Способ измерения осевого усилия,действующего на радиально-упорный подшипник ротора турбомашины,и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01L5/12 

ю

со

./

11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения величины осе- пого усилия, действующего на радиаль но упорный подшипник при работе тур- бомашины.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг,1 схематически изображена турбомашина, например, центробежный турбокомпрессор, с помощью которого реализуется способ определения величины осевого усилия, и устройство дл

его осуществления, продольньй разрез , - меренным на нескольких рабочих режи20

на фиг.2 - частичный увеличенньй вид чувствительного элемента; на фиг„3 - график зависимости давления Р(МПа) в разгрузочной полости при нулевом осевом усилии центробежного гурбо- компрессора в зависимости от мощности его рабочего режима N (кВт).

Центробежньй компрессор 1 содержит ротор 2, опирающийся на радиально- упорный под шипник 3, разгрузочную 25 полость А, к которой подключены переменный дроссель 5 и измеритель 6 дав- ления, датчик 7 осевого перемещения ротора 2, включающий индикатор 8 из™ менения давления, полость 9 и чувст витальный элемент 10, вьшолненньш в виде тонкостенной трубки с внутренним диаметром 11 и расходящимся коническим диффузором 12 с углом 13 раскрытия, установленный соосно оси 1А вращения ротора 2 и с осевым зазором 15 35 относительно торца 16 ротора 2. Мон таж чувствительного элемента 10 с ocesbiM зазором 15 относительно торца 16 ротора 2 осутцествляют при выбранном осевом люфте радиально-упорного 0 подшипника 3 в сторону-чувствительного элемента 10 путем перемещения ро тора 2,

Способ определения величины осевого усилия реализуется при работе з ст- 5 ройства для его осуществления следующим образом

При работе тзгрбокомпрессора на каждом или на нескольких рабочих режимах переменным дросселем 5 плавно 50 изменяют давление в разгрузочной гго- лостй А до величины5 при которой осе- вое усилие, действующее на радиально З орный подщипник 3, станет равным нулю. При этом произойдет изменение 55 направления осевого усилия на противоположное и осевое перемещение ротора 2 на величину осевого mvijra радимах турбокомпрессора, строят график давления в разгрузочной полости, соответствующего нулевому осевому усилию, в функции мощности рабочих режимов турбоко1 шрессора«

В процессе работы турбокомпрессора на заданном режиме, зная давление в разгрузочной полости на этом режиме и ее площадь и пользуясь полученным графиком (фиг.З), расчетным путем определяют величину осевого усилия. Например,, необходимо определить осевое усилиеj действующее на радиально-упорный подшипник на реж1-1ме работы ту1збокомпрессора кВт, при этом давление в разгрузочной полости 0,4 ffla„ На предва-рительно полученном графике (фиг.З) зависимости давления в разгрузочной полости соответству- (ощего нулевому осевому yci-шию, от рабочих режш-юв находят точку нулевого осевого усилия на режиме 0 А кВт- точку В и давление в разгрузочной полости,., соответствующее этой точке- точку Г., равное 0,3 №а. Из заданного давления ОрА МПа вычитают нов из кривой давлевше ОрЗ

Ша и, умножая полученну о разность на площадь разгрузочной полостт-, полз чают ocesoe усилие. действ: аощее i-ia радкально-зтор ный подп№т так.

Датчик 7 осевого перемещения ротора 2 работает по принципу сопло - заслонка на воздухе, отбираемом из проточной части турбокоьшрессора или от внешнего источника.

Связь измерителя давления с индикатором изменения давления может быть визуальной - оператор сношает показания гфкбороВг, вынесеннт к на общнг щит yitpa-RneHHHj или дистанционно- электрической

Чувствительный элемент датчика осевого перемещения ротора, установ-.

ально-упорного подп ипника 3 в сторону изменения направления осевого усилия. При указанном перемещении ротора 2 изменяется зазор 15, что приводит к изменению давления в полости 9 датчика 7, которое и регистрируется индикатором 8 изменения давления, а связанный с ним измеритель 6 давления показывает величину давления в разгрузочной полости Д, соответствующего нулевому осев-ому усилию, действующему на радиально-упорный подтип- ник 3 в этот момент. По данным, за0

5 5 0

мах турбокомпрессора, строят график давления в разгрузочной полости, соответствующего нулевому осевому усилию, в функции мощности рабочих режимов турбоко1 шрессора«

В процессе работы турбокомпрессора на заданном режиме, зная давление в разгрузочной полости на этом режиме и ее площадь и пользуясь полученным графиком (фиг.З), расчетным путем определяют величину осевого усилия. Например,, необходимо определить осевое усилиеj действующее на радиально-упорный подшипник на реж1-1ме работы ту1збокомпрессора кВт, при этом давление в разгрузочной полости 0,4 ffla„ На предва-рительно полученном графике (фиг.З) зависимости давления в разгрузочной полости соответству- (ощего нулевому осевому yci-шию, от рабочих режш-юв находят точку нулевого осевого усилия на режиме 0 А кВт- точку В и давление в разгрузочной полости,., соответствующее этой точке- точку Г., равное 0,3 №а. Из заданного давления ОрА МПа вычитают нов из кривой давлевше ОрЗ

Ша и, умножая полученну о разность на площадь разгрузочной полостт-, полз чают ocesoe усилие. действ: аощее i-ia радкально-зтор- ный подп№т так.

Датчик 7 осевого перемещения ротора 2 работает по принципу сопло - заслонка на воздухе, отбираемом из проточной части турбокоьшрессора или от внешнего источника.

Связь измерителя давления с индикатором изменения давления может быть визуальной - оператор сношает показания гфкбороВг, вынесеннт к на общнг щит yitpa-RneHHHj или дистанционно- электрической

Чувствительный элемент датчика осевого перемещения ротора, установ-.

10

20

ен соосио с осью вращения ротора для того, чтобы свести к минимуму влияние биений т.орца ротора и окр ткных скоростей вращения последнего.

Чувствительный элемент выполнен в виде тонкостенной трубки с толщиной стенки 0,1-0,2 мм ввиду того, что зазор 15 между неподвижным датчиком и вращающимся ротором значительно меньше минимальных зазоров между неподвижными и вращающимися частями турбо- машины. Поэтому могут быть случаи, когда ротор перемещается в сторону чувствительного элемента на величину,. превышающую осевой зазор между чувствительным элементом 10 и торцом 16. Такие случаи могут быть вызваны резким набором или сбросом мощности, когда неравномерно изменяется температура ротора и статора, помпажными явлениями в проточной части, приводящими к нерасчетным деформациям и колебаниям. В этих случаях тонкостенная трубка чувствительного элемента, ка - саясь о торец вращающегося ротора, немного срабатывается, не теряя при этом работоспособность и не вызьтая повреждений ротора.

Применение диффузора на конце трубки чувствительного элемента повышает чувствительность последнего. Угол раскрытия диффузора выбран из расчета максимального изменения пневатического сопротивления.

Чувствительный элемент с расходя- 35 щимся коническим диффузором на конце, угол раскрытия которого равен 25-35 , обеспечивает сигналы при небольшом осевом перемещении ротора, определяеом осевым люфтом подшипника. . 40

Осевой зазор между чувствительным элементом и торцом ротораs составлящий 0,7 - 0,8 величины осевого люфта адиально-упорного подшг-тника, принят из условия работы чувствительного элемента в расчетных режимах без касания о торец ротора, чтобы при перемещении ротора на величину осевого люфта радиально-упорного подшипника использовался весь диапазон измене- 50 ния сопротивления датчика.

Внутренний диаметр трубки выбран равным 4,5-5,5 величины осевого люф30

та из условия изменения пневматического сопротивления во всем диапазоне осевого перемещения ротора.

Формула изобретения

0

0

5 0

5 0

1. Способ измерения осевого усилия, действующего на радиально-упор- ный подшипник ротора турбомашины, содержащей разгрузочную полость для регулирования осевого усилия, заключающийся в измерении давле1шя в разгрузочной полости в рабочем режиме, по которому судят об осевом усилии, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности, вначале перед рабочим режимом измеряют давление в разгрузочной полости, соответствующее нулевому осевому усилию, действующему на радиально-упорный подшипник, в зависимости от заданного режима работы турбомашины, причем указанное давление в разгрузочной полости измеряют в момент осевого перемещения ротора, равного величине осевого люфта радиально-упорного подшипника, а осевую силу определяют как разность давления в разгрузочной полости на рабочем режиме и давлении при нулевом осевом усилии, умножен- ную на площадь разгрузочной полости.

2. Устройство для измерения осевого усилия, действующего на радиально- упорный подшипник ротора турбомашины, содержащее датчик осевого перемещения ротора с чувствительным элементом, установленным с осевым зазором относительно торца ротора, отличающееся тем, что чувствительный элемент установлен соосно с осью вращения ротора и выполнен в В1ще тонкостенной трубки с расходя- коническим диффузором на конце, причем угол раскрытия диффузора находится в пределах 25-35 , осевой зазор между срезом диффузора и торцом ротора составляет 0,7 - 0,8 величины осевого люфта радиально-jTiop- ного подшт-шника, а внутренний диаметр тонкостенной трубки чувствительного элемента равен 4,5 - 5,5 величины осевого люфта радиально-упорного подшипника.

0

/ If

10

(pus. 2

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения осевого усилия. На рабочем режиме работы турбокомпрессора дросселем 5 плавно изменяют давление в разгрузочной полости 4 до величины, соответствующей нулевому осевому усилию, действз ющему на ра- диально-упорный подшипник 3. При этом ротор 2 переместится по оси на величину осевого люфта подшипника 3 в сторону изменения направления осевого усилия. Изменение зазора 15 вызывает изменение давления в полости 9 д-атчи- ка 7, регистрируемое индикатором В. Давление в разгрузочной полости 4, соответствующее нулевому осевому усилию, фиксируется измерителем 6 давления Чувствительный элемент 10 датчика 7 выполнен в ввде тонкостенной § трубки с внутренним диаметром 4,5-5,5 вел ичины осевого люфта подшипника 3. На конце трубки находится конический расходящийся диффузор с углом раскрытия 25-35. 2 с. п.ф-лы, 3 ил. (Л с:

Р,МПа