RU2757974C2 - Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов - Google Patents
Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757974C2 RU2757974C2 RU2019123915A RU2019123915A RU2757974C2 RU 2757974 C2 RU2757974 C2 RU 2757974C2 RU 2019123915 A RU2019123915 A RU 2019123915A RU 2019123915 A RU2019123915 A RU 2019123915A RU 2757974 C2 RU2757974 C2 RU 2757974C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibration
- disk
- rotor
- windows
- load
- Prior art date
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
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
- G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
- G01M7/025—Measuring arrangements
Abstract
Изобретение относится к испытательной технике. Предлагается установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов, включающая станину, электродвигатель, опорные узлы, в которых установлен испытуемый вал с нагрузочным диском радиальной вибрации, датчики измерения вибрации, аналого-цифровой преобразователь с выводом информации на ЭВМ, отличающаяся тем, что в установку дополнительно введены приводной ротор с диском, в котором выполнены окна, сильфонная муфта, установленная на валу приводного ротора, взаимодействующая с приводным электродвигателем, сопловые аппараты, установленные на статоре приводного ротора и связанные с внешним источником сжатого воздуха, внешний источник сжатого воздуха выполнен с возможностью создания бегущей волны, воздействующей на лопатки нагрузочного диска испытуемого вала через сопловые аппараты и вращающиеся окна приводного ротора, испытуемый вал выполнен с возможностью вращения и нагружения его продольной и крутильной вибрационной нагрузкой, параметры которой определяются углом сдвига окон диска, где m - число окон в диске; n - порядковый номер окна, а число сопловых аппаратов равно числу окон, скоростью вращения приводного ротора, параметрами струи сжатого воздуха и геометрическими характеристиками лопаток нагрузочного диска испытуемого вала, сигналы от датчиков осевой, крутильной и радиальной вибрации ротора поступают в аналого-цифровой преобразователь, связанный с ЭВМ, с помощью которой анализируют взаимное влияние вибраций различных типов с выводом результатов анализа на печать. Технический результат - создание возможности возбуждения и измерения радиальной, продольной и крутильной вибраций ротора в различных сочетаниях, а также определения взаимного влияния вибраций различных типов. 1 ил.
Description
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам и средствам вибрационных испытаний, и может быть использовано для вибрационных испытаний быстровращающихся изделий, например роторов.
Известен стенд для вибрационной диагностики роторных систем, содержащий возбудитель механических колебаний и приемник колебаний, установленные на общее основание и соединенные между собой, и измерительную систему, состоящую из датчиков измерения вибрации, установленных на опорах подшипников качения и фотоэлектрического датчика, измеряющего число оборотов роторной системы, а также содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЭВМ на базе персонального компьютера, содержащего программные блоки обработки сигналов, отличающийся тем, что приемник колебаний выполнен в виде вала с двумя дисками, один из датчиков измерения вибрации виброизмерительного комплекса соединен через фильтр с двухканальным анализатором сигналов и измерительным магнитофоном, соединенным через аналого-цифровой преобразователь с блоком управления ЭВМ, а второй датчик измерения вибрации соединен двухканальным анализатором сигналов, виброметром, фазометром и магнитофоном, также соединенным через АЦП с блоком управления ЭВМ, а фотоэлектрический датчик через частотомер и фазометр связан с АЦП и ЭВМ [Патент РФ №2340882 МПК G01M 13/00. Стенд для вибрационной диагностики роторных систем. Захезин Альберт Михайлович, Малышева Татьяна Васильевна. Опубл. 10.12.2008 г.].
Недостатками указанной конструкции является отсутствие средств возбуждения и измерения продольной и крутильной вибрации ротора в различных сочетаниях, в том числе и с радиальной вибрацией ротора, а также возможности изучения взаимного влияния вибрации различных типов (радиальной, продольной и крутильной) на персональном компьютере с использованием специальных программных средств.
Известна экспериментальная установка, состоящая из станины, электродвигателя и двух опорных узлов, в которых установлен исследуемый вал с нагрузочным диском, отличающаяся тем, что позволяет изменять жесткость вала путем изменения межопорного расстояния за счет перемещения одного из опорных узлов и установок вала другой длины, позволяет использовать компоновочную схему роторно-опорного узла с консольным расположением нагрузочного диска, позволяет использовать в качестве опорных узлов гидродинамические подшипники скольжения с масляной смазкой или подшипники качения различных типоразмеров, позволяет автоматизировано осуществлять сбор и обработку результатов измерения путем съема информации с первичных преобразователей через аналогово-цифровой преобразователь с выводом результатов на персональный компьютер [Патент на полезную модель №96685 МПК G09B. Экспериментальная установка «роторно-опорные узлы». Савин Леонид Алексеевич. Опубл. 10.08.2010 г.].
Недостатками экспериментальной установки является отсутствие средств возбуждения и измерения продольной и крутильной вибрации ротора в различных сочетаниях, а также возможности изучения взаимного влияния вибрации различных типов.
Подтверждением важности изучения взаимного влияния вибрации подтверждают, например, данные, приведенные в работе: [Ерофеев В.И. Изгибно-крутильные, продольно изгибные и продольно-крутильные волны в стержнях. - Вестник научно-технического развития №5(57). - Нижегородский филиал Института машиноведения РАН, Нижний Новгород, 2012 г., С. 3-17].
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является создание возможности возбуждения и измерения радиальной, продольной и крутильной вибрации ротора в различных сочетаниях, а также определения взаимного влияния вибрации различных типов.
Технический результат достигается тем, что установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов, состоящая из станины, электродвигателя, опорных узлов, в которых установлен испытуемый вал с нагрузочным диском радиальной вибрации, датчиков измерения вибрации, аналого-цифрового преобразователя с выводом информации на ЭВМ, отличается тем, что в установку дополнительно введены приводной ротор с диском, в котором выполнены окна, сильфонная муфта, установленная на валу приводного ротора, взаимодействующая с приводным электродвигателем, сопловые аппараты, установленные на статоре приводного ротора и связанные с внешним источником сжатого воздуха, внешний источник сжатого воздуха выполнен с возможностью создания бегущей волны, воздействующей на лопатки нагрузочного диска испытуемого вала через сопловые аппараты и вращающиеся окна приводного ротора, испытуемый вал выполнен с возможностью вращения и нагружения его продольной и крутильной вибрационной нагрузкой, параметры которой определяются углом сдвига окон диска где m - число окон в диске; n - порядковый номер окна, а число сопловых аппаратов равно числу окон, скоростью вращения приводного ротора, параметрами струи сжатого воздуха и геометрическими характеристиками лопаток нагрузочного диска испытуемого вала, сигналы от датчиков осевой, крутильной и радиальной вибрации ротора поступают в аналого-цифровой преобразователь, связанный с ЭВМ, с помощью которой анализируют взаимное влияние вибраций различных типов с выводом результатов анализа на печать.
На фиг. 1 показана принципиальная схема установки. Установка включает испытуемый ротор 1, опоры 2, диск 3 с турбинными лопатками 4 и резьбовыми отверстиями 5, ротор 6, опоры 7, сильфонную муфту 8, приводной двигатель 9 (электрический двигатель асинхронного типа), диск 10 с окнами 11, сопловые аппараты 12, а также датчики вибрации 13, 14 и 15, измеряющие радиальную, осевую и крутильную вибрации ротора, а также частоту вращения ротора.
Установка работает следующим образом. Ротор 6, установленный в опорах 7, приводится во вращение приводным электродвигателем 9 через сильфонную муфту 8. При этом через сопловые отверстия 12 от внешнего источника сжатого воздуха подается струя, возбуждающая бегущую волну на лопатках турбины 4 через вращающиеся окна 11 диска 10. При этом, если окна на диске выполнены с углом сдвига
где m - число окон в диске; n - порядковый номер окна, а число сопловых аппаратов равно числу окон. На турбинных лопатках 4 диска 3 ротора 1, вращающегося в опорах 2, возникает бегущая волна с частотой возбуждения f=(k±P) m, где k - число оборотов ротора 1; Ρ - число оборотов ротора 6.
Путем установки в резьбовые отверстия 5 диска 3 грузиков задают дисбаланс ротора 1, возбуждая тем самым радиальную вибрацию ротора 1. Путем изменения частоты вращения ротора 6, давления и пульсации сжатого воздуха, подаваемого через сопла 12, раскручивают ротор 1 до заданных оборотов. При этом за счет бегущей волны возбуждают крутильную вибрацию ротора 1, а за счет прерывистости подачи сжатого воздуха на турбинные лопатки 4 создают осевую вибрацию ротора 1.
Для измерения крутильной вибрации ротора можно использовать, в частности, дискретно-фазовый метод (ДФМ), предназначенный для определения деформаций динамически нагруженных лопаток вращающихся колес турбогенераторов посредством определения угловых положений торцов лопаток. Измерения колебаний производятся в трех местах (13, 14 и 15) с использованием токовихревых или индуктивных датчиков вибрации. Все элементы конструкции ротора при их вращении совершают угловые статические (в виде закрутки) и динамические (в виде колебаний) перемещения относительно оси ротора, а также линейные перемещения в направлениях вдоль оси и в радиальном направлении относительно оси ротора. Расстояния между датчиками назначают таким образом, чтобы при возникновении срывных или дисковых колебаний показания были близки к максимальным. Снимаемый с датчиков сигнал позволяет зафиксировать крутильные, радиальные и осевые перемещения ротора. Программной обработкой результатов измерений предусмотрена также возможность определения числа оборотов ротора с помощью датчика ДФМ, для чего при измерениях учитывается сигнал, поступающий только от одной лопатки. Частотный модулированный сигнал от ДФМ датчиков поступает в демодулятор ЧМ-сигналов, затем в блок, определяющий временную диаграмму и далее в блок записи и анализа поступающей деформации (персональный компьютер). Сигналы от других датчиков вибрации 14 и 15 также через виброизмерительный комплекс поступают к блоку записи и анализа информации (тип датчиков вибрации и состав виброизмерительного комплекса не являются предметом изобретения). Изменяя величину и (или) частоту возбуждающей нагрузки одной из вибраций фиксируют степень ее влияния на вибрации других направлений путем аналитического сопоставления показаний датчиков измерения вибрации и частоты вращения ротора на персональном компьютере с помощью специально разработанной программы для определения интенсивности взаимного влияния вибрации различных типов. Таким путем исследуют взаимное влияние вибраций, существенность которого показана, например, в теоретической работе Ерофеева В.И.: Изгибно-крутильные, продольно изгибные и продольно-крутильные волны в стержнях. - Вестник научно-технического развития №5(57). - Нижегородский филиал Института машиноведения РАН, Нижний Новгород, 2012 г., С. 3-17.
Использование предложенного технического решения, например, при доводке энергетических установок транспортных систем, дает возможность уменьшить интенсивность вибрационной нагрузки на агрегаты и системы энергетической установки, избежать возникновения дополнительных резонансов, расширения зон неустойчивой работы энергетической установки и т.п.и тем самым повысить ее качество, существенно увеличить ресурс, привести в соответствие санитарным нормам по уровню вибрации рабочее место человека-оператора (машиниста), тем самым существенно улучшить условия его работы и избежать аварийных ситуаций, причиной которых является человеческий фактор и др.
Промышленная применимость полезной модели подтверждается тем, что в настоящее время существуют десятки тысяч измерителей параметров радиальной, осевой и крутильной вибрации роторов (датчиков вибрации) различных принципов работы и конструктивного исполнения, аналогово-цифровых преобразователей с выводом результатов на персональный компьютер, а взаимное влияние вибрации, в частности, например, амплитудночастотных характеристик вибрации, фиксируют сопоставлением данных, полученных с помощью вышеуказанных датчиков вибрации на персональном компьютере с помощью специально разработанной программы. Никаких дополнительных средств при проверке промышленной применимости данного технического решения не требуется.
Новизна полезной модели заключается в возможности одновременного возбуждения и измерения вибраций различных типов, аналитическом сопоставлении параметров вибрации различных типов существующими средствами и выявлении взаимного влияния вибраций на вибрационную прочность и надежность машины.
Установка позволяет на стадии доводки роторной машины выявить причины возникновения нерасчетных резонансных явлений, возникающих из-за взаимного влияния вибраций различных типов, путем конструкторской доработки предотвратить возникновение резонансных режимов, возможным последствием которых является разрушение машины в целом и, тем самым, повысить вибрационную прочность и надежность работы машины. Эффективность от внедрения полезной модели не поддается численной оценке, так как по сути предотвращает возможность разрушения машины.
Claims (1)
- Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов, состоящая из станины, электродвигателя, опорных узлов, в которых установлен испытуемый вал с нагрузочным диском радиальной вибрации, датчиков измерения вибрации, аналого-цифрового преобразователя с выводом информации на ЭВМ, отличающаяся тем, что в установку дополнительно введены приводной ротор с диском, в котором выполнены окна, сильфонная муфта, установленная на валу приводного ротора, взаимодействующая с приводным электродвигателем, сопловые аппараты, установленные на статоре приводного ротора и связанные с внешним источником сжатого воздуха, внешний источник сжатого воздуха выполнен с возможностью создания бегущей волны, воздействующей на лопатки нагрузочного диска испытуемого вала через сопловые аппараты и вращающиеся окна приводного ротора, испытуемый вал выполнен с возможностью вращения и нагружения его продольной и крутильной вибрационной нагрузкой, параметры которой определяются углом сдвига окон диска где m - число окон в диске; n - порядковый номер окна, а число сопловых аппаратов равно числу окон, скоростью вращения приводного ротора, параметрами струи сжатого воздуха и геометрическими характеристиками лопаток нагрузочного диска испытуемого вала, сигналы от датчиков осевой, крутильной и радиальной вибраций ротора поступают в аналого-цифровой преобразователь, связанный с ЭВМ, с помощью которой анализируют взаимное влияние вибраций различных типов с выводом результатов анализа на печать.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123915A RU2757974C2 (ru) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123915A RU2757974C2 (ru) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019123915A3 RU2019123915A3 (ru) | 2021-01-26 |
RU2019123915A RU2019123915A (ru) | 2021-01-26 |
RU2757974C2 true RU2757974C2 (ru) | 2021-10-25 |
Family
ID=74212723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019123915A RU2757974C2 (ru) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757974C2 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU357490A1 (ru) * | Стенд для испытаний ротора турбомашины на вибрацию | |||
FR1057182A (fr) * | 1951-05-05 | 1954-03-05 | Canadian Patents Dev | Appareil pour induire des vibrations contrôlées dans un spécimen |
SU408185A1 (ru) * | 1971-08-24 | 1973-12-10 | Высокочастотный пневматический возбудитель колебаний деталей | |
SU988359A1 (ru) * | 1981-07-13 | 1983-01-15 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им.Акад.С.П.Королева | Возбудитель колебаний |
SU1762145A1 (ru) * | 1990-01-02 | 1992-09-15 | Опытное конструкторское бюро "Радуга" | Стенд дл испытаний шарикоподшипников |
DE4334799A1 (de) * | 1993-10-13 | 1995-04-20 | Mtu Muenchen Gmbh | Einrichtung zur Prüfung von Laufschaufeln |
RU96685U1 (ru) * | 2008-07-09 | 2010-08-10 | Леонид Алексеевич Савин | Экспериментальная установка "роторно-опорные узлы" |
RU2016105740A (ru) * | 2016-02-18 | 2017-08-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Способ вибрационных испытаний быстровращающихся роторов и стенд для его осуществления |
RU177846U1 (ru) * | 2017-05-03 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Экспериментальная установка "мехатронный подшипник качения" |
-
2019
- 2019-07-23 RU RU2019123915A patent/RU2757974C2/ru not_active Application Discontinuation
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU357490A1 (ru) * | Стенд для испытаний ротора турбомашины на вибрацию | |||
SU335565A1 (ru) * | В. П. Иванов, В. А. Письменов , В. С. Таранов | Высокочастотный пневматический возбудитель колебаний деталей | ||
FR1057182A (fr) * | 1951-05-05 | 1954-03-05 | Canadian Patents Dev | Appareil pour induire des vibrations contrôlées dans un spécimen |
SU408185A1 (ru) * | 1971-08-24 | 1973-12-10 | Высокочастотный пневматический возбудитель колебаний деталей | |
SU988359A1 (ru) * | 1981-07-13 | 1983-01-15 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им.Акад.С.П.Королева | Возбудитель колебаний |
SU1762145A1 (ru) * | 1990-01-02 | 1992-09-15 | Опытное конструкторское бюро "Радуга" | Стенд дл испытаний шарикоподшипников |
DE4334799A1 (de) * | 1993-10-13 | 1995-04-20 | Mtu Muenchen Gmbh | Einrichtung zur Prüfung von Laufschaufeln |
RU96685U1 (ru) * | 2008-07-09 | 2010-08-10 | Леонид Алексеевич Савин | Экспериментальная установка "роторно-опорные узлы" |
RU2016105740A (ru) * | 2016-02-18 | 2017-08-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Способ вибрационных испытаний быстровращающихся роторов и стенд для его осуществления |
RU177846U1 (ru) * | 2017-05-03 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Экспериментальная установка "мехатронный подшипник качения" |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
В. А. Антипов Стенд для исследования взаимовлияния вибраций и силовых факторов различного направления на вибрационные характеристики модельных роторов турбомашин //Вестник СамГУПС N 2 (32). 2016. * |
Семенов А.Д., Будаговский Д.А. Исследование взаимного влияния поперечных и крутильных колебаний ротора, вращающегося в упругих опорах. - Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки; Машиностроение и машиноведение. - 2017. - 4 (44). - С. 81 - 93. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019123915A3 (ru) | 2021-01-26 |
RU2019123915A (ru) | 2021-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Reddy et al. | Detection and monitoring of coupling misalignment in rotors using torque measurements | |
CN101639395B (zh) | 一种改进的高速主轴全息动平衡方法 | |
CN101487756B (zh) | 旋转机械振动分析中的谐分量转速平衡方法 | |
AU622018B2 (en) | Shaft crack detection method | |
JP2824523B2 (ja) | 振動部材の疲れ測定方法および装置 | |
US6789422B1 (en) | Method and system for balancing a rotating machinery operating at resonance | |
CN110118632A (zh) | 借助位移传感器测量轴弹性转子的不平衡度的方法 | |
CN104101464B (zh) | 一种基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法 | |
RU2757974C2 (ru) | Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов | |
Jagadeesha et al. | Investigation of Crack Detection Technique in a Rotating Shaft by Using Vibration Measurement | |
Gubran et al. | Comparison between long and short blade vibration using shaft instantaneous angular speed in rotating machine | |
Braut et al. | Rotor-stator partial rub detection based on Teager-Huang transform | |
Sunar et al. | Vibration measurement of rotating blades using a root embedded PZT sensor | |
Chen et al. | Torsional vibration feature extraction method from lateral vibrations based on decomposed forward and backward whirl motions | |
Braut et al. | Light rotor-stator partial rub characterization using instantaneous angular speed measurement | |
Cory | Overview of condition monitoring methods with emphasis on industrial fans | |
Ab Ghani et al. | Detection of Shaft Misalignment Using Machinery Fault Simulator (MFS) | |
Hassan et al. | Diagnosing the Effect of Misalignment on a Rotating System using Simulation and Experimental Study | |
Bastakoti | Analyzing and interpreting condition of the rotating machine system by processing measured vibration parameters | |
Benti et al. | Experimental Investigation on Dynamics of a Flexible Rotor | |
KR100310905B1 (ko) | 현장 불평형 응답 측정에 의한 시스템 동특성 매개 변수를 추출하는 방법 | |
Habetler et al. | BEARING FAULT DETECTION IN INDUCTION MOTORS USING VIBRATION ANALYSIS FOR CONDITION MONITORING | |
Novikov et al. | Method for automated diagnostics of the technical condition of a feed crusher | |
Braut et al. | Rotor-stator partial rub diagnosis using Hilbert Huang transform | |
Szolc et al. | Model Based Identification of the Measured Vibration Multi-fault Diagnostic Signals Generated by a Large Rotating Machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20210519 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20210722 |