CC BY
6
УДК 621.512
A.В. Третьяков, A. V. Tretyakov, e-mail: [email protected] Н.А. Райковский, N.A. Raykovskiy, e-mail: [email protected] К.В. Щербань, KV.. Shcherban, e-mail: [email protected] Д.В.Зюлин, D.V. Zyulin
B.В. Потапов, V. V. Potapov
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk state technical university, Omsk, Russia
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОДШИПНИКОВ
DEVELOPING OF AN EXPERIMENTAL STAND FOR FULL-SCALE TESTS OF THE COOLING POLYMER BEARINGS
В работе изложены результаты разработки методики и экспериментального стенда для исследования три-ботехнических характеристик и теплового состояния несмазываемого быстроходного подшипника скольжения.
This work is devoted to the results of development of a technique and the experimental stand for research tribological characteristics and thermal state non-lubricated high-speed bearings.
Ключевые слова: полимерный подшипник, система охлаждения, трение, турбоагрегат, экспериментальный стенд
Keywords: polymeric bearing, system of refrigeration, friction, turbo-unit, experimental stand
В современном компрессоростроении более широкое распространение получают не-смазываемые узлы трения [1, 2]. Применение антифрикционных неметаллических материалов в подшипниках компрессорных машин в целом, и в турбоагрегатах особенно, связанно с
141
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
рядом проблем, а именно с обеспечением приемлемых ресурса и теплового состояния трибо-сопряжения [2, 3, 4]. Для решения данных проблем необходимо разработать методику экспериментального исследования подшипников турбоагрегатов с системой охлаждения серповидного пространства жидкостью или газом, и создать стенд для ее реализации.
В разработанном экспериментальном стенде условно можно выделить несколько основных систем и сборочных единиц: система охлаждения полимерного подшипника путем подачи охлаждающей среды в серповидное пространство, система измерения температурных характеристик узла трения, система измерения триботехнических характеристик узла трения, ротор, экспериментальный подшипниковый узел трения и упорный подшипник. Экспериментальный стенд показан на рис. 1, основные характеристики представлены в таблице 1.
б
а
в
Рис. 1. Экспериментальный стенд для исследования несмазываемых подшипников скольжения малорасходных турбоагрегатов: а - чертеж; б - 3Б модель; в - корпус в сборе и ротор 1 - несмазываемый экспериментальный подшипник; 2 - корпус подшипникового узла специальной конструкции; 3 - упорный подшипниковый узел трения; 4 - ротор в сборе;
5 - корпус экспериментального стенда; 6 - крышка корпуса стенда; 7 - улитка
Привод ротора экспериментального стенда пневматический. Сжатый воздух направляется в улитку, где расширяясь, приводит во вращение рабочее колесо турбины и, соответственно, весь ротор в сборе. Варьирование частотой вращения ротора реализовано за счет изменения массового расхода сжатого воздуха.
142
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Таблица 1
Параметр Ед. измерения Значение
Схема контакта Обратная пара трения: вращающийся подшипник -неподвижный корпус
Частота вращения ротора об/мин До 50 000
Наружный диаметр подшипника м 0,02
Длина подшипника м 0,03-0,046
Контактное давление МПа 0,1-0,15
Скорость скольжения м/с До 52
Схема охлаждения узла трения Серповидное пространство
Охлаждающая среда Газ, жидкость
В связи с необходимостью охлаждения серповидного пространства были разработаны система охлаждения несмазываемого подшипника и специальный разборный корпус опытного подшипникового узла трения, обеспечивающий подачу охлаждающей среды и надежную фиксацию термопар по схеме, представленной на рис. 2. Варьирование температуры в зоне трения реализуется за счет изменения глубины интенсификации охлаждения.
Жидкость подается через нижнее отверстие в корпусе подшипникового узла 1, затем через отверстия в гильзе 2 направляется непосредственно в серповидное пространство (рис. 2). Наличие сменной внутренней гильзы позволяет имитировать необходимое для исследований контртело, изготовленное из требуемого материала с необходимыми физико-механическими свойствами поверхности (твердость, чистота обработки и т.д.).
Для измерения температуры в зоне трения используются хромель-алюмелевые термопары, сигнал с которых фиксируется прибором В7-34А. Обратная пара трения позволяет располагать термопары в непосредственной близости от места контакта в неподвижной металлической гильзе разборного подшипникового узла. Металл обладает высокой теплопроводностью, и за счет того, что они располагаются в выточках гильзы на расстоянии 1 мм от поверхности, погрешностью измерения температуры, определяемой схемой установки тер-
мопар можно пренебречь.
Рис. 2. Специальный разборный корпус подшипникового узла: 1 - корпус подшипникового узла; 2 - сменная гильза; 3 - термопары
143
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Использование 12 термопар и места их установки позволяет построить температурное поле всего подшипникового узла трения. Такой объем термопар необходим для проверки адекватности математической модели, связанной с определением теплового состояния и три-ботехнических характеристик охлаждаемого несмазываемого трибосопряжения с учетом течения среды в серповидном пространстве.
В результате проведенной работы разработан инструмент в виде экспериментальной методики, позволяющей исследовать триботехнические характеристики и тепловое состояние несмазываемого быстроходного подшипника с охлаждением серповидного пространства, и экспериментальный стенд для ее реализации, что позволяет ответить на ряд важнейших вопросов, определяющих ресурс и надежность такого трибосопряжения.
Библиографический список
1. Технологические методы повышения долговечности машин микрокриогенной техники / Б.Т. Грязнов, А.Н. Зинкин, В.В. Прудников, В.П. Стасенко. - Новосибирск: Наука. Сиб. Предприятие РАН, 1999. - 272 с.
2. Гаркунов, Д. Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин) / Д. Н. Гаркунов. - М.: Изд-во МСХА, 2002 - 623 с.
3. Трение и модифицирование материалов трибосистем / Ю.К. Машков, К.Н. Поле-щеко, С.Н. Поворознюк, П.В. Орлов. - М.: Наука, 2000. - 280 с.
4. 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.
