CC BY
21
УДК 621.Ь + 621.8V + 621.179
МЕТСДИКЛ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РОТОРА
Н А. Райковский. Д Б Пономарев. С. А. Абрамов. В. Э. Пермяков. А. Г Зырик
Омский сосударстееггагй технический уииоерсипет, г Омск, Россия
личомацпя - Цель исследования состоит в разработке методики измерения температуры трущейся поверхности кыгпкпскпростного роторл прп трпоопсгледоклнпят. л «> лкттллкногтк обусловлена широкой востребованностью таких систем измерений прп исследованиях и диагностике температурного состояния узлов трепня машин □ агрегатов. Объектом исследования является поверхность трепня ротора, кошрьш вход 111 в с(Н'1 пи ¿ксиерлмешлльною си*ид;« д.» исс.кдоилыин дриблехыическил лариклеристк □ процесса теплообмена между газом п поверхностями, образующими ссрповпдпып зазор подшипника скольжения турбоагрегата. Предложена методика измерения температуры, основанная на использовании автономного измерительного блока и термопар, установленных в роторе максимально близко к поверхности трения. Передача данных измерении производится по инфракрасному каналу на персональным коъшкнп ср. Померим не ■«•шн'р» гуры прокидшги к чн1ырн\ юнох г рфсшснннм 0,25Ч\" н шнреш-иостыо пс более = 0,6*0.". Для оценки точности разработанной спстс?1ы измереппя температуры пепользо вались тепловизор ГЫК ЕбО и измеритель НТП-1. Б результате разработана уникальная методика измерения температуры поверхностп трения вращающегося ротора экспериментального стенда. Предложенная методика может использоваться для определения с высокой точностью величины козффппнента ■ епшмндачи при «кл нпричнн ■ ильных н*ч:лндокинми\ прицепок I еи.шоГшннл к ио.ининникикых учла* трения скольжения.
Ключевые слова: температуря поверхности, поверхность трения, коэффициент теплоотдачи. средства измерений. узел трения, сращаюншнся ротор.
:. ввьдьнлъ
3 наетояшес время создание узлов трення с твердой смазкой з машинах н агрегатах язлясгся одним из актуальных направлении и сивоеменним м'-шинл.' грсенин Рсосиис иопросоа илдднил сумсся:- 1ыв;».ч.»_цю.сх уллии грезив имеет высохли приоритет. тах как создание энергетических машин на базе таких трнбосолряжешш ое /кгг & шкячу И1 гнпгмм гыхчки, чш. н гк»н> ичг]к*лк гу ц-1 1Кгнно им/кшшп ]);« хпды на мропмнриканиг. 111*1-нзводстзо. эксплуатацию и обслуживание энергетической установка в целом, а также уменьшает маесогэбарнт-ные характеристики агрегата [1].
Однако разработка таких узлов трения требует проведения значительных исследований и. соответственно, создание новых скидов и методов исследовашк. Одним из актуальных шшравдешш для исследования являют : л с нпгмы ш.мл.-и'ним гакнх учлоч цтни! [1. ?.] Одним им сложных к<и.р<хчш при ичучгнии тгмиюнбмкни ик-ляется измерение температуры поверхности трення вращающегося ротора [3] и температуры вспылил [4]. чгс обусловлено невозможностью применения стандартных методов измерения. е том чнеле по причине больших уиюных ЧЖ'ГОГ НрНЩГНИМ р11И])И, ГГГГНГННЫХ упижий [:Х1МП1.ГНИН дягчииж и гнпгмм ичмгргнич кмгмьих температур в ос ласти размещения средств измерения.
II ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Погрешность методики определения теплообмена между охлаждающей средой н узлом трення опрсзсляст-сх, ирелцлг лсяо, меюдшж оирелеленнл игмиеропуры иоыерхыосш г.ж:них виаш^клце. ис* репорт, «.ширил и большинстве случаев при исследовании узлов трепня индивидуальна Применение бесконтактных методов из
МГрКНИ» ТГМНГрН. урМ НГ фНМГНИМП чниду МЖГфуКГИКИЫХ (Х*.ИПГНН(М-|ГЙ |)ХЛаЯ,|ИГЪМИ«) ЮДШИИНИМЖОК) УХИИ
гренкя и изучаемых процессов. Измереш-:е температуры контактными методами предполагает применение термопар в связи с нх малыми габаритными размерами и прочностью. Прием сигнала с термопар различными токосъемниками (ртутный токосъем, щетки) неприемлем по причине сложности их устройства, наличия шумов, конструктивных особенностей экспериментального стенда.
Одним из современных способов передачи сигнала с врашаюшнхея оеьсктоз являются радио к инфракрасные каналы передачи данных. Существующие системы измерения, выпускаемые промышленностью, дорогостоящие и неприменимы в условиях экспериментального стенда, так как имеют большие габаритные размеры н
НГ ИМККГ! Г.ИГГГММ ПХЛЯЖДГНИХ упроЙ(-|КЯ иг-рг,ичи ГИГНаЛЛ, емта^м-и и тд
Поэтому дачная ря£ота поснттгена ра^работл? методики измерения темперятурьт лонерхиости трения вращающегося ротора, разработке способа сс реализации, выполнению комплекса испытаний а оценке погрешности предложенной методики.
Ш. ТЬОИ!*
Объектом игглелсвяния янляетп поверхность трения ротора, котпрмй входит в состав экспериментального епща хт исследования три 6и гелии чсских хаиакхеристк и процесса гешюи€мена .между охлаждавшей средой и поверхностями сора-зующими ссрповндный зазор подшниниксеого узла трення скольжения (Рис.1).
Рис. 1. Ришр а сборе.
I - втулка. 2 - зкладыш подишпника. 3 - втулка для АИБ. 4 - гильза с термопарой, 5 - ротор,
6 - труока, > - шкив.
При ьратпекии ротора (риг 1) говерхчпеть втулки 1 (рис 1) трется о годтгиттниь ? г твердей смазкой Вг> втулке 3 (Рис 1) размещен автономный измерительный блок (АИБ) Термопары, вблизи поверхности трения, установлены е гильзах 4 (рис. 1). От АИБ до гильз, термопары проведены через осевой и радиальные отверстия в роторе 5 (рис. 1). Во гобежаше перемещения прооодсв термопар в кг налах ротора проточки залиты комлауп дом. в который установлена капиллярные воздуховоды. Гильзы термопар установлены во втулке в натяг. Поверхность трения имеет твердость КИС 54 и шероховатость не более 0,32 мкм При трении выделяется теплота, ¿а счег чего иовь.шаси:и темкерахура иоддишнккг и роюра. Дл>. обеспечения рабошсиособноиш азюнидшош измерительного блока (максимальная рабочая температура соответствует 80"С) через каналы б. выполненные в роторе продувается воздух (рис 1) Крутящий момент к ротору подеодится через шкив 7 при помощи ременной передачи от асинхронного электродвигателя. Система охлаждения экспериментального узла трения реализована я серповидном зазоре яя лределями угла кон-ак-а трибосолряжения
Оргднгг ХНИЧГНИГ КС!.-н[и|1ИЦИГЧ1Ч 1П1.11НПУЫЧИ пжгрхнос И р<П П])Д СИфГДГЛНГИН ич урикнгним
- = У-р-с- (Тр.с2 - Тр.С.У а О ас. ТС1П) ¿ян 1. Кы
где а -коэффициент распределения тепловых потоков: с - течлгемкогтч охлаждающей среды, Дж К
Тст - средняя температура трущейся ттгтерхногти ротора
Р - плотность охлаждающей среды, КС / м* \ 1. - длина труттте йс я поверхности роторя д/; К радиус трущейся поверхности ротора, м;
а усреднённый по поверхности ротора коэффициент теплоотдачи. Вт I дг~ К : 7. - средни температура охлаждающей среды ня зхпле в аязор, сС Тос , - средняя температура охлаждающей среды на выходе та зазора. Т()( средняя температура охлаждающей срезы п зазоре. °С;
J - коэффициент трения:
Р - нагрузка на подшипник, Н;
V7- линейна я скорость ротора м/с;
V - объемный расход охлаждающей среды. м3/с: if
ом - коэффициент смыиаиия поверхности ротора Определение всех составляющих данного уравнения, за исключением зелнчнны температуры поверхности ротора, не вызывает существенных трудностей. В связи с чем величина погрешности а в данной задаче будет определяться, прежде всего, погрешностью методики измерения температур на поверхности трения ротора
<Тст)
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В сравнении с шггегральными датннсамн температуры и терморезасторамн термоперы имеют большую ме ханическую прочность и приемлемую погрешность измерении при компенсации температуры холодных концов термопары. Наиболее универсальной и доступной, обладающей высокой стабильностью и линейностью б настоящее время является термопара тина хромель - алюмель (К-шиа). Дня определения абсолютной температуры по тсрмоЭДС термопары целесообразно кспользозать интегральный преобразователь с тсрмоксмпснсаин-ей Г51 и далее передавать цифровой сигнал по беспроводному интерфейсу для анализа и обработки.
Функциональная схема разработанной системы измерения температуры поверхности вращающегося ротора представлена на рнс. 1. В рабочем режиме вращения ротора звтономный измерительный блок АИБ реализует следующие основные функции-
- измерение температуры поверхности трения ПТ вращающегося ротора в четырех точках посредством термопар ТП1.. ТП4;
определение датчиком оборотов ДО числа оборотов эращения ротора в секунду (минуту);
- беспроводную передачу дзнных по инфракрасному кзнзлу И К на персональный компьютер ПК.
Также при отгутгтиии вращения ротора АИБ позволяет обновить программное обеспечение через рааъем последовательного интерфейса ПИ и произвести зарядку акк>мулитира or внешнею источника иосгоянното напряжения 53.
АИБ
МИ <
ЭК
л.
п
МЛХ3166БК
мк
ДО
ид
>
ТП5
пи
+З.ЗВ
i3,7B
АКЬ КУЛ
н
СП
ик
МФ
ПК
Лзс. 2. Функциональная схема системы измерения температуры вращающегося ротора. ПТ - поверхность трения, ТП1 ТП4 - термоэлектрические преобразователи, ТП5 - компенсационная термопара, АИБ - автономный измерительны* блок ЭК" - ялектроиньгй коммутатор. П - преобразователь сигнала с термопар. МК - микроконтроллер. ИП ИД- инфракрасный диод. ПИ - носледозагельный интерфейс. ДО - датчик оборотов ротора, ОП - отражающая поверхность, КЗА - контроллер заряда аккумулятора, АКБ - аккумуляторная батарея, СП стабилизатор питания, МФ модуль фотоприемпнка, ПК персональный компьютер
VI ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для регистрации температур на поверхности трения вращающегося ротора экспериментального стенда бьша разработана уникальная удовлетворяющая в сен предъявляемым конструктивным н технико-экономическим требованиям, система измерения температуры.
Предложенная система измерения позволяет фиксировать температуру поверхности трения вращающегося ротора с разрешением 0,25"С и погрешностью не более ± 0.6°С. Таким образом, результаты измерения температуры. полученные при помощи реализованной системы измерения, являются адекватными и могут использоваться для определения с высокой точностью величины коэффициента теплоотдачи при экспериментальных исследованиях процессов теплообмена в подшипниковых узлах трения скольжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Chichmadze A.V. Braun Е. D. Interrelation of friction-wear and temperature characteristics of loaded opposite and similar friction couples under stationary and non-stationary regimes of friction // Тгеше i Iznos. 2000. P. 153-166
2. Velkavrh I., Ausserer F , Klienr S. [et al_] The influence of temperature on friction and wear of unlubncated steel/steel contacts in different gaseous atmosphere // Tnbology International. 2016. Vol. 9S. P. 155-171. doi: 10.1016/j. tribomt. 201 б.02.022.
3. Balakin. V. A., Sergiento V. P., Lysenot Yu.V. Temperature problems of friction // Тгеше l Iznos. 2002. P. 258-267.
4. Богданович П H , Ткачук Д. В. Влияния тепло физических свойств трущихся тел на температуру вспышки в высокоскоростном фрикционном контакте // Трение и износ. 2001. № 1. С. 10-17.
5. Штзргот Дж.. Мирза С., Иоффе Д. Современные термопары н ЕА-АЦП высокого разрешения обеспечивают прецизионное измерение температуры // Компоненты и технологии. 2012. № 1. С. 52-56.
