RU2587758C1 - Test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings - Google Patents

Test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings Download PDF

Info

Publication number
RU2587758C1
RU2587758C1 RU2015120664/28A RU2015120664A RU2587758C1 RU 2587758 C1 RU2587758 C1 RU 2587758C1 RU 2015120664/28 A RU2015120664/28 A RU 2015120664/28A RU 2015120664 A RU2015120664 A RU 2015120664A RU 2587758 C1 RU2587758 C1 RU 2587758C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
dynamic bearing
bearing
housing
shaft
Prior art date
Application number
RU2015120664/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Владимирович Гаврилов
Владимир Николаевич Огородов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2015120664/28A priority Critical patent/RU2587758C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2587758C1 publication Critical patent/RU2587758C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention can be used in testing and development of gas bearings of high-speed turbine machines. Stand has shaft installed in radial bearing secured on stand base, tested gas-dynamic bearing installed on shaft, arranged in housing, movable relative to bed, drive device connected to shaft, loading device coupled with said housing of tested gas-dynamic bearing, and measurement system with shaft speed transducer and data processing unit. Additionally it is equipped with hot air supply device for heating of gas-dynamic bearing to operating temperature, housing of gas-dynamic bearing is made with two chambers arranged on opposite sides of gas-dynamic bearing, wherein cavities are pneumatically connected to each other by means of latter and are equipped with seals arranged at sides opposite to gas-dynamic bearing, first cavity is configured to receive hot air and is connected to output of hot air supply device, and second one is to release air and is connected with atmosphere, drive device is made in form of high-speed electric motor, and loading device in form of rods attached to housing of tested gas-dynamic bearing and plate connected to ties with calibrated weights, measuring system is equipped with sensors of vertical and horizontal displacements of housing of gas-dynamic bearing, vibration sensor, temperature sensor of gas-dynamic bearing, air temperature sensors arranged in first and second chambers, and device for measurement of friction torque in gas-dynamic bearing in form of horizontal lever fixed on housing of gas-dynamic bearing, and force sensor fixed on stand base and contacting with free end of lever, wherein outputs of sensors are connected to corresponding inputs of data processing unit.
EFFECT: higher accuracy of tests results.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях и доводке газовых подшипников высокооборотных турбомашин.The invention relates to mechanical engineering and can be used in testing and fine-tuning the gas bearings of high-speed turbomachines.

Известен универсальный стенд для испытаний лепестковых газодинамических опор (патент РФ №77430). Ротор устанавливается в испытуемых подшипниках. Для привода ротора во вращение используется газовая турбина, ротор снабжен нагрузочным устройством. Для осуществления измерений стенд оборудован датчиком линейных перемещений ротора, а со стороны турбины пневмопривода установлен тахометр.A well-known universal stand for testing petal gas-dynamic supports (RF patent No. 77430). The rotor is mounted in the tested bearings. A gas turbine is used to drive the rotor into rotation; the rotor is equipped with a loading device. For measurements, the stand is equipped with a linear rotor displacement sensor, and a tachometer is installed on the side of the pneumatic drive turbine.

К недостаткам стенда следует отнести то, что в качестве турбины использована модельная турбина без соплового аппарата для подачи рабочего тела. Схема нагружения радиальных и осевого подшипников и величины нагрузки на них не соответствуют реальным. Отсутствует возможность подогрева опор и подшипников до действительных рабочих температур. При циклической работе не имитируется реальный цикл разгона и торможения ротора газотурбинного двигателя (ГТД).The disadvantages of the stand include the fact that a model turbine without a nozzle apparatus for supplying a working fluid was used as a turbine. The loading scheme of radial and axial bearings and the magnitude of the load on them do not correspond to the real ones. There is no possibility of heating bearings and bearings to actual operating temperatures. During cyclic operation, the real cycle of acceleration and braking of the rotor of a gas turbine engine (GTE) is not simulated.

Известен стенд для испытаний газодинамических подшипников (патент РФ №2280243). Стенд содержит вал с приводной импульсной турбиной, который установлен в корпусе с каналами для подачи рабочего тела на колесо турбины и отвода его из турбины, испытуемый подшипник, установленный в обойме, расположенный на валу импульсной турбины и снабженный нагревателем. Обойма испытуемого подшипника подвешена внутри корпуса на упругих элементах. Стенд снабжен нагрузочным устройством, термодатчиком и датчиком измерения крутящего момента.A known bench for testing gas-dynamic bearings (RF patent No. 2280243). The stand contains a shaft with a drive pulse turbine, which is installed in a housing with channels for supplying a working fluid to the turbine wheel and withdrawing it from the turbine, a test bearing mounted in a cage located on the shaft of the pulse turbine and equipped with a heater. The cage of the test bearing is suspended inside the housing on the elastic elements. The stand is equipped with a load device, a temperature sensor and a torque measurement sensor.

Применение импульсной турбины в качестве привода вала (ротора) не позволяет формировать стабильную форму цикла «пуск-останов», а использование электронагревателя не обеспечивает равномерный прогрев газодинамического подшипника. Указанные недостатки снижают достоверность получаемых результатов при проведении ресурсных испытаний.The use of a pulse turbine as a shaft drive (rotor) does not allow to form a stable start-stop cycle, and the use of an electric heater does not provide uniform heating of the gas-dynamic bearing. These shortcomings reduce the reliability of the results obtained during the life tests.

Наиболее близким по технической сущности является стенд для испытаний газодинамических подшипников, предназначенный для осуществления способа определения скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике скольжения (патент РФ №2265820). Ротор стенда установлен в двух радиальных и двух осевых подшипниках. Подшипники установлены в корпусе. Испытуемый газодинамический подшипник скольжения, в котором определяется скорость посадки ротора, расположен в центральной части ротора между радиальными подшипниками. Ротор приводится во вращение турбиной. Испытуемый подшипник соединяется с нагрузочным устройством при помощи балки. Нагрузочное устройство соединено через усилитель и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) с компьютером. На балке установлен датчик нагрузки, реагирующий на изгибные напряжения в балке. Датчик нагрузки соединен с компьютером через усилитель сигнала и АЦП. Стенд снабжен также датчиком скорости ротора, который соединен с компьютером через усилитель сигнала и АЦП.The closest in technical essence is a test bench for gas-dynamic bearings, designed to implement a method for determining the landing speed of the rotor in a gas-dynamic sliding bearing (RF patent No. 2265820). The stand rotor is installed in two radial and two axial bearings. Bearings are installed in the housing. The test gas-dynamic sliding bearing, in which the rotor landing speed is determined, is located in the central part of the rotor between the radial bearings. The rotor is driven by a turbine. The test bearing is connected to the load device using a beam. The load device is connected through an amplifier and an analog-to-digital converter (ADC) to a computer. A load sensor is installed on the beam, responding to bending stresses in the beam. The load sensor is connected to the computer through a signal amplifier and ADC. The stand is also equipped with a rotor speed sensor, which is connected to the computer through a signal amplifier and ADC.

Недостаток известного стенда заключается в использовании для привода ротора турбины в качестве привода вала (ротора), что не позволяет формировать стабильную форму цикла «пуск-останов» при проведении длительных ресурсных испытаний. Отсутствие средств, обеспечивающих нагрев подшипника до рабочих температур, а также средств, фиксирующих перемещение ротора в опорах, не позволяет получать достоверную информацию о поведении подшипника, его ресурсе.A disadvantage of the known stand is the use of a turbine to drive the rotor as a shaft (rotor) drive, which does not allow to form a stable start-stop cycle during long-term life tests. The absence of means ensuring the heating of the bearing to operating temperatures, as well as means fixing the movement of the rotor in the bearings, does not allow obtaining reliable information about the behavior of the bearing and its service life.

Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков. Задачей изобретения является повышение достоверности получаемых результатов при определении работоспособности газодинамических подшипников в условиях, приближенных к натурным, по нагрузкам, подогреву опор и подшипников до рабочих температур, имитации реального цикла разгона и торможения ротора ГТД.The claimed invention is aimed at eliminating these disadvantages. The objective of the invention is to increase the reliability of the results obtained when determining the operability of gas-dynamic bearings under conditions close to full-load, by heating bearings and bearings to operating temperatures, simulating the actual cycle of acceleration and braking of the rotor of a gas turbine engine.

Технический результат заключается в повышении точности результатов испытаний.The technical result is to increase the accuracy of the test results.

Заявленный технический результат достигается тем, что стенд для испытаний газодинамических подшипников, содержащий вал, установленный в радиальном подшипнике, закрепленном на станине стенда, установленный на валу испытуемый газодинамический подшипник, размещенный в корпусе, подвижном относительно станины, приводное устройство, соединенное с валом, нагрузочное устройство, связанное с корпусом испытуемого газодинамического подшипника, и измерительную систему с датчиком частоты вращения вала и блоком обработки данных, согласно изобретению снабжен устройством подачи горячего воздуха для подогрева газодинамического подшипника до рабочих температур, корпус газодинамического подшипника выполнен с двумя полостями, размещенными по разные стороны газодинамического подшипника, причем полости пневматически связаны между собой посредством последнего и снабжены уплотнениями, размещенными по сторонам, противоположным газодинамическому подшипнику, первая полость выполнена с возможностью приема горячего воздуха и связана с выходом устройства подачи горячего воздуха, а вторая - с возможностью выпуска воздуха и связана с атмосферой, приводное устройство выполнено в виде высокоскоростного электродвигателя, а нагрузочное устройство - в виде тяги, прикрепленной к корпусу испытуемого газодинамического подшипника и соединенной с тягой тарелки с тарированными грузами, измерительная система снабжена датчиками вертикальных и горизонтальных перемещений корпуса газодинамического подшипника, датчиком вибраций, датчиком температуры газодинамического подшипника, датчиками температуры воздуха, размещенными в первой и второй полостях, и устройством измерения момента трения в газодинамическом подшипнике в виде рычага, расположенного преимущественно в горизонтальном направлении, закрепленного на корпусе газодинамического подшипника, и датчика силы, закрепленного на станине стенда и контактирующего со свободным концом рычага, при этом выходы датчиков связаны с соответствующими входами блока обработки данных.The claimed technical result is achieved by the fact that the stand for testing gas-dynamic bearings, comprising a shaft mounted in a radial bearing mounted on the stand frame, a test gas-dynamic bearing mounted on the shaft mounted in a housing movable relative to the bed, a drive device connected to the shaft, a load device associated with the housing of the test gas-dynamic bearing, and a measuring system with a shaft speed sensor and a data processing unit, according to the invention The circuit is equipped with a hot air supply device for heating the gas-dynamic bearing to operating temperatures, the gas-dynamic bearing housing is made with two cavities placed on opposite sides of the gas-dynamic bearing, the cavities being pneumatically connected to each other by means of the latter and provided with seals placed on the sides opposite to the gas-dynamic bearing, the first the cavity is configured to receive hot air and is associated with the output of the hot air supply device, and in acute - with the possibility of releasing air and is connected with the atmosphere, the drive device is made in the form of a high-speed electric motor, and the loading device is in the form of a rod attached to the body of the gas-dynamic bearing under test and connected to the plate traction with calibrated loads, the measuring system is equipped with vertical and horizontal displacement sensors housing of a gas-dynamic bearing, a vibration sensor, a temperature sensor of a gas-dynamic bearing, air temperature sensors located in the first and second cavities, and a device for measuring the friction moment in a gas-dynamic bearing in the form of a lever located mainly in the horizontal direction, mounted on the gas-dynamic bearing housing, and a force sensor mounted on the stand frame and in contact with the free end of the lever, the sensor outputs being connected to corresponding inputs of the data processing unit.

В частных случаях реализации заявленного стенда испытуемый газодинамический подшипник может быть размещен в обойме, которая выполнена с возможностью установки в корпусе испытуемого газодинамического подшипника, причем в обойме выполнены, по меньшей мере, два осевых отверстия для обеспечения продувки горячего воздуха через испытуемый газодинамический подшипник. При этом осевые отверстия равномерно размещены по торцу обоймы испытуемого газодинамического подшипника, а их диаметр составляет 1,0-3,0 мм.In special cases of the implementation of the claimed stand, the test gas-dynamic bearing can be placed in a cage, which is configured to be installed in the body of the test gas-dynamic bearing, and at least two axial holes are made in the cage to ensure the blowing of hot air through the test gas-dynamic bearing. In this case, the axial holes are evenly placed at the end of the cage of the tested gas-dynamic bearing, and their diameter is 1.0-3.0 mm.

Целесообразно, чтобы датчик температуры газодинамического подшипника был выполнен в виде трех термопар, последовательно размещенных по длине испытуемого газодинамического подшипника.It is advisable that the temperature sensor of the gas-dynamic bearing was made in the form of three thermocouples sequentially placed along the length of the test gas-dynamic bearing.

Желательно также снабдить вал высокоскоростного электродвигателя цанговым патроном, выполненным с возможностью соединения с валом, на котором установлен испытуемый газодинамический подшипник.It is also desirable to provide the shaft of the high-speed electric motor with a collet chuck configured to connect to the shaft on which the test gas-dynamic bearing is mounted.

Изобретение поясняется далее подробным описанием со ссылкой на чертежи, где на фиг. 1 показана общая схема стенда для испытаний газодинамических подшипников, на фиг. 2 - фронтальное сечение стенда (электродвигатель условно не показан), на фиг. 3 - устройство измерения момента трения в газодинамическом подшипнике.The invention is further explained in detail with reference to the drawings, where in FIG. 1 shows a general diagram of a stand for testing gas-dynamic bearings, FIG. 2 is a frontal section of a stand (an electric motor is conventionally not shown), FIG. 3 - a device for measuring the moment of friction in a gas-dynamic bearing.

Стенд содержит станину 1, на которой закреплен радиальный подшипник 2, размещенный в индивидуальном корпусе, жестко закрепленном на станине 1 стенда. В подшипнике 2 установлен вал 3. Испытуемый газодинамический (газовый) подшипник 4 размещен в корпусе 5, подвижном относительно станины 1 и установлен на валу 3. Для удобства проведения испытаний подшипник 4 предварительно размещается в обойме (на фиг. 2 не показана) и затем вместе с обоймой устанавливается в корпус 5. Подшипник 4 зафиксирован в корпусе 5 внутренней боковой крышкой 6.The stand contains a frame 1, on which is mounted a radial bearing 2, placed in an individual housing, rigidly fixed to the frame 1 of the stand. A shaft 3 is mounted in the bearing 2. The test gas-dynamic (gas) bearing 4 is placed in a housing 5 that is movable relative to the bed 1 and mounted on the shaft 3. For convenience of testing, the bearing 4 is previously placed in a cage (not shown in Fig. 2) and then together with a cage installed in the housing 5. The bearing 4 is fixed in the housing 5 by the inner side cover 6.

Корпус 5 газодинамического (газового) подшипника 4 имеет две наружные крышки 7, 8 которые жестко закреплены на станине 1. В корпусе 5 выполнены две полости 9, 10, размещенные по разные стороны газодинамического подшипника 4. Полости 9, 10 пневматически связаны между собой посредством газодинамического подшипника 4. Пневматическая связь между полостями 9, 10 осуществляется через радиальный зазор между валом 3 и подшипником 4. а также через сквозные отверстия в обойме подшипника 4. В конкретном конструктивном исполнении стенда в обойме подшипника 4 выполнено восемь сквозных осевых отверстий диаметром 2 мм. Осевые отверстия равномерно разнесены по торцу обоймы подшипника 4, диаметрально противоположно.The housing 5 of the gas-dynamic (gas) bearing 4 has two outer covers 7, 8 which are rigidly fixed to the bed 1. The housing 5 has two cavities 9, 10 located on opposite sides of the gas-dynamic bearing 4. The cavities 9, 10 are pneumatically connected to each other by means of a gas-dynamic bearing 4. The pneumatic connection between the cavities 9, 10 is carried out through the radial clearance between the shaft 3 and the bearing 4. as well as through the through holes in the bearing race 4. In a specific design of the stand in the bearing race 4 you olneno eight axial through-holes of 2 mm diameter. Axial holes are uniformly spaced along the end of the bearing race 4, diametrically opposite.

Для осуществления подогрева газодинамического подшипника 4 до рабочих температур стенд снабжен устройством 11 подачи горячего воздуха. Устройство 11 подачи горячего воздуха может быть выполнено в виде воздухонагнетателя и электронагревателя, снабженного регулятором температуры нагрева.To implement the heating of the gas-dynamic bearing 4 to operating temperatures, the stand is equipped with a device 11 for supplying hot air. The device 11 for supplying hot air can be made in the form of an air blower and an electric heater equipped with a heating temperature controller.

Первая полость 9, выполненная в корпусе 5, предназначена для приема горячего воздуха и через штуцер в крышке 8 связана с выходом устройства 11 подачи горячего воздуха. Вторая полость 10 предназначена для выпуска воздуха и связана с атмосферой. Отвод воздуха из полости 10 за газовым подшипником 4 осуществляется в окружающую атмосферу по четырем радиальным проточкам. Полости 9 и 10 снабжены лабиринтными уплотнениями (не показаны), размещенными по сторонам, противоположным газодинамическому подшипнику 4.The first cavity 9, made in the housing 5, is designed to receive hot air and through the fitting in the cover 8 is connected to the output of the device 11 for supplying hot air. The second cavity 10 is designed to release air and is associated with the atmosphere. The air is removed from the cavity 10 behind the gas bearing 4 into the surrounding atmosphere through four radial grooves. Cavities 9 and 10 are equipped with labyrinth seals (not shown) located on the sides opposite to the gas-dynamic bearing 4.

Приводное устройство выполнено в виде высокооборотного электродвигателя 12. Вал электродвигателя 12 оснащен цанговым патроном, предназначенным для обеспечения соединения вала электродвигателя 12 с валом 3. В рамках данной заявки электродвигатель 12 с цанговым патроном будем именовать шпинделем (где это применимо).The drive device is made in the form of a high-speed electric motor 12. The shaft of the electric motor 12 is equipped with a collet chuck designed to connect the shaft of the electric motor 12 to the shaft 3. In the framework of this application, the electric motor 12 with the collet chuck will be called a spindle (where applicable).

Корпус 5 с подшипником 4 свободно лежит на валу 3. С левой стороны вал 3 установлен в радиальном шариковом подшипнике 2, с правой стороны вал 3 установлен в цанговом патроне шпинделя. При установке вала 3 испытуемого подшипника 4 и соединении его с валом электродвигателя 12 должна быть обеспечена необходимая соосность. Вал 3 подшипника 4 балансируется с высокой точностью. Испытуемый газовый подшипник 4 устанавливается в середине вала 3 в корпусе 5 и фиксируется от осевых перемещений боковой крышкой 6. Крышка неподвижна и крепится к корпусу 5 с помощью четырех винтов. Корпус 5 подшипника 4 свободно подвешен на валу 3 и через газовый подшипник 4 имеет возможность поворота в окружном направлении.The housing 5 with the bearing 4 lies freely on the shaft 3. On the left side, the shaft 3 is mounted in a radial ball bearing 2, on the right side, the shaft 3 is mounted in the collet chuck of the spindle. When installing the shaft 3 of the test bearing 4 and connecting it to the shaft of the motor 12, the necessary alignment must be ensured. The shaft 3 of the bearing 4 is balanced with high precision. The test gas bearing 4 is installed in the middle of the shaft 3 in the housing 5 and is fixed from axial movements by the side cover 6. The cover is stationary and is attached to the housing 5 with four screws. The housing 5 of the bearing 4 is freely suspended on the shaft 3 and through the gas bearing 4 has the ability to rotate in the circumferential direction.

Стенд содержит также нагрузочное устройство, связанное с корпусом 5 испытуемого газодинамического подшипника 4. Нагрузочное устройство выполнено в виде тяги 13 и соединенной с ней тарелки 14 с тарированными грузами 15. Тяга 13 выполнена в виде резьбовой шпильки, верхняя часть которой ввинчена в корпус 5 (см. фиг. 3), а нижняя часть соединена с подвесом (гиредержателем) тарелки 14. Тарелка предназначена для размещения на ней тарированных грузов (плоских гирь) 15, которые обеспечивают имитацию радиальной нагрузки на подшипник 4.The stand also contains a loading device connected with the housing 5 of the test gas-dynamic bearing 4. The loading device is made in the form of a rod 13 and a plate 14 connected to it with calibrated loads 15. The rod 13 is made in the form of a threaded rod, the upper part of which is screwed into the housing 5 (see Fig. 3), and the lower part is connected to the suspension (hoop) of the plate 14. The plate is designed to accommodate tared loads (flat weights) 15 on it, which provide a simulated radial load on the bearing 4.

Стенд содержит измерительную систему. В состав измерительной системы входит устройство измерения момента трения в газодинамическом подшипнике 4, набор датчиков и связанный с ними блок обработки данных (не показан).The stand contains a measuring system. The measuring system includes a device for measuring the moment of friction in a gas-dynamic bearing 4, a set of sensors and an associated data processing unit (not shown).

Устройство измерения момента трения в газодинамическом подшипнике 4 выполнено в виде горизонтально расположенного моментного рычага 16 и датчика 17 силы. Как показано на фиг. 3, рычаг 16 левой частью прикреплен к корпусу 5 подшипника 4, а правой своей частью опирается (контактирует) на датчик 17 силы. Датчик 17 силы закреплен на станине 1 стенда и контактирует со свободным (правым) концом рычага 16. В качестве датчика 17 силы может быть использован пьезодатчик. Момент трения определяется как произведение величины усилия, измеренного датчиком 17, на расстояние от оси вращения (оси вала 3) до датчика 17 силы.A device for measuring the moment of friction in a gas-dynamic bearing 4 is made in the form of a horizontally located torque arm 16 and a force sensor 17. As shown in FIG. 3, the lever 16 with the left part is attached to the housing 5 of the bearing 4, and its right part rests (contacts) on the force sensor 17. The force sensor 17 is mounted on the stand frame 1 and is in contact with the free (right) end of the lever 16. As a force sensor 17, a piezoelectric sensor can be used. The frictional moment is defined as the product of the magnitude of the force measured by the sensor 17 and the distance from the axis of rotation (axis of the shaft 3) to the force sensor 17.

Измерительная система стенда содержит: датчик 18 частоты вращения вала 3, датчик 19 вертикальных перемещений корпуса 5, датчик 20 горизонтальных перемещений корпуса 5, датчик 21 вибраций, датчик 22 температуры подшипника 4, датчик 23 температуры воздуха на входе в подшипник 4, датчик 24 температуры воздуха на выходе из подшипника 4.The measuring system of the stand contains: a sensor 18 of the rotational speed of the shaft 3, a sensor 19 of vertical movements of the housing 5, a sensor 20 of horizontal movements of the housing 5, a sensor of 21 vibrations, a sensor 22 of the bearing temperature 4, a sensor 23 of the air temperature at the inlet to the bearing 4, an air temperature sensor 24 at the exit of the bearing 4.

Датчики 19 и 20 вертикальных и горизонтальных перемещений установлены над корпусом 5 в двух держателях 25 (см. фиг. 2). Использование высокочастотных датчиков 19 и 20 перемещений позволяет при испытаниях определять орбиту движения корпуса 5 подшипника 4 относительно вала 3.Sensors 19 and 20 of vertical and horizontal movements are installed above the housing 5 in two holders 25 (see Fig. 2). The use of high-frequency sensors 19 and 20 displacements allows testing to determine the orbit of movement of the housing 5 of the bearing 4 relative to the shaft 3.

В качестве датчика 22 температуры подшипника 4 можно использовать термопару. При этом целесообразно использовать, по меньшей мере, три термопары, расположенные в обойме подшипника 4 вдоль ее длины.As the sensor 22 of the temperature of the bearing 4, you can use a thermocouple. In this case, it is advisable to use at least three thermocouples located in the bearing race 4 along its length.

В качестве датчиков 23 и 24 температуры воздуха на входе в подшипник 4 и температуры воздуха на выходе из подшипника 4 также можно использовать термопары. Предварительные испытания показали, что для повышения точности измерений целесообразно в качестве датчика 24 температуры воздуха на выходе из подшипника 4 использовать три термопары, одна из которых установлена в полости 10, а две другие на выходе из радиальных проточек в крышке 7.Thermocouples can also be used as sensors 23 and 24 of the air temperature at the inlet to the bearing 4 and the air temperature at the outlet of the bearing 4. Preliminary tests showed that in order to increase the accuracy of measurements, it is advisable to use three thermocouples, one of which is installed in the cavity 10, and the other two at the exit from the radial grooves in the cover 7, as an air temperature sensor 24.

Для фиксации вала 3 от осевых перемещений относительно станины 1, на левом конце вала 3 выполнена резьба. Гайка 26 упирается во внутреннее кольцо шарикоподшипника 2, внешнее кольцо которого размещено в корпусе 27. Корпус 27 подшипника 2 прикреплен к станине 1 посредством крепежного элемента ложемента 28. Такой способ крепления упрощает монтаж вала 3 на станине 1 стенда.To fix the shaft 3 from axial movements relative to the bed 1, a thread is made on the left end of the shaft 3. The nut 26 abuts against the inner ring of the ball bearing 2, the outer ring of which is housed in the housing 27. The housing 27 of the bearing 2 is attached to the frame 1 by means of a mounting element of the lodgement 28. This mounting method simplifies the installation of the shaft 3 on the frame 1 of the stand.

Аналогичное крепление к станине 1 стенда предусмотрено для крышек 7 и 8, которые монтируются с использованием крепежных элементов ложемента 28.A similar fastening to the stand frame 1 is provided for covers 7 and 8, which are mounted using the fasteners of the tool tray 28.

Стенд работает следующим образом.The stand works as follows.

Основной целью испытаний является определение работоспособности газодинамических подшипников при многочисленных последовательных циклических пусках-остановах в условиях имитируемого теплового состояния опор малогабаритного газотурбинного двигателя. При этом требуется соблюдение одинаковости формы всех последовательных циклов «пуск-останов».The main purpose of the tests is to determine the operability of gas-dynamic bearings under numerous sequential cyclic start-ups and shutdowns in conditions of a simulated thermal state of the supports of a small-sized gas turbine engine. In this case, the uniformity of the form of all consecutive start-stop cycles is required.

Испытания проводятся в соответствии со следующей методикой. В начале испытаний к корпусу 5 подшипника 4 прикладывается требуемая нагрузка Р кг, путем накладывания на тарелку 14 тарированных грузов 15. Затем от воздушной системы в полость 9 подшипника 4 через устройство 11 подачи горячего воздуха к штуцеру в крышке 8 подается горячий воздух от электрического или иного другого подогревателя. Горячий воздух поступает в полость 9 в корпусе 5 и затем протекает через радиальный зазор между валом 3 и подшипником 4, отверстия в обойме, далее поступает в полость 10 и выводится в атмосферу. После достижения требуемого теплового состояния подшипника 4, что контролируется по показаниям датчика 22 температуры, запускается шпиндель и осуществляется циклическая работа ротора «пуск-останов» в автоматическом режиме. В процессе испытаний полости 9, 10 и, соответственно, подшипник 4 продувается уменьшенным количеством воздуха для поддержания установленного теплового состояния. Продувка воздухом обеспечивает также удаление продуктов износа. Длительность времени разгона вала 3 до наперед заданной максимальной установившейся частоты вращения, время работы при этой частоте вращения и время останова вала 3 при выключении мотора задаются программой работы блока управления электромотором 12 (на фиг. 1-3 не показан). Для примера длительность цикла может составлять: время разгона вала 4 ~5-6 с до установившейся частоты вращения, например, 15000 об/мин, время непрерывной работы на этом режиме ~15-20 с, время останова, например, при свободном выбеге вала 6-8 с.Tests are carried out in accordance with the following procedure. At the beginning of the tests, the required load R kg is applied to the housing 5 of the bearing 4 by applying calibrated weights 15 to the plate 14. Then, hot air from electric or other is supplied from the air system to the cavity 9 of the bearing 4 through the hot air supply 11 to the fitting in the cover 8 another heater. Hot air enters the cavity 9 in the housing 5 and then flows through the radial clearance between the shaft 3 and the bearing 4, the holes in the cage, then enters the cavity 10 and is discharged into the atmosphere. After reaching the required thermal state of the bearing 4, which is controlled by the readings of the temperature sensor 22, the spindle starts and the rotor “start-stop” is cycled in automatic mode. In the process of testing the cavity 9, 10 and, accordingly, the bearing 4 is blown with a reduced amount of air to maintain the established thermal state. Air purging also removes wear products. The duration of the acceleration of the shaft 3 to the predetermined maximum steady-state speed, the operating time at this speed and the stop time of the shaft 3 when the motor is turned off are set by the program of operation of the control unit of the electric motor 12 (not shown in Fig. 1-3). For example, the cycle time can be: shaft acceleration time 4 ~ 5-6 s to a steady speed, for example, 15000 rpm, continuous operation time in this mode ~ 15-20 s, stop time, for example, when the shaft runs free 6 -8 p.

В процессе разгонов-остановов осуществляется непрерывная запись всех сигналов, поступающих от датчиков измерительной системы, контролирующих параметры работы узла и передающих информацию в блок обработки данных, при этом фиксируется характер работы ротора (вала 3 с подшипником 4), плавность его разгона и другие параметры.In the process of acceleration-stops, a continuous recording of all signals coming from the sensors of the measuring system, monitoring the operation parameters of the unit and transmitting information to the data processing unit, is recorded, the nature of the rotor (shaft 3 with bearing 4), the smoothness of its acceleration and other parameters are recorded.

Через определенное число циклов, например 50-100 циклов, производится сравнение диаграмм выбега ротора с целью измерения времени выбега и, таким образом, косвенной оценки работоспособности подшипника 4. В процессе испытаний могут быть сделаны несколько перерывов в работе с целью частичной разборки узла трения и оценки состояния лепестков подшипника 4 и поверхности вала 3 в зоне контакта. После испытаний фиксируется достигнутое суммарное число циклов пуск-останов и производится разборка узла трения, ревизия состояния покрытия на лепестках подшипника 4 и на поверхности вала 3, обмер геометрических размеров с целью определения величины износа деталей пары трения (гладкий лепесток-вал).After a certain number of cycles, for example, 50-100 cycles, the rotor stick-out diagrams are compared to measure the run-out time and, thus, indirectly evaluate the bearing performance 4. During the tests, several interruptions can be made in order to partially disassemble the friction unit and evaluate the state of the petals of the bearing 4 and the surface of the shaft 3 in the contact zone. After the tests, the achieved total number of start-stop cycles is recorded and the friction assembly is disassembled, the condition of the coating is revised on the petals of the bearing 4 and on the surface of the shaft 3, geometric dimensions are measured to determine the amount of wear of the friction pair parts (smooth lobe-shaft).

Заявленный стенд обеспечивает проведение испытаний газодинамических подшипников в условиях имитируемого теплового состояния опор, т.е. с регулируемым тепловым состоянием опор. При этом использование высокооборотного двигателя обеспечивает получение идентичности циклов «пуск-останов» при проведении ресурсных циклических испытаниях. Использование шпинделя с цанговым патроном позволяет быстро производить переоснастку стенда, при этом не нарушается соосность вала подшипника и вала двигателя. Все перечисленные особенности стенда обеспечивают повышение точности получаемых результатов проводимых ресурсных испытаний.The claimed stand provides testing of gas-dynamic bearings in a simulated thermal state of the bearings, i.e. with adjustable thermal state of the supports. Moreover, the use of a high-speed engine provides the identity of the start-stop cycles during the life cycle tests. The use of a spindle with a collet chuck allows you to quickly re-equip the stand, while the alignment of the bearing shaft and the motor shaft is not violated. All of the listed features of the stand provide improved accuracy of the obtained results of life tests.

Claims (5)

1. Стенд для циклических испытаний газодинамических подшипников, содержащий вал, установленный в радиальном подшипнике, закрепленном на станине стенда, при этом вал выполнен с возможностью установки на него испытуемого газодинамического подшипника, размещенного в корпусе, подвижном относительно станины, приводное устройство, соединенное с валом, нагрузочное устройство, связанное с указанным корпусом испытуемого газодинамического подшипника, и измерительную систему с датчиком частоты вращения вала и блоком обработки данных, отличающийся тем, что снабжен устройством подачи горячего воздуха для подогрева газодинамического подшипника до рабочих температур, корпус газодинамического подшипника выполнен с двумя полостями, размещенными по разные стороны газодинамического подшипника, причем полости пневматически связаны между собой посредством последнего и снабжены уплотнениями, размещенными по сторонам, противоположным газодинамическому подшипнику, первая полость выполнена с возможностью приема горячего воздуха и связана с выходом устройства подачи горячего воздуха, а вторая - с возможностью выпуска воздуха и связана с атмосферой, приводное устройство выполнено в виде высокоскоростного электродвигателя, а нагрузочное устройство - в виде тяги, прикрепленной к корпусу испытуемого газодинамического подшипника и соединенной с тягой тарелки с тарированными грузами, измерительная система снабжена датчиками вертикальных и горизонтальных перемещений корпуса газодинамического подшипника, датчиком вибраций, датчиком температуры газодинамического подшипника, датчиками температуры воздуха, размещенными в первой и второй полостях, и устройством измерения момента трения в газодинамическом подшипнике в виде рычага, расположенного преимущественно в горизонтальном направлении, закрепленного на корпусе газодинамического подшипника, и датчика силы, закрепленного на станине стенда и контактирующего со свободным концом рычага, при этом выходы датчиков связаны с соответствующими входами блока обработки данных.1. A test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings, comprising a shaft mounted in a radial bearing mounted on the stand frame, the shaft being configured to mount a test gas-dynamic bearing on it, housed in a housing movable relative to the bed, a drive device connected to the shaft, a load device associated with the specified housing of the test gas-dynamic bearing, and a measuring system with a shaft speed sensor and a data processing unit, distinguishing In that it is equipped with a hot air supply device for heating the gas-dynamic bearing to operating temperatures, the gas-dynamic bearing housing is made with two cavities placed on opposite sides of the gas-dynamic bearing, the cavities being pneumatically connected to each other by means of the latter and provided with seals located on the sides opposite to the gas-dynamic the bearing, the first cavity is configured to receive hot air and is associated with the output of the hot air supply device ha, and the second - with the possibility of releasing air and is connected with the atmosphere, the drive device is made in the form of a high-speed electric motor, and the load device is in the form of a rod attached to the body of the gas-dynamic bearing under test and connected to the plate traction with calibrated loads, the measuring system is equipped with vertical sensors and horizontal movements of the housing of the gas-dynamic bearing, a vibration sensor, a temperature sensor of the gas-dynamic bearing, air temperature sensors, placed mi in the first and second cavities, and a device for measuring the friction moment in a gas-dynamic bearing in the form of a lever located mainly in the horizontal direction, mounted on the gas-dynamic bearing housing, and a force sensor mounted on the stand frame and in contact with the free end of the lever, while the sensor outputs connected to the corresponding inputs of the data processing unit. 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что испытуемый газодинамический подшипник размещен в обойме, которая выполнена с возможностью установки в корпусе испытуемого газодинамического подшипника, причем в обойме выполнены по меньшей мере два осевых отверстия для обеспечения продувки горячего воздуха через испытуемый газодинамический подшипник.2. The stand according to claim 1, characterized in that the test gas-dynamic bearing is placed in a cage, which is configured to be installed in the body of the test gas-dynamic bearing, and at least two axial openings are made in the cage to allow hot air to be purged through the test gas-dynamic bearing. 3. Стенд по п. 2, отличающийся тем, что радиальные отверстия равномерно размещены по торцу обоймы испытуемого газодинамического подшипника, а их диаметр составляет 1,0-3,0 мм.3. The stand according to claim 2, characterized in that the radial holes are evenly placed at the end of the cage of the test gas-dynamic bearing, and their diameter is 1.0-3.0 mm 4. Стенд по п. 1 или 3, отличающийся тем, что датчик температуры газодинамического подшипника выполнен в виде трех термопар, последовательно размещенных по длине испытуемого газодинамического подшипника.4. The stand according to claim 1 or 3, characterized in that the temperature sensor of the gas-dynamic bearing is made in the form of three thermocouples sequentially placed along the length of the tested gas-dynamic bearing. 5. Стенд по п. 4, отличающийся тем, что вал высокоскоростного электродвигателя снабжен цанговым патроном, выполненным с возможностью соединения с валом, на котором установлен испытуемый газодинамический подшипник. 5. The stand according to claim 4, characterized in that the shaft of the high-speed electric motor is equipped with a collet chuck configured to connect to the shaft on which the test gas-dynamic bearing is mounted.
RU2015120664/28A 2015-06-01 2015-06-01 Test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings RU2587758C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120664/28A RU2587758C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120664/28A RU2587758C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2587758C1 true RU2587758C1 (en) 2016-06-20

Family

ID=56132350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120664/28A RU2587758C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2587758C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108801636A (en) * 2018-06-01 2018-11-13 燕山大学 A kind of axial loading device of bearing performance test experiments platform
CN109357870A (en) * 2018-11-30 2019-02-19 北京精密机电控制设备研究所 A kind of radial direction air-bearing performance test machine
RU198463U1 (en) * 2020-03-11 2020-07-13 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (АО "ЦНИИмаш") DEVICE FOR MEASURING GAS DYNAMIC LOADS ON MODELS OF ELEMENTS OF A STARTING STRUCTURE IN A GAS DYNAMIC STAND WITH A MODEL ENGINE UNIT
CN112697365A (en) * 2020-12-03 2021-04-23 北京机电工程研究所 Thermal vibration testing device and testing method based on form and position equivalent backstepping control
CN115077759A (en) * 2022-06-15 2022-09-20 河南科技大学 Measuring equipment and measuring method for dynamic friction torque of large-size bearing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1545296A1 (en) * 1987-12-08 1990-02-23 Предприятие П/Я М-5381 Stand for checking (gas)hydrodynamic bearing of electric motor
RU2265820C1 (en) * 2004-03-29 2005-12-10 Московский авиационный институт (государственный технический университет) Method of determining rate of fitting rotor in gas dynamic slide bearing
RU2280243C1 (en) * 2005-01-24 2006-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Bench for testing bearings
RU77430U1 (en) * 2008-05-04 2008-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" AUTOMATED UNIVERSAL STAND FOR TESTS OF PETAL GAS-DYNAMIC SUPPORTS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1545296A1 (en) * 1987-12-08 1990-02-23 Предприятие П/Я М-5381 Stand for checking (gas)hydrodynamic bearing of electric motor
RU2265820C1 (en) * 2004-03-29 2005-12-10 Московский авиационный институт (государственный технический университет) Method of determining rate of fitting rotor in gas dynamic slide bearing
RU2280243C1 (en) * 2005-01-24 2006-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Bench for testing bearings
RU77430U1 (en) * 2008-05-04 2008-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" AUTOMATED UNIVERSAL STAND FOR TESTS OF PETAL GAS-DYNAMIC SUPPORTS

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108801636A (en) * 2018-06-01 2018-11-13 燕山大学 A kind of axial loading device of bearing performance test experiments platform
CN108801636B (en) * 2018-06-01 2019-11-01 燕山大学 A kind of axial loading device of bearing performance test experiments platform
CN109357870A (en) * 2018-11-30 2019-02-19 北京精密机电控制设备研究所 A kind of radial direction air-bearing performance test machine
CN109357870B (en) * 2018-11-30 2021-01-05 北京精密机电控制设备研究所 Radial air bearing performance test machine
RU198463U1 (en) * 2020-03-11 2020-07-13 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (АО "ЦНИИмаш") DEVICE FOR MEASURING GAS DYNAMIC LOADS ON MODELS OF ELEMENTS OF A STARTING STRUCTURE IN A GAS DYNAMIC STAND WITH A MODEL ENGINE UNIT
CN112697365A (en) * 2020-12-03 2021-04-23 北京机电工程研究所 Thermal vibration testing device and testing method based on form and position equivalent backstepping control
CN112697365B (en) * 2020-12-03 2022-05-31 北京机电工程研究所 Thermal vibration testing device and testing method based on form and position equivalent backstepping control
CN115077759A (en) * 2022-06-15 2022-09-20 河南科技大学 Measuring equipment and measuring method for dynamic friction torque of large-size bearing
CN115077759B (en) * 2022-06-15 2024-06-04 河南科技大学 Measuring equipment and measuring method for dynamic friction moment of large-size bearing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2587758C1 (en) Test bench for cyclic tests of gas-dynamic bearings
US5837882A (en) Stationary element rolling contact fatigue tester
CN103528824B (en) Based on the inner-outer birotor fault simulation experiment table of elastic foundation
US20080168823A1 (en) Roller fatigue test apparatus
CN110389024B (en) High-low cycle composite fatigue test device and method for turbine engine rotor joggle structure
CN104165768A (en) Bearing integrated dynamic performance test device and method
RU200035U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants
CN105716851A (en) Rotating bending fatigue testing machine for valves
CN109556814A (en) A kind of high parameter turbomachinery flow-induced vibration test measurement device and method
JP2013253599A (en) Method and system for determining creep capability of turbine components prior to operation
CN108896310A (en) The bearing multi-stress test system of analog tilting moment
CN209878307U (en) High-low cycle composite fatigue test device for rotor joggle joint structure of turbine engine
RU2686121C1 (en) Friction machine (options)
KR101859625B1 (en) An apparatus for simulating abnormal operation of rotator system
CN111638048B (en) Simulation device for rubbing fault caused by thermal bending of multistage bladed disk rotor
CN107907216B (en) Brush seal dynamic temperature field measurement device
CN108444661A (en) A kind of canted coil spring fatigue test board
CN115950581B (en) Calibrating device and method for rotor shaft squirrel cage force measuring structure
CN109297706B (en) Device and method for testing influence of interface morphology on slip and friction characteristics of wet clutch
WO2020034338A1 (en) Bearing dynamic characteristics testing machine
CN113358386B (en) Variable temperature field loading and detecting system for rotary machinery
Egorov et al. Experimental identification of bearing mechanical losses with the use of additional inertia
RU2766270C1 (en) Device for testing bearing materials for friction and wear
CN109724799A (en) Bearing rotation precision measuring device
WO2018100641A1 (en) Dynamic balance testing machine

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804