RU2029274C1

RU2029274C1 - Method of tuning working wheel blades to resonance frequency

Info

Publication number: RU2029274C1
Authority: RU
Inventors: А.Е. Божко; В.И. Белых; А.И. Федоров; В.И. Ляшенко
Original assignee: Институт проблем машиностроения АН Украины
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: fan engineering. SUBSTANCE: method involves rotating a working wheel of axial fan at a constant angular velocity, smoothly increasing rotational frequency of aerodynamic vibroexciter after tuning working wheel blades, to a resonance oscillation frequency, monitoring oscillation amplitude of plates of the aerodynamic vibroexciter on the base of a signal from a strain-gauge mounted on one of the plates, recording rotation angles of the working wheel and aerodynamic exciter relative to the fixture points of rotation angle sensors at the moments of reaching maximum value of a signal AC component and determining the number of resonating blade from the measured angles. EFFECT: enhanced accuracy. 3 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляторостроению, а именно к способам настройки на резонансную частоту колебаний испытываемых лопаток рабочего колеса осевых вентиляторов. The invention relates to fan building, and in particular to methods of tuning to the resonant frequency of oscillation of the tested impeller blades of the axial fans.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ испытания осевого компрессора [1], по которому осуществляется вращение рабочего колеса с постоянной угловой скоростью и плавное увеличение частоты вращения аэродинамического возбудителя колебания лопаток, установленного на валу дополнительного электродвигателя с независимой обмоткой возбуждения, до возбуждения резонанса колебания лопаток. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed method is a method of testing an axial compressor [1], which rotates the impeller with a constant angular velocity and smoothly increases the speed of the aerodynamic pathogen of oscillation of the blades mounted on the shaft of an additional electric motor with an independent excitation winding, until the resonance of the oscillation of the blades.

Недостатком данного способа является необходимость предварительного определения резонансных частот и соответствующих им частот вращения возбудителя колебаний, что увеличивает трудоемкость проводимых испытаний и снижает точность избирательности настройки на резонансную частоту колебаний лопаток. The disadvantage of this method is the need for a preliminary determination of the resonant frequencies and the corresponding frequencies of rotation of the pathogen, which increases the complexity of the tests and reduces the accuracy of the selectivity of the tuning to the resonant frequency of the blades.

Целью изобретения является повышение точности избирательности настройки на резонансную частоту колебаний лопаток. The aim of the invention is to improve the accuracy of selectivity tuning to the resonant frequency of oscillation of the blades.

Цель достигается тем, что в способе испытания осевого компрессора, по которому осуществляется вращение рабочего колеса с постоянной угловой скоростью и плавное увеличение частоты вращения аэродинамического возбудителя колебания лопаток, установленного на валу дополнительного электродвигателя с независимой обмоткой возбуждения, до возбуждения резонанса колебания лопаток, перед испытанием на одну из пластин аэродинамического возбудителя устанавливают тензодатчик и на валах рабочего и дополнительного двигателей устанавливают датчики угла поворота вала, а увеличение частоты вращения возбудителя осуществляют путем плавного увеличения напряжения в обмотке возбуждения, при этом измеряют приращение частоты вращения по времени дополнительного электродвигателя и фиксируют возникновение резонанса колебаний лопаток в момент изменения знака приращения частоты вращения с положительного на отрицательный, при этом после настройки на резонансную частоту колебаний лопаток контролируют амплитуду колебания пластины возбудителя и в момент достижения максимума переменной составляющей сигнала фиксируют углы поворота рабочего колеса и аэродинамического возбудителя относительно точек крепления датчиков угла поворота и по ним определяют номер резонирующей лопатки. The goal is achieved in that in the method of testing an axial compressor, according to which the impeller rotates at a constant angular velocity and a smooth increase in the rotational speed of the aerodynamic exciter of the blades, mounted on the shaft of an additional electric motor with an independent excitation winding, before excitation of the resonance of the blades, before testing on the blades one of the plates of the aerodynamic pathogen is installed with a strain gauge and a sensor is installed on the shafts of the working and additional engines ki of the angle of rotation of the shaft, and the increase in the frequency of rotation of the pathogen is carried out by gradually increasing the voltage in the field winding, while measuring the increment of the frequency of rotation in time of the additional electric motor and recording the appearance of the resonance of the oscillations of the blades at the moment of changing the sign of the increment of the frequency of rotation from positive to negative, while after tuning to the resonant frequency of the blades oscillations control the oscillation amplitude of the pathogen plate and at the time the maximum variable the signal component fixes the rotation angles of the impeller and the aerodynamic pathogen relative to the attachment points of the rotation angle sensors and determine the number of the resonating blade from them.

На фиг. 1 показана принципиальная схема настройки на резонансную частоту колебания лопаток; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - входные сигналы шлейфового осциллографа. In FIG. 1 shows a schematic diagram of tuning to a resonant frequency of oscillation of the blades; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - input signals of a loop oscilloscope.

Устройство, реализующее способ настройки на резонансную частоту колебания испытываемых лопаток 1 рабочего колеса 2 осевого вентилятора, содержит основной электродвигатель 3, на валу 4 которого закреплено рабочее колесо 2, дополнительный электродвигатель 5 с основной обмоткой 6 (ток якоря) и обмоткой 7 возбуждения (ток возбуждения). К валу 8 электродвигателя 5 прикреплен возбудитель 9 колебания с окнами 10 и перекрывающими пластинами 11. Обмотка 6 подключена к регулируемому источнику 12 питания. К валу 8 дополнительного электродвигателя 5 подключен тахометр 13. Устройство также содержит блок 14 задержки, схему 15 разности и реле 16 с нормально замкнутыми контактами 17 и нормально разомкнутыми контактами 18. Регулируемый источник 12 питания снабжен задающим электродвигателем 19, кинематически связанным с ползуном 20 источника 12. Выход тахометра 13 подключен к входу блока 14 задержки и к первому входу схемы 15 разности сигналов, а выход блока 14 задержки подключен к второму входу схемы 15 разности сигналов, при этом его выход через диод 21 подключен к входу реле 16. Нормально замкнутые контакты 17 реле 16 последовательно подключены к цепи питания задающего электродвигателя 19. Нормально разомкнутые контакты 18 включены в цепи обратной связи по току якоря регулируемого источника 12 питания. A device that implements a method for tuning to the resonant frequency of vibration of the test blades 1 of the axial fan impeller 2 contains a main motor 3, on the shaft 4 of which an impeller 2 is fixed, an additional motor 5 with a main winding 6 (armature current) and an excitation winding 7 (excitation current ) An oscillator 9 is attached to the shaft 8 of the electric motor 5 with windows 10 and overlapping plates 11. The winding 6 is connected to an adjustable power supply 12. A tachometer 13 is connected to the shaft 8 of the additional electric motor 5. The device also contains a delay unit 14, a difference circuit 15, and a relay 16 with normally closed contacts 17 and normally open contacts 18. The adjustable power supply 12 is provided with a driving motor 19 kinematically connected to the slider 20 of the source 12 The output of the tachometer 13 is connected to the input of the delay unit 14 and to the first input of the signal difference circuit 15, and the output of the delay unit 14 is connected to the second input of the signal difference circuit 15, while its output through the diode 21 is connected n to the relay input 16. Normally closed contacts 17 of the relay 16 are connected in series to the power supply circuit of the driving electric motor 19. Normally open contacts 18 are included in the feedback loop of the armature current of the regulated power supply 12.

Кроме того, на валу 4 основного электродвигателя 3 и валу 8 дополнительного электродвигателя 5 установлены метки 22 и 23 угловых датчиков 24 и 25 соответственно, связанные с центрами выбранной лопатки 1 рабочего колеса 2 и пластины 26 аэродинамического возбудителя 9. На пластине 26 наклеивается тензодатчик 27, выход которого через токосъемник 28 соединен с тензостанцией 29, связанной со шлейфовым осциллографом 30 через нормально разомкнутые контакты 3 реле 16, Выходы угловых датчиков 24, 25 также связаны с входами шлейфового осциллографа 30. In addition, on the shaft 4 of the main electric motor 3 and the shaft 8 of the additional electric motor 5, marks 22 and 23 of the angle sensors 24 and 25, respectively, are connected with the centers of the selected blade 1 of the impeller 2 and the plate 26 of the aerodynamic exciter 9. A strain gauge 27 is glued on the plate 26, the output of which through the current collector 28 is connected to a strain gauge 29 connected to the loop oscilloscope 30 through normally open contacts 3 of the relay 16, the outputs of the angle sensors 24, 25 are also connected to the inputs of the loop oscilloscope 30.

Способ настройки на резонансную частоту колебания испытываемых лопаток 1 рабочего колеса 2 осевого вентилятора включает в себя вращение колеса 2 с постоянной угловой скоростью и плавное увеличение частоты вращения аэродинамического возбудителя 9 колебания лопаток 1, установленного на валу 8 дополнительного электродвигателя 5 с независимой обмоткой 7 возбуждения до возникновения резонанса колебания лопаток 1. Увеличение частоты вращения возбудителя 9 осуществляют путем постепенного увеличения напряжения U_я и одновременного измерения приращения частоты Δf вращения по времени дополнительного электродвигателя 5. Приращение частоты Δf формируют в схеме 15 разности путем вычитания сигнала, поступающего непосредственно от тахометра 13, из сигнала, поступающего с выхода блока 14 задержки. Диод 21 пропускает только отрицательную полярность сигнала. В момент совпадения частоты возбуждения с собственной частотой колебания лопаток 1 последние попадают в резонанс и происходит срыв потока с лопаток 1 рабочего колеса 2. Вследствие срыва потока скорость обдува воздушным потоком возбудителя 9 уменьшается, что приводит к уменьшению момента сопротивления возбудителя 9. Первоначально, вследствие уменьшения сопротивления потока, на возбудитель 9 вновь возрастает действие воздушного потока, которое приводит к уменьшению частоты вращения электродвигателя 5. В этот момент в схеме 15 формируется отрицательный сигнал, который проходит через диод 21 и запирает реле 16. Реле 16 своими контактами блокирует себя, отключает цепь источника питания управляющего двигателя 19 и замыкает цепь обратной связи по току якоря регулирования источника 12 питания. Частота вращения двигателя 5 стабилизируется, и возбудитель 9 создает возмущение потока на лопатки 1 с резонансной частотой. Кроме того, замыкается нормально разомкнутые контакты 31 реле 16 и подключают выход тензостанции 29 к шлейфовому осциллографу. На другие входы шлейфового осциллографа постоянно поступают сигналы в виде ряда импульсов от угловых датчиков 24 и 25. По осциллограмме определяется максимальный сигнал с тензодатчика 27, и в момент достижения максимума фиксируют углы поворотов рабочего колеса вентилятора и аэродинамического возбудителя относительно точек крепления угловых датчиков 24 и 25. Это достигается путем измерения расстояния на осциллограмме от точки максимума сигнала до отметки от импульсов с угловых датчиков и по формуле
φ_i = 360˙ L_i/L_oi, где i = 1,2;
L_i - расстояние до импульса i-го ряда;
L_oi - расстояние между импульсами oi-го ряда; определяют углы поворотов.The method of tuning to the resonant frequency of vibration of the test blades 1 of the impeller 2 of the axial fan includes rotating the wheel 2 with a constant angular velocity and smoothly increasing the speed of the aerodynamic pathogen 9 of the vibration of the blades 1 mounted on the shaft 8 of the additional electric motor 5 with an independent excitation winding 7 before occurrence resonance oscillations vanes 1. increase the speed of agent 9 is performed by gradually increasing the voltage U _i, and simultaneously measuring f irascheniya frequency Δf additional rotation of the motor 5. The time frequency increment Δf is formed in the circuit 15 by subtracting the difference signal from the tachometer 13 by itself from a signal output from the delay unit 14. The diode 21 passes only the negative polarity of the signal. At the moment of coincidence of the excitation frequency with the natural oscillation frequency of the blades 1, the latter fall into resonance and the flow stalls from the blades 1 of the impeller 2. Due to the stall, the airflow rate of the pathogen 9 decreases, which leads to a decrease in the resistance moment of the pathogen 9. Initially, due to a decrease flow resistance, on the pathogen 9 again increases the effect of the air flow, which leads to a decrease in the frequency of rotation of the electric motor 5. At this point in -negative signal that passes through the diode 21 and relay 16. The relay closes its contacts 16 locks itself disables the power supply circuit control motor 19 and closes the feedback circuit regulating the armature current power source 12. The frequency of rotation of the engine 5 is stabilized, and the pathogen 9 creates a flow perturbation on the blades 1 with a resonant frequency. In addition, normally open contacts 31 of the relay 16 are closed and the output of the strain gauge station 29 is connected to a loop oscilloscope. The other inputs of the loop oscilloscope constantly receive signals in the form of a series of pulses from angle sensors 24 and 25. The maximum signal from the strain gauge 27 is determined from the oscillogram, and at the time of reaching the maximum, the rotation angles of the impeller and the aerodynamic exciter are fixed relative to the attachment points of the angle sensors 24 and 25 This is achieved by measuring the distance on the waveform from the point of maximum signal to the mark from pulses from angle sensors and according to the formula
φ _i = 360˙ L _i / L _oi , where i = 1,2;
L _i - distance to the pulse of the i-th row;
L _oi is the distance between the pulses of the oi-th row; determine the angles of turns.

Ввиду того, что частота встреч пластины с резонирующей лопаткой равна
f_вс = f_р.к ± f_а.в , где f_р.к - частота вращения рабочего колеса;
f_а.в - частота вращения возбудителя колебаний (знак определяет взаимное направление вращения), то номер резонирующей лопатки определяют по формуле
N =

где φ_о - угол между соседними лопатками рабочего колеса вентилятора.Due to the fact that the frequency of meetings of the plate with the resonating blade is equal to
_Sun f = f ± f _AV _RK, wherein _RK f - the frequency of rotation of the impeller;
f _a.v - the frequency of rotation of the pathogen (the sign determines the mutual direction of rotation), the number of the resonating blade is determined by the formula
N =

where φ _about - the angle between adjacent blades of the fan impeller.

Таким образом, применение данного способа позволяет повысить избирательность настройки на резонансную частоту. Thus, the application of this method allows to increase the selectivity of tuning to the resonant frequency.

Claims

METHOD FOR ADJUSTING THE RESONANT FREQUENCY OF THE VIBRATION OF THE TESTED BLADES OF THE IMPELLER, including the rotation of the impeller with a constant angular speed and a smooth increase in the frequency of rotation of the aerodynamic exciter of the oscillation of the blades mounted on the shaft of the additional electric motor of the blades, which excites the excitation so that in order to increase the accuracy of selectivity of tuning to the resonant frequency of oscillation of the blades, before testing on one of the plates a the strain gauge is installed, the shaft angle sensors are installed on the shafts of the working and additional engines, and the path speed is increased by gradually increasing the voltage in the field winding, while the increment of the frequency of rotation over time of the additional motor is measured and the occurrence of the resonance of the blades at the time of change the sign of the increment of the speed from positive to negative, while after tuning to the resonant h sion frequency control blade oscillation amplitude exciter vibrations of the plate and at the moment of maximum signal variable component achieving fixed angles of the impeller rotation and aerodynamic exciter relative attachment points and the angle of rotation sensors thereon determined number resonating the blade.