Авиационных двигателей пособие по выполнению лабораторных работ для студентов IV курса специальности 160900 всех форм обучения
|
Скачать 0.57 Mb.
|
Лабораторная работа №4Экспериментальное определение критических режимов вращения ротора 4.1.Цель работы -Изучение и освоение методов определения критических частот вращения ротора. -Выявление областей рационального использования различных методов определения критических режимов вращения ротора. 4.2.Задание на выполнение лабораторной работы 1. Произвести расчёт критической частоты вращения ротора с центральным расположением диска между шарнирными опорами. 2. Определить критическую частоту вращения ротора по замерам жёсткости вала при статическом прогибе. 3. Определить критическую частоту вращения ротора путём замера частоты его собственных колебаний. 4. Произвести экспериментальное определение критической частоты вращения ротора. 5. Исследовать влияние изменения жёсткости опоры на критическую частоту вращения. 6. Оформить отчёт о проделанной работе. 4.3.Общие положения При работе газотурбинного двигателя, как и любой роторной машины, существует опасность возникновения таких режимов, на которых ротор может потерять устойчивость. Эти режимы вращения называются критическими и сопровождаются возникновением и резким увеличением его погибов и усилий, действующих на опоры. Потеря устойчивости быстровращающегося ротора может произойти в силу того, что он не является абсолютно жёстким и не может быть идеально сбалансирован. Для анализа явления неустойчивости рассмотрим простейшую схему ротора, представляющую собой невесомый вал, на который с эксцентриситетом  посажен диск массы  . Чтобы исключить влияние силы веса диска будем считать, что ось вала расположена вертикально. Для исключения влияния гироскопических моментов диска . Для исключения влияния гироскопических моментов диска при прогибе вала будем полагать, что диск расположен посредине пролёта между опорами (Рис.4.1).При вращении вала с частотой  за счёт эксцентричного расположения диска возникает центробежная сила, вызывающая изгиб вала, величину которого в месте крепления диска обозначим через  . Это приведёт к тому, что центр масс диска будет вращаться по окружности с радиусом  .Величина центробежной силы составит  Если коэффициент изгибной жёсткости вала обозначить через  , то уравнение равновесия диска в предположении, что прогиб диска происходит с малым ускорением, будет иметь вид .Отсюда.   (4.1)При выполнении равенства  знаменатель выражения (4.1) становится равным нулю, то есть решение уравнения равновесия рассматриваемой системы терпит разрыв. Это Рис.4.1. Схема простейшего ротора означает, что условие равновесия силы упругостицентробежной силе при частоте вращения, равной  , (4.2)не выполняется. Эта частота называется критической частотой вращения ротора. Легко заметить, что значение критической частоты совпадает с частотой собственных колебаний системы диск – вал. По этой причине иногда встречаются ошибочные определения критического режима вращения ротора как режима резонансных колебаний. Более детальные исследования показывают, что при частоте вращения, меньшей, чем  , с увеличением частоты вращения ротора величина его прогиба растёт. Следует отметить, что при этом напряжения изгиба в волокнах вала также растут, не меняя своего знака, т.е. растянутые волокна на внешней стороне вала по отношению к строительной оси ротора остаются растянутыми, а сжатые (на внутренней стороне изогнутого вала) – остаются сжатыми.При  диск неудержимо отклоняется от оси вращения со скоростью, равной (4.3)Для валов с высокой жёсткостью, имеющих большие значения , скорости нарастания прогиба бывают столь велики, что за малые доли секунды наступает разрушение вала.Так как при  расстояние от оси вращения роторной системы до центра диска растёт со скоростью, определяемой формулой (4.3), то растёт и массовый момент инерции ротора. Следовательно, для поддержания частоты вращения, равной критической частоте, необходимо увеличение потребного крутящего момента на валу по закону .Только в том случае, когда скорость возрастания крутящего момента оказывается выше указанного значения, частота вращения может подняться выше . Такой переход целесообразно осуществлять для ротора с небольшой изгибной жёсткостью.Обратимся вновь к формуле (4.1) и запишем её в виде  . (4,4)В результате анализа этого выражения можно сделать следующие выводы. 1) С ростом при  прогиб вала , как уже было сказано выше, растёт и особенно интенсивно при , близких к .2) При переходе через критический режим от к  величина прогиба меняет знак. Точнее, прогиб приобретает знак, противоположный эксцентриситету . Это означает (Рис.4.2), что центр масс диска в результате его проворота при на 1800 оказывается ближе к оси вращения ротора, чем ось вала в точке крепления диска.  3) При дальнейшем увеличении частоты вращения и стремлении её к бесконечности  Рис.4.2.Переход через критический режим прогиб стремится к  , то есть центр масс диска устанавливается на оси вращения ротора. Происходит, как это принято называть самоцентрирование ротора. Для ротора небольшой жёсткости можно таким образом получить хорошо сбалансированную систему на рабочей частоте, превышающей критическую частоту вращенияРоторы, рабочий диапазон частот вращения которых лежит в пределах от 0 до 0,75 , принято называть жёсткими роторами, а при рабочих частотах свыше 1,45- гибкими роторами.С  казанное наглядно иллюстрируется графиком зависимости  от  (рис.4.3) , где  . (4.5)Заметим, что, как это упоминалось ранее, при всяком фиксированном значении частоты вращения, кроме , вращение сопровождается определённой и неизменной во времени деформацией вала. Любое его волокно в Рис.4.3. Гибкий и жёсткий роторы процессе вращения остаётся сжатым или растянутым. В этом смысле рассматриваемое явление ни в коей мере нельзя относить к явлениям динамическим, хотя при вращении неуравновешенного ротора опоры испытывают знакопеременные нагрузки.Учитывая это, критический режим вращения ротора правильно определить как режим потери устойчивости ротора от действия центробежной силы. Как это следует из формулы (4.1) критическая частота вращения ротора численно равна частоте его собственных колебаний 4.4.Лабораторная установка Внешний вид установки показан на рисунке 4.5. На рисунке 4.4 приведена схема экспериментальной установки. Она включает в себя исследуемый ротор, привод и систему регистрации параметров.  Рис. 4.4. Схема экспериментальной установки Вал ротора 6 вращается на опорах 1 и 7. Диск 3 расположен на равных расстояниях от опор. Конструкция левой опоры 7 выполнена таким образом, что сдвоенный подшипник препятствует повороту сечения вала при его изгибе. Правая опора 1 с регулируемой жёсткостью обеспечивает его шарнирное опирание. Для ограничения прогибов вала при проходе через критический режим установлен ограничитель 2. Привод ротора включает электродвигатель постоянного тока 8, питание которого осуществляется от сети через выпрямитель 12 Для регулирования частот вращения электродвигателя в электрическую сеть включён реостат. В состав системы измерений входят система замера прогибов вращающегося ротора и система регистрации частоты вращения. Первая из этих систем включает в себя индуктивный датчик и блок питания 16, соединённые с гальванометром шлейфового осциллографа 15. Измерение частоты вращения производится датчиком тахометра 9, сигнал которого выводится на стрелочный прибор 11 и шлейфовый осциллограф 15.Пьезоэлектрический преобразователь (пьезощуп) 17, Звуковой генератор 15 и электронно – лучевой осциллограф 20 служат для экспериментального определения частот собственных колебаний ротора. Для повышения точности замера частоты колебаний предназначен электронный частотомер 19. Сигнал с генератора 15 поступает на горизонтальный вход осциллографа 20, а на вход вертикальной развёртки – сигнал пьезоэлектрического преобразователя 17. Возбуждение колебаний производится ударами по диску ротора молоточком с резиновым наконечником. В результате этих ударов происходят затухающие колебания ротора с частотой первого тона. Подстройкой звукового генератора можно добиться совпадения частоты сигналов, поступающих на горизонтальную и вертикальную развёртки осциллографа, о чём можно судить по появлению на его экране эллипса.  Рис. 4.5.Внешний вид установки Для определения статической жёсткости ротора путём измерения его прогиба под нагрузкой используется (Рис. 4.6) индикатор перемещений часового типа 5 и несколько грузов 2 одинаковой массы для последовательного нагружения вала в вертикальном направлении. Г  рузы выполнены в форме дисков с центральными отверстиями под шток 3, который ввинчивается в диск ротора 4. Предварительно вал ротора стопорится винтом 1, чтобы шток принял верхнее вертикальное положение.Конструкция правой опоры (Рис.4.6) позволяет изменять ее вертикальную жёсткость. Рис. 4.6.Схема измерения прогиба Подшипник 3 размещён внутри разрезного вкладыша. 4 Вкладыш с помощью фланца крепится одним концом к корпусу 5. Резьбовая втулка 2 при вращении гайки 1 может перемещаться внутри корпуса по вкладышу, изменяя тем самым условия опирания подшипника. При крайнем правом положении втулки, когда она полностью убрана в корпус, жёсткость опоры будет минимальной 4.5.Порядок выполнения работы 4.5.1 Расчетно – теоретическое определение .В предположении, что масса вала, имеющего жёсткость  , мала в сравнении с массой диска критическая частота вращения рассчитывается по формуле: . (4.6)Рис.4.7. Опора переменной жёсткости Имея в виду, что жёсткость вала  с одной опорой, препятствующей повороту сечения, и другой, представляющей собой шарнир, в месте посадки диска равна , (4.7)где  модуль упругости материала вала, Момент инерции сечения вала, расстояние между опорами.Расчетно – теоретический метод подразумевает определение критической частоты вращения ротора по формулам (4.6) и (4.7). 4.5.2. Прямое экспериментальное определение Для прямого экспериментального определения необходимо выполнить следующие операции (см. рис.4.4).- включить питание шлейфового осциллографа 13; - включить электропитание пульта управления; - установить и зафиксировать винтами защитные кожухи; - Убедиться, что шток вывернут из диска и вал не зафиксирован стопорным винтом; - вывернуть втулку регулируемой опоры для установки её в крайнее левое положение, соответствующее максимальной жёсткости опоры; - предупредить присутствующих об опасности пребывания в плоскости вращения диска и включении установки; - поворачивая ручку по часовой стрелке, привести ротор во вращение и плавно разогнать его до оборотов, соответствующих 6 делениям по шкале тахометра, напряжение в сети контролировать по вольтметру, следя за тем, чтобы оно не превышало 220 в; - по достижении 6 делений по шкале тахометра, быстро вращая ручку реостата против часовой стрелки уменьшить напряжение в сети установки и частоту вращения до нуля; - как при росте, так и при падении частоты вращения определить критическую частоту вращения по тахометру, имея в виду, что момент наступления критического режима соответствует максимальному уровню вибрации: - используя запись шлейфового осциллографа, построить график зависимости относительного прогиба  от частоты вращения ротора и с его помощью определить критическую частоту вращения .При плавном увеличении частоты вращения ротора возрастает “тряска” установки. Особенно сильной она становится вблизи критической частоты вращения. Эту частоту нужно проходить ускоренно. При дальнейшем увеличении частоты вращения “тряска” заметно снижается, благодаря самоцентрированию ротора. При выбеге ротора с уменьшением частоты вращения переход через критический режим опять сопровождается интенсивной тряской. 4.5.3.Определение критической частоты вращения по экспериментальному измерению частоты собственных колебаний Для экспериментального определения частоты собственных колебаний необходимо проделать следующие операции. - включить тумблером 14 звуковой генератор 15 и тумблерами 16 и 21 частотомер 19 и электронно – лучевой осциллограф 20; - приложить пьезоэлектрический преобразователь (пьезощуп) к валу около диска так, чтобы его ось наибольшей чувствительности находилась в вертикальной плоскости, и лёгкими ударами резинового молоточка по диску вызвать изгибные колебания ротора; - изменяя частоту сигнала звукового генератора вращением ручки лимба, добиться появления эллипса на экране осциллографа, что свидетельствует о равенстве частот колебаний ротора и сигнала генератора; - записать значение частоты и по формуле 4.1, произведя пересчёт частоты, измеренной в Гц в 1/c, определить критическую частоту вращения ротора; - выключить аппаратуру. 4.5.4.Определение критической частоты вращения по статическому прогибу Для определения критической частоты вращения по статическому прогибу следует произвести экспериментальное измерение жёсткости вала в точке крепления диска. С этой целью при выключенных измерительных приборах и и системе привода необходимо произвести следующие операции. - снять защитные кожухи; - Застопорить вал винтом в таком положении, при котором шток занимает верхнее вертикальное положение; -Расположить рычаг индикатора под центром диска и установить шкалу индикатора на нуль; - аккуратно, не допуская ударов, надеть на шток первый груз и снять показание индикатора; - повторить измерения, догружая вал вторым и третьим узами; - произвести измерения, последовательно снимая по одному грузу; - показания индикатора занести в таблицу 4.1 Таблица 4.1
- определить среднее значение жёсткости  и по формуле 4.5 определить критическую частоту вращения 4.6. Оформление отчета Отчёт должен содержать: - задание на лабораторную работу, - схему установки с сетью соединения и электропитания приборов и аппаратуры, - исходные данные, - результаты регистрации измеряемых параметров, - график зависимости относительного прогиба вала от частоты вращения ротора, - результаты определения критических частот вращения различными способами, - выводы о проделанной работе. В выводах необходимо отразить качественное и количественное сравнение различных способов определения критических частот вращения ротора. |
|||||||||||||||||||||||||||
м
н/мПохожие:
 |
Методические рекомендации по выполнению лабораторных и практических... Методические рекомендации по выполнению лабораторных и практических работ для студентов 2-го курса |
 |
Методические указания по выполнению практических и лабораторных работ... Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит... |
|
А. А. Илюхин радиоизмерения пособие Данное пособие издается в соответствии с учебным планом для студентов специальности 201300 всех форм обучения |
|
Учебно-методический комплекс для студентов всех форм обучения по... «Экологическое право» составлен в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования... |
|
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для... Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов по специальности 13. 02. 11 «Техническая эксплуатация... |
|
Безопасность жизнедеятельности с основами экологии ... |
|
А. М. Кориков основы проектирования информационных систем Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения специальности «Прикладная информатика в экономике» |
|
Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине... Изыскания и основы проектирования, автомобильных дорог. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Основы... |
|
Методические указания по дипломному проектированию и выполнению выпускных... Методические указания по дипломному проектированию и выполнению выпускных квалификационных работ для студентов всех форм обучения... |
|
Учебное пособие «Русский язык и деловая документация» подготовлено... Пособие содержит теоретический материал по темам курса, вопросы для проверки знаний, упражнения для практической отработки навыков... |
|
Методические указания для студентов по выполнению лабораторных и... Методические указания для студентов по выполнению лабораторных и практических работ |
|
Составление энергетического паспорта предприятия Учебно-методическое пособие по выполнению практических и лабораторных работ для студентов по специальности 13. 02. 11 «Техническая... |
|
Методические указания по изучению курса и выполнению контрольных работ Для студентов зф Автоматизированные системы бронирования и продажи авиационных услуг: Методические указания по изучению курса и выполнению контрольных... |
|
«Технология и организация ремонтно-строительных работ» при капитальном... Методическое пособие предназначены для студентов V курса очной и заочной форм обучения специальности 100100 «Сервис» специализация... |
|
Методическое пособие для студентов 2011 год ивановский фармацевтический колледж Методическое пособие по фармакологии предназначено для студентов 2 курса очной и очно-заочной форм обучения (специальность Фармация,... |
|
Учебное пособие по выполнению курсового проекта «Технология и организация... Учебное пособие предназначено для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги» очной форм обучения для курсового и дипломного... |