13 эталонный сигнал с частотой и), измеряют его амплитуду U вольтметром

15, включают вибростенд 4, сигнал с выхода усилителя 13 через согласующий блок 14 подают на вибростенд 4 и измеряют амплитуду стола вибростенда 4 (с помощью вибродатчика, который закрепляют на столе вибростенда, и измерительного прибора (вибродатчик и измерительный прибор входят в комплект вибростенда).

Строят тарировочный график z = 14!Оэ.

Таким образом, задавая усилителем 13 необходимое выходное напряжение U, задают требуемую величину амплитуды z стола вибростенда 4, После этого включают вибростенд 4 и проводят испытания в течение времени, равного ресурсу работы ротора, 30

Поскольку в процессе работы происходит износ подшипникового узла, дебаланс ротора также изменяется. Поэтому через некоторые промежутки времени внешнюю вибрацию отключают, проводят повторные измерения дебаланса и корректируют параметры внешней вибрации. Чем чаще проводится корректировка, тем точнее получается результат испытаний. Если в течение времени испытаний не наступило отказа ротора (разрешение, невыполнение своих функций и т.д), считают, что минимальный показатель надежности Рг с доверительной вероятностью у не ниже заданного. Если в течение времени испытаний наступил отказ ротора, то его минимальный показатель надежности ниже заданного для времени ресурса ротора (равен заданному Рг для времени, в течение которого он работал безотказно), Предлагаемый способ позволяет повысить точность на 14, по сравнению с известным и уменьшить объем выборки вплоть до одного ротора.

Формула изобретения

1. Способ контрольных испытаний ротора, заключающийся в том, что выводят ротор на эксплуатационный скоростной режим, прикладывают к нему линейные и угловые вибрации, проводят испытания в течение времени, равного ресурсу ротора, и сравнивают показатели надежности с заданными, отличающийся тем, что. с целью повышения точности и снижения обьема выборки испытаний, после вывода ротора на эксплуатационный скоростной режим измеряют амплитуду вибрации, по величине амплитуды вибрации определяют величину дебаланса ротора, по величине дебаланса и заданным показателям надежности определяют параметры линейной и угловой вибраций, прикладываемых к роторам:

2. Устройство для контрольных испытаний ротора, содержащее горизонтальный телескопический рычаг с ротором, подвешенный к основанию с помощью упругого подвеса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и сйижения обьема выборки испытаний, оно снабжено последовательно соединенными измерителем виброперемещений, частотомером, блоком линий задержки, усилителем низкой частоты, вольтметром, согласующим устройством и вибростендом. причем стол вибростенда шарнирно соединен с одним концом горизонтального телескопического рычага, на другом конце которого закреплен измеритель виброперемещений.

1619091 юг 3

Фиг.4

Составитель О.Несова

Техред М.Моргентал

Редактор В.Данко

Корректор Т.Палий

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 39 Тираж v Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5