CC BY
5
УДК 621.51, 621.89, 620.179
Н.А. Райковский, N. Raykovskiy, e-mail: n_raykovskiy@mail.ru
A.В. Третьяков, A. Tretyakov, e-mail: raznayapost@mail.ru С.А. Абрамов, S. Abramov
Д.В.Зюлин, D.Zyulin
B.В. Потапов, V. Potapov
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk state technical university, Omsk, Russia
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕЧЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СРЕДЫ В МИКРОЗАЗОРЕ ПОДШИПНИКА
ТУРБОАГРЕГАТА
THE EXPERIMENTAL TECHNIQUE OF THE COOLING AGENT FLOW IN THE MICROGAPOF BEARING OF THE TURBO GENERATING SET
В работе представлены результаты разработки методики и экспериментального стенда для исследования процесса течения охлаждающей среды в микрозазоре безмасляного подшипника скольжения турбоагрегата This work is devoted to the results of development of a technique and the experimental stand for research process of the cooling agent flow in microgapof oil-less sliding bearing of the turbo generating set.
128
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Ключевые слова: полимерный подшипник, система охлаждения, турбоагрегат, методика, экспериментальный стенд
Keywords: polymeric bearing, system of refrigeration, turbo generating set, experimental technique, experimental stand
Результаты исследований [1, 2, 3 и т.д.] подтверждают принципиальную возможность создания работоспособных несмазываемых полимерных подшипников быстроходных турбоагрегатов, работающих в экстремальных условиях, прежде всего определяемых высокими скоростями скольжения (10 - 100 м/с) и тепловыделениями, причем одной из наиболее эффективных схем охлаждения является охлаждения поверхностей, образующих серповидное пространство. Поэтому сегодня является актуальным вопрос дальнейшего исследования микрозазора с целью организации в нем системы охлаждения безмасляного трибосопряжения. Исследование данных вопросов требует создания численных и экспериментальных методик.
Разработанная методика экспериментального исследования предполагает определение параметров характеризующих охлаждающую среду на входе в исследуемый узел (температура, давление и расход среды), геометрию трибосопряжения (диаметры, длины, зазор), условия эксплуатации (скорость скольжения) и параметров характеризующих условия течения охлаждающей среды в микрозазоре (поле давлений, линии тока).
Отбор давления реализован как в радиальной плоскости, так и по оси подшипника, таким образом, что количество точек измерения составляет 16 шт. Избыточное давление в системе контролируется цифровым прибором ДМЦ-01М, который соединен с трубкой статического давления силиконовой трубкой. Относительная погрешность измерений во всем диапазоне давлений равна 0,6%. С целью определения линий тока охлаждающей среды методика предполагает визуализацию течения потока среды, что позволит определить линии тока, локальные завихрения, срывы при различных режимах работы трибосопряжения. Для визуализации процесса течения жидкости в пространстве между ротором и корпусом использовался метод пузырьков (аэрирование), фотографии выполняются при помощи фотоаппарата Sony AlphaA57, объект исследования подсвечивается лампой.
/¡иниитп
4
Рис. 2. Фотография течения среды (а) и схематичное отображение линий тока (б) для следующих условий эксплуатации: Д=1мм; п=4200 об/мин; р=0,0063 м3/с; Ризб=2,5*105Па; Т=293К; вход - радиальный, снизу.
Расход жидкости определяется при помощи счетчика воды СВ-15 и часов. Относительная погрешность измерения составляет 0,1%. Температура охлаждающей среды определяется при помощи термопары типа К с последующим выводом сигнала на вторичный прибор 2ТРМ0. Относительная погрешность измерения температуры охлаждающей среды равна 6%. Измерение давления охлаждающей среды на входе в исследуемый узел реализова-
129
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
но на базе образцового манометра с верхним пределом измерения 0,1 МПа и классом точности 0,4. Измерение частоты вращения ротора производиться с помощью тахометра часового типа ТЧ10-Р. Пределы измерения прибора: от 50 до 10000 об/мин. Измерение скорости скольжения поверхности цапфы ротора производится косвенным методом, посредством ее связи с частотой вращения ротора. Относительная погрешность косвенного измерения скорости относительного скольжения вала равна 4%. Измерение зазора, также реализуется косвенным методом и определяется разностью диаметров элементов сопряжения. Относительная погрешность измерения зазора равна 0, 014%.
Для реализации вышерассмотренной методики был разработан экспериментальный стенд, конструкция (рис. 3) и технологическая схема (рис. 4) которого представлены ниже.
Рис. 3. Экспериментальный стенд: а - конструкция; б - практическое исполнение; 1-плита; 2 - ротор; 3 - шкив; 4 - ползун; 5 - индикаторы часового типа; 6-кольца; 7 - корпус (оргстекло); 8 - уплотнение; 9 - подшипник качения; 10 - корпус подшипника; 11 - направляющая; 12 - штуцер; 13 - шпилька
Рис. 4. Функциональная схема экспериментального стенда: 1 - бак; 2 - насос; 3 - кран сливной;
4 - шланг сливной; 5, 7 - вентиль регулировочный; 6 - манометр; 8 - расходомер; 9 - фильтр; 10 - компрессор;
11 - вентиль запорный; 12 - датчик температуры; 13 - ротор в сборе; 14-корпус в сборе
Экспериментальный стенд состоит из следующих систем и сборочных единиц: система измерения поля давлений жидкости в исследуемом узле, система подготовки и подачи охлаждающей среды, электродвигатель с передаточным механизмом, система измерения расхода и давления подаваемой жидкости в гидролинии, средства аэирирования, сконструированный корпус в сборе, ротор в сборе. Ротор (13, рис 4) и корпус (набор), выполненные для экспериментальных исследований имеют допуск на цилиндричность и размер 0,01 мм. Ротор непосредственно посажен на опоры (9, рис. 3 а) (подшипники качения), которые установлены в корпусах (10, рис. 3а) жёстко установленных на плиту(1, рис. 3а) рамы. Для перемещения корпуса, а также его необходимой фиксации относительно ротора для выставления необхо-
130
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
димого зазора используется специально разработанная конструкция, включающая в себя: направляющие (11, рис. 3а), шпильки (13, рис. 3а), ползуны (4, рис. 3а), кольца (6, рис. 3а), индикаторы часового типа (5, рис. 3 а). Данная система обеспечивает шаг перемещения корпуса в радиальном направлении 5-10 мкм, в осевом 1 мм, а также его фиксацию при проведении-экспериментов. Подача охлаждающей среды в рабочий узел, осуществляется с помощью насоса (2, рис. 4) гидролинии. Регулированиерасхода и давления жидкости на входе в корпус осуществляется с помощью ряда установленных регулировочных вентилей (3, 5, 7 рис. 4). Фиксирование избыточного давления, расхода и температуры на линии осуществляется с помощью манометра (6, рис. 4), расходомера (8, рис. 4) и термометра (12, рис. 4).
Таким образом, в результате выполненной работы разработаны и реализованы экспериментальная методика и стенд для исследования процесса течения охлаждающей среды в микрозазоре подшипника.
Библиографический список
1. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для техн. вузов / Э. Д. Браун [и др.] ; под ред. А. В. Чичинадзе. - М. : Наука и техника, 1995. - 778 с.
2. Райковский, Н.А. Исследование теплового состояния несмазываемых охлаждаемых подшипников (математическое моделирование и анализ результатов) / Н. А. Райковский, В. Л. Юша, Е. В. Сухов. - Saarbruken : LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 144 с.
3. Юша, В. Л. Охлаждаемые несмазываемые подшипники малорасходных турбоагрегатов / В. Л. Юша, Н.А. Райковский. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2013. - 125 с.
