Информационно-измерительная система экспериментального стенда с турбинным приводом для исследования активных комбинированных опор роторов

Информационно-измерительная система экспериментального стенда с турбинным приводом для исследования активных комбинированных опор роторов

Отрасли, категории, применение: Авиация и РКТ, Машиностроение, LabVIEW Real-Time

Краткое описание:

В статье представлено описание конструкции и принципа работы комбинированного подшипникового узла с активным управлением зазором лепесткового газодинамического подшипника. Комбинированный подшипниковый узел представляет собой совмещенный подшипник качения и лепестковый газодинамический подшипник по последовательной схеме, а также электромагнитные катушки, размещенные на корпусе и парные каждому лепестку, что позволяет управлять деформацией каждого лепестка через параметры питающего напряжения электромагнитных катушек.

Организация

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

Описание решения

Постановка задачи

В силу определенных ограничений, присущих используемым опорным узлам, одним из направлением совершенствования последних стало комбинирование различных подшипников и/или внедрение активных систем управления. Авторами предлагается конструкция комбинированного мехатронного опорного узла, изображенного на рисунке 1. Комбинированная опора состоит из корпуса 1, в котором установлены подшипник качения 2, в подшипнике качения 2 закреплена втулка 3 с металлическими пластинами 4, которые служат элементами центрирования вала 5. По окружности в корпусе 1 закреплены электромагнитные катушки 6. Для стопорения внутреннего кольца на основном режиме работы комбинированной опоры установлены пьезоэлементы 7, закрепленные на кольце 8.

Устройство работает следующим образом: в начальный момент времени передача нагрузки с вала 5 на корпус 1 осуществляется через металлические пластины 4 и тела качения подшипника качения 2. По мере возрастания скорости вращения вала 5 на электромагнитные катушки 6 и пьезоэлементы 7 подается напряжение. Возникает электромагнитное поле, которое отгибает пластины 4 от поверхности вала 5, при этом между пластинами 4 и валом 5 образуется воздушный зазор, в котором возникает газодинамическая сила, которая центрирует вал и воспринимает внешнюю нагрузку. Внутреннее кольцо подшипника качения 2 стопорится пьезоэлементами 7 с торцевых сторон, таким образом, подшипник качения 2 выключается из работы. При остановке происходят обратные процессы. При этом повышается устойчивость вращения ротора за счет повышенного демпфирования со стороны упругих металлических пластин.

Такая конструкция накладывает определенные требования для системы управления и отработке алгоритмов проектирования. Для достижения этих целей в настоящее время ведется работа по созданию экспериментального стенда с турбинным приводом для исследования активных комбинированных опор роторов.

Используемое оборудование и программное обеспечение

Создание программного обеспечения для решения поставленной задачи осуществлялось в среде программирования NI LabVIEW 8.6 с модулем NI LabVIEW Real Time. Для реализации системы была использована платформа NI PСI с АЦП/ЦАП NI PСI-6052E, реконфигурируемым модулем NI SC-2345 и модулями согласования NI SCC-CI20 и реле NI SCC-AO10.

Решение

На рисунке 2 представлен экспериментальный стенд с турбинным приводом для исследования активных комбинированных опор роторов. Экспериментальный стенд состоит из компрессора 1, который присоединяется к раструбу турбины 2. Турбина крепится на станину 3. В корпусе 4 установлены исследуемые комбинированные опоры 5. Датчики 6 снимают радиальные перемещения вала, датчик 7 частоту вращения вала.

На рисунке 3 представлена структурно-функциональная схема экспериментального стенда. Принцип работы системы заключается в следующем: в начальный момент времени оператор выставляет необходимую скорость вращения вала турбины, затем поступает сигнал на частотный преобразователь и тот, изменяя частоту вращения двигателя компрессора, регулирует массовый расход, от которого зависит частота вращения вала турбины. При достижении рабочей скорости подшипника скольжения на электромагнитные катушки подается напряжение и создается электромагнитное поле, которое отгибает лепестки подшипника скольжения и создается газодинамическая сила, что приводит к выключению подшипника качения из работы. На базе структурно-функциональной схемы подобраны комплектующие информационно-измерительной системы, схема которой представлена на рисунке 4. В настоящее время ведется работа по созданию опытных образцов активных комбинированных опор для проведения их дальнейших испытаний.

Экспериментальные результаты по работоспособности комбинированной опоры с активным управлением будут представлены в последующих работах авторов.

Внедрение и перспективы

Работа ведется в рамках прикладного научного исследования «Разработка активных комбинированных подшипниковых узлов роторных агрегатов летательных аппаратов» (уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57414X0044).

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика