RU2648679C2 - Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области - Google Patents

Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области Download PDF

Info

Publication number
RU2648679C2
RU2648679C2 RU2016105402A RU2016105402A RU2648679C2 RU 2648679 C2 RU2648679 C2 RU 2648679C2 RU 2016105402 A RU2016105402 A RU 2016105402A RU 2016105402 A RU2016105402 A RU 2016105402A RU 2648679 C2 RU2648679 C2 RU 2648679C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
critical
pendulum
speeds
shaft
Prior art date
Application number
RU2016105402A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016105402A (ru
Inventor
Анатолий Иванович Артюнин
Сергей Викторович Елисеев
Олег Юрьевич Суменков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority to RU2016105402A priority Critical patent/RU2648679C2/ru
Publication of RU2016105402A publication Critical patent/RU2016105402A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2648679C2 publication Critical patent/RU2648679C2/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/16Centering rotors within the stator; Balancing rotors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/486Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для измерения критических скоростей роторов машин, работающих в зарезонансных областях скоростей вращения. Техническим результатом является повышение экономичности способа измерения и его упрощение. В способе измерения критических скоростей ротора в качестве индикатора возникающих процессов используют закрепляемый на валу машины вращающийся маятник. Движение маятника осуществляется на подшипнике качения, что обеспечивает достаточные возможности свободного движения. Оценка параметров критической скорости вращения вала ротора машины реализуется через наблюдение так называемого режима «захватывания», когда угловая скорость вращения маятника совпадает с угловой скоростью ротора, вращающегося с одной из критических скоростей. Режим захватывания может быть зафиксирован простыми измерительными средствами, например оптическим тахометром, с последующей обработкой информации на компьютере. 4 ил.

Description

1.1. Область техники, к которым относится изобретение
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к измерению критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области.
1.2. Уровень техники
Определение критических скоростей вращения роторов машин методом тензометрирования описано в работе Г.С. Маслова (Маслов Г.С. / Расчеты колебаний валов. - М.: Машиностроение. 1980. - С. 129-131). Для этого на противоположных сторонах вала ротора симметрично наклеивают два или четыре тензодатчика (тензометра). Электрическое соединение тензометров с измерительной аппаратурой осуществляется с помощью ртутного или щеточного токосъемника, который устанавливается на свободном торце вала. Измерительная аппаратура включает в себя усилитель и шлейфовый или катодный осциллограф. В период проведения эксперимента на экране осциллографа следует наблюдать за уровнем амплитуд колебаний и движением средней линии записи от ее начального положения при нерабочем состоянии системы. Тензометрирование позволяет определить постоянную и переменную составляющие деформации вала в месте наклейки тензометров. Если увеличение постоянной составляющей свидетельствует о степени приближения вала к критическим скоростям, то вторая характеризует уровень изгибных колебаний вала. Осциллографирование рекомендуется проводить при ступенчатом изменении частоты вращения (через 50-100 об/мин).
В случае обнаружения резонансного режима для определения критических скоростей осуществляют медленное увеличение или уменьшение числа оборотов в минуту.
Подобный метод использован на лабораторной установке для демонстрации прецессионных движений, описанной в книге Г.С. Скубачевского (Скубачевский Г.С. / Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение. 1969. - с. 542). Лабораторная установка состояла из вала, расположенного на двух опорах с диском между ними, электродвигателя постоянного тока с регулируемым числом оборотов и дополнительными устройствами для вызывания прецессии: прямой или обратной. На валу наклеены четыре тензометра, ток от которых, характеризующий изменение напряжений во вращающемся валу, воспринимается с помощью токосъемника и через усилитель подается на шлейфовый осциллограф. На установке можно демонстрировать прецессионное движение вала и получать экспериментальные кривые изменения частот собственных изгибных колебаний вращающегося вала с одним диском по угловой скорости, в том числе определять критические скорости.
Другой способ определения критических скоростей вала с дисками приведен в описании патента RU 2024953 Учебная установка для демонстрации способов определения критических оборотов ротора, авторы: Г.П. Белов, Ю.А. Дмитриев, Е.В. Ерохина, И.Н. Куприянов. Предлагаемая лабораторная установка содержит вал на двух опорах, два диска, один из которых установлен между опорами, а второй - в консольной части вала, систему измерения прогиба вала и числа оборотов вала, состоящую из индуктивного датчика, датчика тахометра, пьезощупа, шлейфового осциллографа и электроннолучевого осциллографа. Для вращения вала используется электродвигатель постоянного тока. При подаче питания на электродвигатель, величина оборотов которого плавно изменяется с помощью реостата, начинает вращаться вал. Датчик тахометра замеряет текущие обороты вращения вала и передает электрический сигнал на шлейфовый осциллограф. Индуктивный датчик замеряет величину прогиба вала. Сигнал с индуктивного датчика также поступает на шлейфовый осциллограф. В результате на осциллограмме одновременно записываются величина прогиба вала и метки числа оборотов в минуту. Максимальные амплитуды будут соответствовать критическим скоростям вращения вала с дисками.
Кроме того, установка позволяет демонстрировать способ определения критических оборотов ротора по статическому прогибу вала и способ определения критических оборотов ротора по частоте собственных поперечных колебаний, которые находятся из осциллограмм колебаний вала при их возбуждении ударом.
Такие же способы экспериментального определения критических скоростей предлагаются на лабораторной установке, описанной в учебном пособии: Москаленко Л.В., Папушин М.В., Умушкин Б.П., Чичков Б.А. / Пособие по выполнению экспериментальных лабораторных работ по дисциплине «Конструкция и прочность авиационных двигателей». - М.: Изд-во Моск. гос. техн. ун-та гражд. авиации, 2004. - С. 25-32. Лабораторная работа №4 «Экспериментальное определение критических режимов вращения ротора».
За аналог авторами выбран способ, описанный в международном стандарте ИСО 13373-1 «Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния машин. Часть 1. Общие методы». В этом документе на стр. 4 приведены типичные системы контроля вибрации роторных систем в реальном масштабе времени в стационарном и переносном вариантах. В том и другом случаях система представляет собой механизм привода (ротор), датчик перемещений вала, датчик фазы, датчик на опоре вала, устройство для формирования сигнала (сборщик данных), компьютер, принтер. Датчик на опоре является датчиком инерционного типа, выходной сигнал от которого характеризует абсолютную вибрацию опоры (корпуса). Датчик перемещений вала является устройством бесконтактного типа, который непосредственно измеряет перемещения и определяет положение вращающегося вала относительно опоры (корпуса). На стр. 29 в разделе 7.3.3 «Вибрация в процессе разгона (выбега)» формулируется положение о том, что под вибрацией в процессе разгона (выбега) здесь понимаются данные, снимаемые с датчиков и регистрируемые на компьютере в режимах пуска (останов). Эти данные позволяют определить отклик на дисбаланс, наличие резонансов машины, включая критические скорости роторов, демпфирования и др.
Данные измерения вибрации в процессе разгона (выбега) представляются в виде диаграмм Боде, Найквиста, Кембелла, из которых исходят критические скорости вращения ротора в соответствии с ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009. «Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния машин. Часть 2. Обработка, анализ и представление результатов измерения вибрации».
В отличие от аналога, предлагаемый способ имеет более простую измерительную систему, состоящую из валика с маятником и оптического тахометра, показания которого в случае необходимости можно вывести на компьютер с принтером, и основывается на другом принципе, а именно на эффекте «застревания» маятника на критических скоростях ротора.
1.3. Раскрытие изобретения
В основе изобретения о способе определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области, лежит эффект «застревания» маятников [1], [2], [3]. Этот эффект был обнаружен при экспериментальном исследовании возможности автоматической балансировки роторов с помощью маятников, устанавленных на валу ротора с возможностью свободного вращения. Эксперимент показал, что при изменении моментов инерции массы маятников путем навешивания на него дополнительных грузиков с целью компенсации дисбаланса ротора обнаруживается такой режим движения, когда ротор вращается с заданной угловой скоростью, а маятник не может разогнаться до этой скорости и начинает вращаться с угловыми скоростями, совпадающими с критическими скоростями ротора. Поэтому это явление было названо эффектом «застревания» маятников. В работе [2] приведены результаты экспериментальных исследований разгона и стационарного движения ротора с маятниками, где изменялись моменты инерции массы маятников при постоянном моменте трения в их опорах и фиксировались те значения моментов инерции массы маятников, при которых наблюдалось совпадения угловой скорости маятников с критическими скоростями ротора. При компьютерном моделировании движения ротора с маятниками [1], [2], [3] изменялись моменты сопротивления в опорах маятников при постоянном моменте инерции массы маятников и также фиксировались те значения моментов сопротивления, при которых угловая скорость маятника совпадала с критическими скоростями ротора.
Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что при определенных значениях момента инерции массы и момента сопротивления в опорах маятника, установленного на валу ротора с возможностью свободного вращения имеет место такой режим движения, при котором ротор вращается с заданной угловой скоростью, а угловая скорость мятников совпадает с одной из критических скоростей ротора.
Суть изобретения о способе определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области заключается в том, что в свободный торец вала ротора ввинчивается валик, на котором с помощью подшипника качения устанавливается с возможностью свободного вращения маятник с изменяемым моментом инерции его массы, и при вращении ротора с рабочей скоростью маятника в зависимости от момента инерции его массы и момента сопротивления в его опоре будет вращаться с угловой скоростью, равной одной из критических скоростей ротора.
Техническим результатом данного изобретения является результат измерения критических скоростей ротора Предлагаемый способ определения критических скоростей ротора не только расширяет арсенал способов их измерения, но и является более простым и экономичным по сравнению с аналогом.
1.4. Краткое описание чертежей
Схемы установки маятника на различных роторах и измерение угловой скорости маятника приведены на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3.
На Фиг. 1 изображен ротор 1 с жестким валом 2, установленным на упругих опорах 3. В свободном торце вала 2 ротора 1 изготавливается отверстие с резьбой, куда ввинчивается валик 4, на котором устанавливается маятник 5. Измерение угловой скорости вращения вала ротора и угловой скорости маятника осуществляется оптическим тахометром 6.
На Фиг. 2 изображен ротор 1 с гибким валом 2 установленный в жестких опорах 3. В торце вала 2 ротора 1 ввинчивается валик 4, на котором закреплен маятник 5. Цифрой 6 на Фиг. 2 обозначается позиция оптического тахометра.
На Фиг. 3 изображен ротор 1 с жестким валом 2, установленный с помощью жестких опор 3 в корпусе 7 на упругих опорах 8. В торце вал 2 ротора 1 ввинчивается валик 4 с маятником 5. Измерения угловой скорости вала и маятника осуществляется оптическим тахометром 6.
На Фиг. 4 изображена конструкция маятника, установленного на валике 4 и состоящего из шарикоподшипника 9, металлического кольца 10, шпильки 11, приваренной к кольцу и имеющей резьбу для установки грузиков 12.
1.5. Осуществление изобретения
После установки валика с маятником в торце вала ротора включается электродвигатель, начинает вращаться ротор и начинает за счет трения в подшипнике вращаться маятник на валике. Здесь могут быть следующие случаи.
1. Маятник начинает вращаться с угловой скоростью ротора. Тогда необходимо увеличивать момент инерции маятника путем навешивания на шпильку маятника грузиков. После каждого навешивания с помощью оптического тахометра измеряется угловая скорость (частота) вращения маятника. Навешивание грузиков необходимо продолжать до тех пор, пока угловая скорость (частота) вращения маятника первый раз будет отличаться от угловой скорости (частоты) вращения ротора. Это значение угловой скорости вращения маятника будет являться значением верхней в измеренном диапазоне критической скоростью ротора или резонансной частотой конструкции в случае ротора, установленного в корпусе на упругих опорах (Фиг. 3). После этого необходимо продолжить изменение момента инерции маятника путем навешивания грузиков для нахождения более низких критических скоростей ротора (резонансных частот конструкции ротора, установленного в корпусе).
2. Маятник начинает вращаться с угловой скоростью, отличной от угловой скорости ротора. Тогда можно сделать вывод о том, что это значение угловой скорости и есть значение одной из критических скоростей ротора. Для нахождения других критических скоростей ротора или резонансных частот конструкции в случае ротора, установленного в корпусе на упругих опорах (Фиг. 3), необходимо изменять момент инерции маятника как в сторону его уменьшения, так и в сторону увеличения путем навешивания или снятия грузиков.
3. Маятник не вращается, а колеблется около своего нижнего положения равновесия. Тогда необходимо уменьшить его момент инерции или путем снятия грузиков, или заменой шпильки маятника. Постепенное уменьшение момента инерции маятника приведет к тому, что маятник начнет вращаться с угловой скоростью, значение которой соответствует низшей в измеряемом диапазоне критической скорости ротора или резонансной частоте конструкции в случае ротора, установленного в корпусе на упругих опорах (Фиг. 3).
В отдельных случаях, чтобы преодолеть момент сопротивления в опоре маятника, его необходимо подтолкнуть, и он начнет вращаться с угловой скоростью, равной критической скорости ротора.
Список литературы
1. Артюнин А.И. Исследования движения ротора с автобалансиром. // Известия вузов. Машиностроение. - 1993. - №1. - С. 15-19.
2. Артюнин А.И, Алхунсаев Г.Г. Об особом режиме движения жесткого ротора с упругими опорами и маятниковым автобалансиром. // МГТУ им. Н.Э. Баумана. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2005. - №10. - С. 8-14.
3. Елисеев С.В., Артюнин А.И. Механико-математическое моделирование эффекта застревания маятников на вращающемся роторе // Вестник Белорусского гос. ун-та транспорта БелГУТа: Наука и транспорт. - Гомель, Республика Беларусь, 2016. - №2 (33). - С. 172-175. с. 4.

Claims (1)

  1. Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области, заключающийся в том, что в свободный торец вала ротора ввинчивается валик, на котором с помощью подшипника качения устанавливается с возможностью свободного вращения маятник с изменяемым моментом инерции его массы, и при вращении вала ротора с рабочей угловой скоростью маятник в зависимости от его моментов инерции массы при постоянном моменте трения в его опоре начинает вращаться с угловыми скоростями и эти угловые скорости, которые измеряются оптическим тахометром, равны критическим скоростям ротора, отличающийся тем, что критические скорости определяют по наступлению события, при котором угловая скорость маятника отличается от угловой скорости ротора и является одной из критических скоростей ротора, а затем, изменяя момент инерции массы маятника как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения путем навешивания или снятия грузиков со шпильки маятника, определяют другие критические скорости ротора.
RU2016105402A 2016-02-17 2016-02-17 Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области RU2648679C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105402A RU2648679C2 (ru) 2016-02-17 2016-02-17 Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105402A RU2648679C2 (ru) 2016-02-17 2016-02-17 Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016105402A RU2016105402A (ru) 2017-08-22
RU2648679C2 true RU2648679C2 (ru) 2018-03-28

Family

ID=59744656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016105402A RU2648679C2 (ru) 2016-02-17 2016-02-17 Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2648679C2 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3111850A (en) * 1959-06-23 1963-11-26 Honeywell Regulator Co Acceleration sensing means
US3408873A (en) * 1965-03-29 1968-11-05 Navy Usa Pulsed integrating pendulum accelerometer
SU641343A1 (ru) * 1976-11-15 1979-01-05 Предприятие П/Я В-8337 Измеритель угловой скорости
RU2024953C1 (ru) * 1991-05-16 1994-12-15 Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола Учебная установка для демонстрации способов определения критических оборотов ротора
RU2115128C1 (ru) * 1995-12-05 1998-07-10 Производственное объединение "Корпус" Стенд для контроля измерителей угловых скоростей
RU2334197C1 (ru) * 2007-01-16 2008-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "АЙСЕНС" Способ измерения угловой скорости и вибрационный гироскоп для его осуществления

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3111850A (en) * 1959-06-23 1963-11-26 Honeywell Regulator Co Acceleration sensing means
US3408873A (en) * 1965-03-29 1968-11-05 Navy Usa Pulsed integrating pendulum accelerometer
SU641343A1 (ru) * 1976-11-15 1979-01-05 Предприятие П/Я В-8337 Измеритель угловой скорости
RU2024953C1 (ru) * 1991-05-16 1994-12-15 Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола Учебная установка для демонстрации способов определения критических оборотов ротора
RU2115128C1 (ru) * 1995-12-05 1998-07-10 Производственное объединение "Корпус" Стенд для контроля измерителей угловых скоростей
RU2334197C1 (ru) * 2007-01-16 2008-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "АЙСЕНС" Способ измерения угловой скорости и вибрационный гироскоп для его осуществления

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРТЮНИН А.И. Эффект "застревания" и особенности движения ротора с маятниковыми автобалансирами". Электронный научно-технический журнал НАУКА и ОБОЗРЕНИЕ, 08.08.2013, с.443-452. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016105402A (ru) 2017-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8272265B2 (en) System and method for active detection of asymmetry in rotating structures
EP1568848B1 (en) A method and machine for rotor unbalance determination
US10823632B2 (en) Method for measuring the unbalance of flexible rotors by means of position-measuring sensors
US6789422B1 (en) Method and system for balancing a rotating machinery operating at resonance
CN103115726B (zh) 一种基于应变的旋转零部件动平衡方法
Pedotti et al. Fault diagnostics in rotary machines through spectral vibration analysis using low-cost MEMS devices
US8171789B2 (en) Dynamic balancing apparatus and method using simple harmonic angular motion
JP2016170051A (ja) 捩り試験装置および捩り測定方法
Vance et al. Critical speeds of turbomachinery: computer predictions vs. experimental measurements—part II: effect of tilt-pad bearings and foundation dynamics
RU2648679C2 (ru) Способ определения критических скоростей ротора, работающего в зарезонансной области
RU2427801C2 (ru) Способ прогнозирования переменной составляющей выходного сигнала электромеханического датчика угловой скорости (дус) на этапе изготовления его гиромотора по характеристикам угловых вибраций, возбуждаемых гиромотором, и установка для реализации способа
Pedotti et al. Instrument based on MEMS accelerometer for vibration and unbalance analysis in rotating machines
KR20000004912A (ko) 스핀들 모터용 능동 전자기 댐핑 시스템
US6560553B1 (en) Method of estimating an eccentric position of an acceleration sensor and acceleration generating apparatus with an eccentricity adjuster
Tao A Practical One Shot Method to Balance Single-Plane Rotor
JP2023517360A (ja) 圧電トルクセンサを調整するための方法
Ibraheem et al. Experimental Investigation for Single Plan Balancing Impellers between Bearings Using Frequency Response Function
Konopiński et al. Two planes balancing method of UAV motors using a single three-axis MEMS accelerometer
Lyle Bagley Vibration analysis: methods and applications
Šimek et al. Dynamic properties of aerostatic journal bearings
CN108132065A (zh) 一种高维强参数激励非线性陀螺系统实验测量装置
Raghunathan et al. Measurement techniques and instruments for measurement of dynamic characteristics of gear pump
UA148263U (uk) Установка для дослідження коливань гнучкого ротора при проходженні через резонанс
RU2024953C1 (ru) Учебная установка для демонстрации способов определения критических оборотов ротора
RU2647513C2 (ru) Способ определения собственных частот колебаний механической системы с помощью вращающегося маятника

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190218