Способ определения динамического коэффициента момента на валу Советский патент 1981 года по МПК G01L5/26 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА МОМЕНТА НА ВАЛУ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении динамического коэффициента момента тяговой турбины тракторного двухвального газотурбинного двигателя при неустановившихся режимах работы, необходимого , например, для вычисления мгновенных значений крутящего момента, эффективной мощности и тяговых свойс газотурбинного трактора. Известен способ определения мощности на выходном валу двигателя, за ключающийся в загрузке двигателя, измерении средней тормозной силы и пределов колебания скорости вала тор моза при постоянной во времени тормозной силе и определении по ним мощ ности и коэффициента момента l . Недостатком известного способа является то, что он неприменим для газотурбинного двигателя при неустановивщихся режимах работы, так как предусматривает определение не мгно венных, а средних значений нагрузки и пределов скорости вала. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения полезного момента и мгновенной мощности насоса по коэф- , фициенту момента, заключающийся а измерении смещения стержня насоса и его нагрузки в функции времени Для полнрго цикла работы насоса 2. Этот способ приемлем для кривошипных механизмов, имеющих возвратно поступательное движение и не может быть использован в роторных машинах, например в газотурбинных двигателях. Указанная цель достигается за счет того, что в качестве параметров, характеризующих нагрузочный и скоростной режимы, выбирают амплитуды угловой скорости и момента сопротивления, 3 на налу, а величину коэффициента момента определяют по формуле fo где К - динамический коэф :ициент момента;йПс амплитуда колебаний момента сопротивления; - амплитуда колебаний угловой скорости вала; пр приведенный к валу момент инерции движущихся масс агрегата;Л - круговая частота изменения м момента сопротивления. На фиг. 1 представлена схема агре гата с двухзальным газотурбинным дви гателем и действующих моментов; на фиг. 2 - обший вид зависимости крутя щего момента на валу тяговой турбины от ее угловой скорости; на фиг. 3 закономерности изменения момента сопротивления и угловой скорости вала тяговой турбины при колебательном характере нагрузки. Целью изобретения является опред ление динамического коэффициента мо мента на валу тяговой турбины двухзального газотурбинного двигателя в условиях неустановившихся нагрузо с колебательным характером. Общая схема агрегата с двухвальным газотурбинным двигателем (при газодинамической связи роторов) содержит компрессор j, турбину 2 комп рессора; тяговую турбину 3; редукто 4, сцепление 5, приводимый агрегат Известное уравнение динамики тяг вой турбины двухрального газотурбин ,ного двигателя (.ГТД) при газодинами ческой связи роторов трубокомпрессо ра и тяговой турбины имеет вид; Мгт MCгде Hff - крутящий момент на валу т говой турбины; Пе - момент сопротивления, соз ваемьш приводимым агрегатом;JH приведенный к валу тягово турбины момент инерции по вижных масс; WTT - угловая скорость вала тяг вой турбины; t - время. Момент М -гт на валу тяговой турбины при работе двигателя, схема которого представлена на фиг. 1, в установившихся режимах меняется по зависимости, представленной на фиг. 2. Из фиг. 2 видно, что момент М в любой точке (к примеру 1 и П) зависимости () может быть определен по формуле :, Мтт М;;-1д(и/п- тт), (2) ..и где М - значение крутящего момента на валу тяговой турбины в начальной исходной точке;значение угловой скорости вала тяговой турбины в той же начальной (исходной) точке; oL - угол наклона линии M-p-j к горизонтали (в данном случае линии WTT) TTi TTf угловые скорости; NVff и Мтп - крутящие моменты в точках I и и. Тангенс угла наклона линии Мгт к оси WTT обозначим через К и назо-. нем условно коэффициентом изменения момента, т.е. К tgоС Тогда формулу (2) перепишем так М М, - K(u/tT ) В условиях установившихся режимов, когда на вал тяговой турбины действует постоянный момент сопротивления, величину момента М-р в точках Т и П (или любых других на линии М-г-р легко определить, зная угол С наклона линии MTT к оси VVYTJ который при постоянной угловой скорости ротора турбокомпрессора WTT const в условиях установившихся режимов работы тяговой турбины является неизменным. Поэтому определить этот угол ot , а значит и коэффициент К в таких условиях просто, получив на основе эксперимента два значения И-гт при любых двух значе-, ниях А/тТ В практике работы двУхвальных газотурбинных двигателей в условиях установившихся режимов определение коэффициента К проводят на основе построения в масштабе функций M-rv f ( WTT) , определяя каждый раз значение угла с., а значит и К. В условиях же неустановившихся режимов работы турбины, когда на ее ;зал действует колеблющийся, к примеру, по синусоиде момент сопротивления, определить непосредственно из эксперимента не только мгновенное, по и осредненное значение коэффициента К не представляется возможным, так как приходится иметь дело с мгновенными значениями параметра, т.е. д , а значит и -. Следовательно не представляется возможным судить о точном значении крутящего момента Ц тяговой турбины в таких условиях, а следовательно, и мощности двигателя. Поэтому в условиях неустановившихся нагрузок при колебательном характере изменения момента сопротивления, имеющего место, например, у пахотных и им подобных агрегатозв,, значение динамического коэффициента К определяется на основе соотношения между амплитудами момента и угло вой скорости вала, на который действ ет этот момент, в данном случае вала тяговой турбины. , Как показывает анализ, с допустимой погрешностью можно считать, что момент сопротивления пахотного агрегата изменяется по синусоиде, описываемой зависимостью. с Меер- -АМс 5il1( (4) где ДМ - амплитуда изменения момент сопротивления от среднего его значения М с. ср. , JV - круговая частота изменения момента сопротивления, рав ная fcJ(где Т - период изменения момента сопротивле ния) ; время; начальная фаза колебания момента сопротивления. Параметры величин, входящих в уравнение (4), обозначены на фиг. 3. Обозначим возникающую под действием изменяющегося по уравнению (4) момента сопротивления пульсацию угловой скорости так;

-

(5)

(J-- Ufтт

Подставим теперь зна чение величины из выражений (3) и (4) в уравнение (l). Тогда с учетом равенства (5) получим;.

+Ku/ -AMcSin( (6)

пр d t.

ЙЙ

(9)

Тогда выражение (8) после подстановки и преобразований запишем так;

55

A Uf sin (Л t + tt + fMt Ta;) ДМс Sin(At- -4Mc)i 26 При изменении момента сопротивления по формуле (4) через некоторый промежуток времени после начала этого H3MerfeHHH движение становится квазиустановившимся и поэтому колебания угловой скорости вала тяговой турби- , ны также будут описываться синусоидой, так как общее решение уравнения (б) состоит из суммы ,членов вида tvt W- C.E лр . 4,-g;n(At + cpur) a при t имеем . c;/ дог sinUt.i-Pu/) (7) где AW- амплитуда изменения угловой скорости вала тяговой турбины, соответствующая изменению момента сопротивления на - начальная фаза колебаний угловой скорости вала, тяговой турбцны. Подставим вместо f в уравнение (6) ее значение из равенства (7) и выполнив преобразование, получим; XCOs( 5in(At + + cyt --AWc Stn(M -cpMc). (8) Обозначим сдвиг по фазе между изменением момента сопротивления М. и угловой скоростью W вала тяговой турбины чере 6, т.е. в TMJ. - «Tea Кроме того, обозначим; ЭпрЛ Sin 0 , №лнк cose Л Me hi Г7Т- V Р ™ 1т У- Отсюда;Таким образом, зная параметры колебаний (пульсация момента сопротив ления (нагрузки) М(., в частности амплитуду UMg и круговую частоту Д; которые не представляет труда замерять непосредственно в полевых или стендовых условиях, Л также ампли туду (отклонение от средней ЛWугловой скорости), что также нетрудно получить в эксперименте, при известном приведенном моменте инерции Jrip находим значение динамического коэффициента К изменения момента, а по нему и значение крутящего момента (по формуле З), а значит и мощность двигателя на неустановившихся колеба тельных режимах. Преимущество способа состоит в его простоте и приемлемости (для вала тяговой турбины двухвального газо турбинного двигателя) не .только для лабораторных, но и для эксплуатационных условий неустановившихся нагру зок с колебательным характером, что достигается установлением динамического коэффициента момента по измерен ным амплитудам момента сопротивления и угловой скорости. Способ определения динамического коэффициента момента на валу, заключающийся в измерении двух параметров, характеризующих нагрузочный и скоростной режимы с последующим аналитическим расчетом, отличающийся тем, что, с целью определения динамического коэффициента помента на валу тяговой турбины двухзального газотурбинного двигателя в условиях неустановившихся нагрузок с колебательным характером, в качестве параметров, характеризующих нагрузочный и скоростной режимы, выбирают амплитуды угловой скорости и момента сопротивления на валу, а величину коэффициента момента определяют по формуле; )l. где К - динамический коэффициент момента;ДПс,- амплитуда колебаний момента сопротивления; AW- амплитуда колебаний угловой скорости вала; Jnp приведенный к валу момент инерции движущихся масс агрегата; Л - круговая частота изменения момента сопротивления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 681336, кл, G 01 L 3/24, 23.03.78 2.Патент ,США № 3765234, кл. 73-136, опублик. 1973 (прототип).

/ { J V

1

ч

Ч