СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОСАДКИ РОТОРА В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОМ ПОДШИПНИКЕ СКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для определения скорости вращения ротора в газодинамическом подшипнике скольжения, например лепестковом, при которой прекращается режим газодинамического трения во время действия на подшипник внешней нагрузки (скорость посадки).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения скорости посадки ротора (скорости ротора при переходе из режима газодинамического трения в режим сухого трения) при его свободном торможении (а.с. 1589101, 1990), заключающийся в том, что производят разгон ротора в лепестковом газодинамическом подшипнике, выключают привод двигателя и осуществляют свободное торможение ротора, измеряют скорость вращения ротора и момент трения ротора в подшипнике. За скорость посадки ротора принимают скорость его вращения при минимальном значении момента трения ротора в подшипнике.

Недостатком прототипа является то, что не удается определять скорость посадки ротора при нагрузке на подшипник, значительно превышающей вес ротора. При такой величине нагрузки на подшипник большая мощность трения на этапе режима сухого трения приводит к перегреву, быстрому разрушению антифрикционного покрытия подшипника и его повреждению.

Целью изобретения является определение неразрушающей подшипник скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике скольжения при нагрузках, на порядок и более превышающих вес ротора.

Цель достигается тем, что в способе определения скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике, заключающемся в том, что производят разгон ротора, прикладывают к подшипнику со стороны ротора нагрузку, выключают привод двигателя и осуществляют свободное торможение ротора, измеряют скорость вращения ротора и момент трения ротора в подшипнике, после начала нарастания момента трения нагрузку уменьшают и продолжают измерения до начала следующего нарастания момента трения, при этом скорость вращения ротора, при которой начинается нарастание момента трения, принимают за скорость посадки ротора для данной нагрузки.

На фиг.1 представлена схема установки для определения скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике скольжения.

Установка состоит из ротора 1, поддерживающих ротор подшипников 2, корпуса 3, испытуемого подшипника 4, турбины 5, балки 6, нагрузочного устройства 7, компьютера 8, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, датчика момента 10, усилителя 11, датчика скорости 12, усилителя 13, усилителя 14, осевых подшипников 15 и 16.

На фиг.2 представлена зависимость момента трения вала в подшипнике от времени при свободном торможении ротора при различных нагрузках.

Установка для определения скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике скольжения (фиг.1) устроена следующим образом.

Ротор 1 установки опирается на радиальные подшипники 2 и осевые подшипники 15 и 16. Подшипники 2, 15, 16 установлены в корпусе 3. Испытуемый газодинамический подшипник скольжения 4, в котором определяется скорость посадки ротора, расположен в центральной части ротора между подшипниками 2. Как вариант возможно расположение подшипника 4 на консольной части ротора.

Ротор 1 приводится во вращение турбиной 5 или любым другим возможным способом. Испытуемый подшипник 4 соединяется с нагрузочным устройством 7 при помощи балки 6. Нагрузочное устройство представляет собой электромагнит со стальным сердечником, создающим на балку осевое усилие, пропорциональное подаваемому на катушку электромагнита току, или любое другое устройство, например пневмопоршень. Нагрузочное устройство 7 соединено через усилитель 14 и АЦП 9 с компьютером 8.

На балке 6 установлен датчик момента 10, реагирующий на изгибные напряжения в балке 6. В качестве датчика момента используется тензорезистор или любой другой подходящий датчик. Датчик момента 10 соединен с компьютером 8 через усилитель сигнала датчика момента 11 и АЦП 9.

Датчик скорости ротора 12 соединен с компьютером 8 через усилитель сигнала датчика скорости ротора 13 и АЦП 9. Датчик скорости 12 - индуктивного или любого другого возможного типа.

В процессе определения скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике 4 измерение момента трения ротора в подшипнике, скорости ротора и управление силой, действующей на подшипник, осуществляется под управлением специальной компьютерной программы.

Определение скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике скольжения происходит следующим образом.

С помощью подаваемого на турбину 5 воздуха ротор 1 разгоняется до некоторой скорости, равной рабочей скорости подшипника или превышающей ее.

После разгона ротора сигнал, поступающий из компьютера 8, через АЦП 9 и усилитель 14 поступает на нагрузочное устройство 7 и задает на нагрузочном устройстве 7 силу F, действующую через балку 6 на подшипник 4 (точка А на фиг.2).

Затем подачу воздуха на турбину 5 прекращают и осуществляется свободное торможение ротора при действии нагрузки F.

Во время торможения ротора через небольшие постоянные промежутки времени Δτ (порядка 0,1 секунды) компьютером 8 через датчик скорости 12, усилитель 13 и АЦП 9 измеряются и записываются скорости ротора (ω)₀, (ω)_Δτ, (ω)_2Δτ,..., а через датчик момента 10, усилитель 11 и АЦП 9 измеряются и записываются соответствующие моменты трения (М_ТР)₀, (М_ТР)_Δτ, (М_ТР)_2Δτ,... ротора 1 в подшипнике 4. После записи очередного момента трения (М_ТР)_τ+Δτ производится сравнение измеренного момента трения с предыдущим для проверки наличия режима газодинамической смазки:

При достижении некоторой скорости ротора и соответствующего момента трения (М_ТР)_F (точка В) толщина смазочного слоя уменьшается настолько, что начинается сухое трение между вершинами микронеровностей поверхностей вала и подшипника. Поскольку момент сухого трения при одинаковой нагрузке превышает момент газодинамического трения, суммарный момент сухого и газодинамического трения начинает возрастать, т.е. нарушается условие (1). При фиксации нарушения условия (1) компьютером 8 фиксируется скорость (ω)_F=(ω)_τ как скорость посадки ротора в подшипнике 4 при нагрузке F, а через АЦП 9 и усилитель 14 на нагрузочном устройстве 7 задается сила F-ΔF, действующая через балку 6 на подшипник 4 (отрезок ВС, фиг.2). Если нагрузку на подшипник не уменьшать, торможение ротора до полной остановки (отрезок BI) произойдет при большом моменте сухого трения, что приведет к повреждению подшипника.

Поскольку скорость посадки при нагрузке F-ΔF меньше, чем при нагрузке F, торможение ротора от точки С (фиг.2) при нагрузке F-ΔF происходит при работе подшипника в режиме газодинамического трения.

Определение скорости посадки ротора (ω)_F-ΔF в подшипнике 4 при нагрузке F-ΔF производится также как при нагрузке F. При нарушении условия (1) (точка D) действующая на подшипник нагрузка уменьшается до значения F-2ΔF (отрезок DE, фиг.2).

Далее процесс определения скорости посадки ротора в подшипнике 4 повторяют при серии нагрузок F-iΔF, где i изменяется от 2 до F/ΔF, описанным выше способом.

После определения скорости посадки при нулевой нагрузке (точка G) торможение ротора в подшипнике 4 вплоть до полного останова (участок GJ) происходит в режиме сухого трения.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет проводить за одно испытание, неразрушающее подшипник, определение скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике скольжения при различных нагрузках, на порядок и более превышающих вес ротора. Это видно из фиг.2, где момент трения при торможении ротора до полного останова при нагрузке F (участок BI) существенно больше, чем момент трения при торможении ротора до полного останова при нулевой нагрузке (участок GJ). За счет ступенчатого снижения нагрузки до нуля длительное торможение в режиме сухого трения происходит только при нулевой нагрузке, что приводит к значительно меньшему износу по сравнению с торможением в режиме сухого трения при нагрузке F и позволяет избежать повреждения подшипника.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: производят разгон ротора. Прикладывают к подшипнику со стороны ротора нагрузку. Выключают привод двигателя и осуществляют свободное торможение ротора. Измеряют скорость вращения ротора и момент трения ротора в подшипнике. После начала нарастания момента трения нагрузку уменьшают и продолжают измерения до начала следующего нарастания момента трения, при этом скорость вращения ротора, при которой начинается нарастание момента трения, принимают за скорость посадки ротора для данной нагрузки. Технический результат: возможность проведения неразрушающих подшипник испытаний при нагрузках, превышающих вес ротора. 2 ил.

Способ определения скорости посадки ротора в газодинамическом подшипнике скольжения, заключающийся в том, что производят разгон ротора, прикладывают к подшипнику со стороны ротора нагрузку, выключают привод двигателя и осуществляют свободное торможение ротора, измеряют скорость вращения ротора и момент трения ротора в подшипнике, отличающийся тем, что после начала нарастания момента трения нагрузку уменьшают и продолжают измерения до начала следующего нарастания момента трения, при этом скорость вращения ротора, при которой начинается нарастание момента трения, принимают за скорость посадки ротора для данной нагрузки.