Устройство для испытаний подшипниковых опор электрических машин Советский патент 1992 года по МПК H02K15/00 G01M13/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для испытаний подшипниковых опор качения электрически машин с переменным режимом нагрузок на подшипники.

Известен стенд для испытаний подшипниковых опор электрических машин, который содержит установленные на валу подшипниковые опоры, имеющие конструктивное соответствие опорам электрической машины, радиальные и аксиальные нагружатели подшипников, в качестве которых используются механические,гидравлические или пневматические устройства, блок поддержания эквивалентного температурного режима подшипников. Вал в части, расположенной между испытуемыми подшипниковыми опорами, выполнен эксцентричным относительно оси вращения и на эксцентричной части вала посредством технологических подшипников установлен радиальный нагружатель, а аксиальный нагружатель расположен со стороны, противоположной выходному концу вала, соединенному с приводным двигателем.

Недостатком этого решения является то, что из-за эксцентричного вы- (полнения вала на подшипниках создается пульсирующая радиальная нагрузка, которая по своему характеру не соответствует радиальной вращающейся нагрузке от небаланса ротора. Поэтому при испытаниях подшипниковых опор на этом стенде не обеспечивается подобие всех нагрузок и соответственно ,не будет воспроизводиться физика

J

СО

сп

со

vj

OD

,и

отказов подшипников. Кроме того, осевые нагружатели, содержащие тензо- метрический диск, упругие элементы в виде устройств механики, гидравлики или пневматики,нарушают строгое конструктивное соответствие испытуемых узлов подшипниковым опорам реальной электрической машины.

Известно устройство, в котором при испытании подшипниковых опор электрической машины используется машина постоянного тока. В ней необходимую форсированную постоянную радиальную нагрузку на подшипники создают односторонним магнитным притяжением ротора к статору за счет подачи питания в обмотку возбуждения половины рядом размещенных полюсов статора.

Недостатком этого устройства является необходимость разработки и использования блока выпрямителей, вводимого в цепь обмотки статора машины для подключения ее к промышленной питающей сети переменного тока. Устройство Ьч позволяет создать полный комплекс форсированных постоянных и вращающихся радиальных и осевых нагрузок на подшипники для обеспечения полного подобия нагрузок в форсированном и номинальном режимах работы машины. Кроме того, в этом устройстве при изменении тока в обмотке якоря изменяется как одностороннее мэ|- нитное притяжение якоря к статору, так и частота вращения ротора и подшипников. Поэтому, если в реальной машине имеет место переменный режим нагрузок на подшипники при постоянной частоте вращения ротора, то в данном устройстве воспроизвести эти условия эксплуатации путем регулирования тока якоря невозможно.

Наиболее близким -к предлагаемому является устройство для ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения электрической машины, в котором форсированные постоянные радиальные нагрузки на подшипники обеспечиваются односторонним магнитным тяже- нием ротора к статору электрической машины нз-аа эксцентричного смещения ротора в расточке статора.

В таком устройстве при сохранении строгого конструктивного соответствия подшипниковых опор машины обеспечивается также необходимое по условию

5

подобия нагрузок форсированное значе ние вращающейся радиальной нагрузки от небаланса посредством разба- лансировки ротора и форсированное знамение постоянной осевой нагрузки посредством установки осевой пружины сжатия в одной из подшипниковых опор машины.

Однако это устройство предназначено только для ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения в опорах ротора электрической машины при постоянном режиме нагрузок на подшипники, постоянной частоте вращения ротора- и постоянных значениях токов машины, определяющих радиальную нагрузку на подшипники и их тепловое состояние. В этом устройстве все перечисленные параметры режима испытаний подшипниковых опор взаимосвязаны, что не позволяет использовать его для обычных или ускоренных испытаний подшипниковых опор в тех случаях, когда в процессе испытаний необходимо по заданному алгоритму изменять нагрузку на подшипники, их температурный режим или частоту вращения ротора.

На практике имеются обширные области применения электрических машин с переменным режимом нагрузок на подшипники при постоянной или переменной частоте вращения ротора.

Переменный характер нагрузок на подшипники может быть обусловлен производственным процессом или дина - микой внешних перегрузок на объект применения, например переменными линейными ускорениями и другими факторами.

Испытания таких электрических машин на подтверждение выработки их подшипниковыми опорами установленного ресурса проводят или непосредст- 5 венно в объекте применения, или на

специальных динамических стендах, позволяющих воспроизвести динамику внешних перегрузок. При испытаниях

на надежность, когда необходимо провести испытания большой выборки подшипниковых опор электрической машины в режиме обычных или ускоренных Se- сурсных испытаний, это связано с большими затратами средств, испытательного времени и нерациональным пользованием оборудования.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей

.устройства путем обеспечения возмож0

5

0

O

5

мости проведения как обычных, так и ускоренных испытаний подшипниковых опор с переменным и постоянным режимами нагрузокj повышение производительности испытаний и снижение затра

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для испытаний подшипниковых опор электрических машин, содержащем статор электрической машины переменного тока, ротор, эксцентрично смещенный относительно расточки статора и имеющий места для установки балансировочных грузов, обмотк ротора и (или) статора, пружину для осевого поджатия подшипников, в цепь обмотки ротора и (или) статора включен регулятор тока с уставкой, оттарированной в единицах силы магнитного тяжения, а устройство снабжено блоком поддержания эквивалентного температурного режима.

На чертеже изображено устройство для испытаний подшипниковых опор электрических машин с подшипниками качения.

Устройство содержит регулируемую электрическую машину (в рассматриваемом случае синхронную машину, регулируемую по цепи возбуждения). Обмотка возбуждения 1 машины установлена яа роторе 2. Ось ротора эксцентрично смещена параллельно оси внутренней расточки в статоре 3 в направ лении действия силы веса G ротора на величину эксцентриситета е, предельное значение которого целесообразно ограничивать величиной еЈ 0,5 , где &0 - среднее значение электромагнитного зазора между ротором 2 и статором 3 машины при их соосном расположении.

Относительное параллельное смещение осей ротора и внутренней расточки статора в направлении действия веса G . ротора обеспечено за счет эксцентричного смещения наружной поверхности Н статора 35 установленного в корпусе k, относительно внутренней поверхности В статора. Возможно эксцентричное смещение поса - дочных поверхностей Щ щитов 5 относительно их посадочных поверхностей П под шарикоподшипники 6.

Благодаря этому электромагнитный зазор между ротором 2 и статором 3 становится неравномерным с минимальным значением §0 -е в направлении действия веса G рртора и максимальным значением

„ + е в проти5

0

5

0

5

воположном направлении.

На роторе 2 имеются балансировочные грузы 7, с помощью которых осуществляется необходимая его разба- лансировка для создания вращающейся радиальной нагрузки на шарикоподшипниках 6. На правой плавающей опоре машины между наружным.кольцом шарикоподшипника 6 и его крышкой 8 уста-; новлена волнистая пружина 9, регулирование осевого сжатия которой может (осуществляться, например, посредст- вом- ,болтов 10, перемещающих крышку 8.

В цепь обмотки возбуждения 1 включен регулятор силы одностороннего магнитного тяжения, в качестве которого использован регулятор тока 11 с датчиком и переменной уставкой, оттарированными в единицах силы одностороннего магнитного тяжения Fmno соответствующим ей значениям тока возбуждения. При ручном регулировании в качестве оттарированного таким образом датчика использован амперметр 12.

Подшипниковые опоры машины имеют блок 13 поддержания эквивалентного температурного режима, выполненный, например, в виде замкнутой системы циркуляции и подогрева масла с проходом его через форсунки в шарикоподшипники б (как показано на левой опоре чертежа) или в виде замкнутой системы циркуляции и подогрева жидкости с проходом ее через кольцевые каналы t, выполненные в прилегающих к подшипникам щитах 5 при использовании в подшипниках 6 консис- тентной смазки (как показано на правой опоре чертежа).

В цепь обмотки 15 статора 3 мо- жет быть введен преобразователь частоты 16, а на валу 17 ротора 2 уста- 5 новлены сменные втулки 18, имеющие разные значения наружных диаметров под посадку; шарикоподшипников 6 соответствующих типоразмеров. При этом, подшипниковые щиты 5 и крышки - 0 8 должны иметь расточку посадочных ; поверхностей П под шарикоподшипники 6 соответствующего типоразмера.

При работе машины магнитная индукция в электромагнитном зазоре между ротором 2 и статором 3 имеет неравно-ч мерное распределение вследствие введенного эксцентриситета е, что созда ет действующую в направлении .веса G

0

5

ротора силу одностороннего магнитного тяжения Fw. Это позволяет, с учетом других постоянных радиальных нагрузок, действующих на ротор 2 (включая нагрузку от веса G ротора),, создать суммарные постоянные радиаль- ные нагрузки на шарикоподшипники 6, необходимые по условиям обычных или ускоренных ресурсных испытаний.

Необходимый по условиям испытаний переменный режим радиальных нагрузок на шарикоподшипники, обусловленный динамикой внешних перегрузок, воспроизводится при помощи регулирования . силы Fm посредством изменения тока в обмотке возбуждения 1 с помощью регулятора тока 11, Поскольку

F Kie B20

где К - коэффициент, зависящий от

параметров электрической машины и частоты тока в обмот- ке 15 стат-ора;

е - эксцентриситет оси ротора 2 относительно оси расточки статора 3;

В - магнитная индукция в электромагнитном зазоре &а, значение которой зависит от .токов в обмоткахJ5 машины, то,регулируя ток в обмотке 1 ротора и (или) обмотке 15 статора машины,можно- изменять-значение Силы при неизмен- ном значении эксцентриситета е. Для того, чтобы в процессе испытаний можно было изменять значение F по заданному алгоритму при помощи изменения уставки регулятора, надо датчик и уставку регулятора предварительно оттарировать одним из известных способов в единицах силы одностороннего магнитного тяжения по соответствующим ей значениям регулируемого тока.

Необходимые по коэффициенту подобия нагрузок вращающиеся радиальные нагрузки на шарикоподшипниках б создаются за счет разбалансировки ротора 2 при помощи грузов 7, а осе- вые нагрузки на них создаются за счет регулирования сжатия пружины 9 с помощью болтов 10, перемещающихся крышку 8.

Посредством блока 13 поддержания эквивалентного температурного режима поддерживается заданный уровень температуры подшипниковых опор машины вне зависимости от подогрева машины

5

0

5

0

ее токами,которыми регулируется сила одностороннего магнитного тяжения. Для обеспечения испытаний шарикоподшипников 6 при разных частотах вращения датчик регулятора тока 11 (или шкала амперметра 12) тарируется в соответствующих току возбуждения значениях силы магнитного тяжения F. при различных частотах вращения

Т1Ч

ротора 2. Изменение частоты вращения ротора обеспечивается при помощи преобразователя частоты 16 (в двигательном режиме) или при помощи специального привода (в генераторном режиме).

Изобретение значительно расширяет функциональные возможности устройства, в том числе становится возможным проведение обычных или ускоренных- испытаний подшипниковых узлов электрических машин при имитации как посто-- янных, так и переменных внешних перегрузок, температурных режимов, частот вращения ротора. Обеспечиваются также условия для проведения на одном устройстве обычных и ускоренных ресурсных испытаний подшипниковых опор электрических машин с подшипниками качения различных типоразмеров при широких возможностях изменения рабочих частот вращения, нагрузок на шарикоподшипники и их температурного состояния.

Проведение испытаний на предложенном устройстве вместо использования для этих целей динамических стендов или испытаний в объектах применения, а также возможность ускорения испыт таний при помощи этого устройства

позволяют существенно увеличить их . производительность и уменьшить затраты.

Предложенное устройство можно использовать также для испытаний подшипниковых опор других роторных машин, установив их в устройстве вместо подшипниковых опор электрической машины.

Технико-экономический эффект от использования предложенного устройства

определяется в каждом конкретном случае в зависимости от коэффициент ускорения испытаний, назначенного ресурса работы подшипников и себестои.- мости обычных ресурсных испытаний или.

испытаний на динамических стендах.

Предложенное устройство может быть построено на базе регулируемых электрических машин переменного тока раз ных модификаций, конструкций, мощноетей и частот вращения с жидкой или пластичной смазкой подшипников. При ускоренных испытаниях подшипников на пластичной смазке помимо формирования нагрузок применимо и форсирование температуры смазки. Установка позволяет реализовать и этот фактор ускорения испытаний.

Кроме того, в ряде случаев функции ния функциональных возможностей устблока 13 поддержания эквивалентного температурного режима подшипниковых /опор электрической машины могут быть реализованы посредством размещения устройства в термокамере, где создают .требуемый температурный режим для смазки, или в замкнутом объеме, в котором необходимая температура в подшипниковых узлах создается за

роиства путем обеспечения возможности проведения как обычных, так и ускоренных испытаний подшипниковых опор с переменным и постоянным режимами J5 и повышения производительности испытаний и снижения затрат, в цепь обмотки ротора и (или) статора включен регулятор тока с уставкой, оттарированной в единицах силы магсчет собственных тепловыделений элект- нитного тяжения, а устройство снабже

держащее статор электрической машины переменного тока, эксцентрично смещенный относительно расточки статора и имеющий места для установки балансировочных грузов обмотки ротора и (или) статора, пружину для осевого поджатия подшипников, отличающееся тем, что с целью расшире

ния функциональных возможностей устроиства путем обеспечения возможности проведения как обычных, так и ускоренных испытаний подшипниковых опор с переменным и постоянным режимами и повышения производительности испытаний и снижения затрат, в цепь обмотки ротора и (или) статора включен регулятор тока с уставкой, оттарированной в единицах силы магнитного тяжения, а устройство снабже

Сущность изобретения: устройство содержит статор (3) электрической машины переменного тока с обмоткой

рической машины.

Формула изобретения

Устройство для испытаний подшипни- /овых опор электрических машин, со11.

I

щ

TIT

0

473 2 569

п

Редактор Т.Иванова

Составитель М.Камша Техред М.Дидык

но блоком поддержания эквивалентного температурного режима.

569

в

13

/ Корректор Л.Пилипенко .