CC BY
26
Секция
«МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНАХ И АППАРАТАХ»
УДК 669.713.7
В. С. Горошко, Е. В. Черненко Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИЗМЕРИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ДЛЯ БАЛАНСОВЫХ ИСПЫТАНИЙ МАЛОРАСХОДНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ
Разработан и изготовлен измеритель крутящего момента для балансовых испытаний малорасходного центробежного насоса. Конструкция устройства обеспечивает наиболее достоверное снятие и регистрацию крутящего момента. Построены тарировочные характеристики устройства в рабочем диапазоне изменения крутящего момента.
Измерительный диск выполнен заодно с валом измерителя крутящего момента. При изменении диаметра рабочего колеса устанавливается соответствующий измерительный диск. Для имитации периферийной части корпуса насоса на измерительный диск устанавливается на резьбовом соединении сменный цилиндрический насадок. Все посадочные и базовые поверхности корпуса, измерительного диска и про-ставочного кольца шлифованы, что позволило обеспечить рабочий зазор в гидропяте до 5-10-5 м.
Измерительный диск вывешен в двух шарикоподшипниках особо точного изготовления типа 202Ю. Подшипники по внутренней обойме зажаты на валу измерительного диска через проставочные втулки гайкой. По наружной обойме подшипники имеют скользящую насадку по корпусу, что обеспечивает возможность осевого перемещения для работы автомата разгрузки от осевой силы. Корпус закрыт крышкой со стыковочным штуцером.
В основу работы конструкции чувствительного элемента измерителя крутящего момента положен принцип изменения сопротивления проводника при его растяжении или сжатии. На рис. 1 показано расположение и крепление тензорезистивных датчиков в измерителе крутящего момента.
Штанга, изготовленная из рессорно-пружинной стали 65Г, предварительно отполирована и закреплена с помощью двух винтов в специальном пазу гайки, стягивающей пакет измерительного диска. В то же время в рабочем положении штанга свободным концом опирается на опорный винт. Момент, воспринимаемый измерительным диском, заставляет штангу прогибаться, вследствие чего в штанге возникают упругие деформации, которые воспринимаются наклеенными на нее тензорезисторами. Тензорезисторы наклеены на противоположные стороны штанги и разнесены в противоположные стороны для равномерного восприятия нагрузки. Перед наклеиванием на поверхность штанги в местах приклеивания шлифовальной шкуркой были нанесены поперечные борозды для лучшего взаимодействия слоя клея с поверх-
ностью и соответственно гарантированного восприятия датчиками линейных деформаций поверхности.
Рис. 1. Конструкция измерителя крутящего момента
Рис. 2. Электрическая схема моста Уитстона
После наклеивания было произведено запекание клея при температуре 200 °С и гидроизоляция с помощью силиконового герметика. Для правильной работы устройства требуется, чтобы недеформируемая часть моста Уитстона находилась в тех же температурных условиях, что и деформируемая часть. С этой целью была изготовлена компенсирующая штанга с тензорезисторами, таким же образом запеченная и
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
гидроизолированная. Компенсирующая штанга размещена в корпусе, следовательно, обе штанги находятся в одинаковых температурных условиях, что обеспечивает термокомпенсированность измерительного узла. Таким образом, момент трения, воспринимаемый измерительным диском от жидкости, закрученной рабочим колесом, воспринимается штангой и чувствительными элементами моста Уитстона, Чувствительные и компенсирующие элементы моста Уит-стона размещены в корпусе, в свою очередь, прикреплённого через уплотнение к корпусу измерителя крутящего момента. Такое размещение позволяет герметизировать конструкцию измерителя, что дает возможность проводить испытания с различными рабочими жидкостями и позволяет избавиться от узлов уплотнений, что существенно повышает точность
измерения крутящего момента. Для работы в различных диапазонах измерения крутящего момента, предусмотрено два типоразмера штанг, имеющих различную жесткость (Б = 1,5 мм и £ = 3 мм). Входы и выходы проводов моста Уитстона продеты через специальные отверстия в стакане и пробках и залиты эпоксидной смолой для герметизации узла.
Обе штанги оттарированы в рабочем диапазоне изменения крутящего момента (до 4,8 Н-м). Построены тарировочные графики и получены уравнения зависимости выходного напряжения от воспринимаемого измерительным диском крутящего момента.
© Горошко В. С., Черненко Е. В., Кишкин А. А., 2011
УДК 621.56
А. В. Делков, А. А. Ходенков Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Рассматриваются проблемы и цели создания математической модели холодильной машины как инструмента проектирования и оптимизации. Приводится процесс построения модели. Анализируются возможные решаемые при помощи модели задачи.
Пятьдесят лет назад в распоряжении проектировщика холодильных машин было два инструмента -логарифмическая линейка и опыт. На основе этого возможно было создать работающую машину под конкретные условия, но задача ее оптимизации усложнялась. Для решения оптимизационных задач, когда необходимо проанализировать несколько вариантов компоновки машины и выбрать наиболее эффективный, необходим другой инструмент - математическая модель.
В основе математической модели холодильной установки лежит описание происходящих в ее элементах процессов. Модель опирается на две расчетные части - геометрические и термодинамические параметры машины, связанные уравнениями сохранения энергии и массы.
С помощью модели можно спрогнозировать изменение параметров работы установки при изменении внешних факторов, оценить взаимовлияние геометрии и энергетических характеристик.
Модель позволяет решить две задачи проектирования - прямую и обратную. Прямая задача - по заданным параметрам температур и тепловых потоков подобрать конфигурацию оборудования.
Исходные данные для решения прямой задачи: температура в камере, температура окружающей среды, тепловой поток на испаритель, диаграмма хладагента.
Решение прямой задачи ведется по следующему алгоритму - по заданным температуре в камере и температуре окружающей среды с учетом назначен-
ных температурных напоров строится цикл работы и вычисляются его удельные параметры. По построенному циклу находится геометрия теплообменников, дроссельной трубки, подбирается компрессор. В целях автоматизации расчетов алгоритм построения цикла реализован с использованием полуэмпирических корреляций для нахождения давлений, энтальпий и температур. Корреляции получены на основе таблиц параметров фреона Я22. Алгоритм реализован в программу расчета, написанную на языке С#.
Прямая задача - стандартная задача проектирования, - результатом расчета имеет параметры и геометрию установки лишь для конкретных условий. Как изменится цикл при изменении температуры окружающей среды или замене теплообменника, - эти вопросы решаются при рассмотрении обратной задачи проектирования.
Обратная задача - по заданным геометрическим параметрам машины и условиям окружающей среды построить цикл работы и определить энергетические параметры.
Исходные данные для решения обратной задачи: геометрия теплообменников, параметры дроссельной трубки, объемный расход компрессора, температура окружающей среды, тепловой поток на испаритель.
Формально решение обратной задачи должно вестись с учетом начального положения системы - при отключенном компрессоре, через процедуру выхода на режим. Для этого была построена конечно-разностная модель холодильной машины. Машина представлена компрессором 1, теплообменниками 2, 4,
