Способ определения динамического коэффициента момента на валу

 

Социапистическик

P (п)887952 еспублик

ЙЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07. 04. 80 (21 ) 2907242/18-10 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 07. 12 ° 81 ° Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 09. 1 2. 81 (5I )NL. Кл.

С 01 L 5/26

Ркударстееикы1 камитет

СССР иа делам изабретеккй и открытий (53.) УДК 531. .781(088.8) (72) Автор . изобретения

В.С. Шкрабак

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственный институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА

МОМЕНТА НА ВАЛУ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении динамического коэффициента момента тяговой турбины тракторного двухвального газотурбинного двигателя при неустановившихся режимах работы, необходимого, например, для вычисления мгновенных значений крутящего момента, эффективной мощности и тяговых свойств

10 газотурбинного трактора, Известен способ определения мощности на выходном валу двигателя, заключающийся в загрузке двигателя, 15 измерении средней тормозной силы и пределов колебания скорости вала тормоза при постоянной во времени тормозной силе и определении по ним мощности и коэффициента момента 11 .

Недостатком известного способа является то, что он неприменим для газотурбинного двигателя при неустановившихся режимах работы, так как предусматривает определение не мгно= венных, а средних значений нагрузки и пределов скорости вала, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения полезного момента и мгновенной мощности насоса по коэффициенту момента, заключающийся в измерении смещения стержня насоса и

\ его нагрузки в функции времени адя полного цикла работы насоса f2). Этот способ приемлем для кривошипных механизмов, имеющих возвратно поступательное движение и не может быть использован в роторных машинах, например в газотурбинных двигателях.

Указанная цель достигается за счет того, что в качестве параметров, характеризующих нагруэочный и скоростной режимы, выбирают амплитуды угловой скорости и момента сопротивления, Ф

887952 где Мт

11с

55 тт время. на валу, а величину коэффициента момента определяют по формуле где К вЂ” динамический коэффициент момента;

hHq — амплитуда колебаний момента сопротивления; 10 амплитуда колебаний угловой скорости вала;

Зпр — приведенный к валу момент инерции движущихся масс агрегата; 15

Л вЂ” круговая частота изменения <омомента сопротивления. kla фиг. 1 представлена схема агрегата с двухвальным газотурбинным двигателем и действующих моментов; на, щ фиг. 2 — общий вид зависимости крутящего момента на валу тяговой турбины от ее угловой скорости; на фиг. 3 закономерности изменения момента сопротивления и угловой скорости вала тяговой турбины при колебательном характере нагрузки.

Целью изобретения является определение динамического коэффициента мо30 мента на валу тяговой турбины двухвального газотурбинного двигателя в условиях неустановившихся нагрузок с колебательным характером.

Общая схема агрегата с двухвальным газотурбинным двигателем (при газодинамической связи роторов) содержит компрессор 1, турбину 2 компрессора; тяговую турбину 3; редуктор

4; сцепление з, приводимый агрегат 6.

Известное уравнение динамики тяговой турбины двухвального газотурбинного двигателя (1"Я) при газодинами— ческой связи роторов трубокомпрессора и тяговой турбины имеет вид..

1"1тт — 1 1с + пр (1) с тт оь1 крутящий момент на валу тяговой турбины; момент сопротивления, создаваемьп приводимым агрегатом; приведенный к валу тяговой турбины момент инерции подвижных масс; угловая скорость вала тяговой турбины;

Момент М на валу тяговой турбины при рабате двигателя, схема которого представлена на фиг. 1, в установившихся режимах меняется по зависимости, представленной на фиг. 2. Иэ фиг. 2 видно, что момент Мтт в любой точке (к примеру 3 и ZI) зависимости

М =Г1 Иг1) может быть определен по формуле;, M т ™Tò t,9 (п « тт ), (2) где М вЂ” значение крутящего момента на валу тяговой турбины в начальной исходной точке; и тт — значение угловой скорости вала тяговой турбины в той же начальной (исходной) точке; угол наклона линии М к горизонтали (в данном случае линии Л/тт

W,è 1И - угловые скорости;

Ятями МТ1 — крутящие моменты в точках ь

1 и П.

Тангенс угла наклона линии Мтт к оси Ютт обозначим через К и назовем условно коэффициентом изменения момента, т.е. К = tg A

Тогда формулу (2) перепишем так. и ц.

Mтт = M>1 K (1 тт тт) (3) В условиях установившихся режимов, когда на вал тяговой турбины действует постоянный момент сопротивления, величину момента Мтт в точках

1 и П. (или любых других на линии

МTT = (М легко определить, зная угол - наклона линии Мтт к оси М т тр который при постоянной угловой скорости ротора турбокомпрессора

Wn=corlst в условиях установившихся режимов работы тяговой турбины является Hpèýìåнным. Поэтому определить этот угол (, а значит и коэф- фициент К в таких условиях просто, получив на основе эксперимента два значения Мтт при любых двух значе-, ниях Ж т. В практике работы двухвальных газотурбинньгх двигателей в условиях установившихся режимов определение коэффициента К проводят на основе построения в масштабе функций N =-F(W ), определяя каждый раз значение угла о(., а значит и К.

В условиях же неустановившихся режимов работы турбины, когда на ее

887952 а при t имеем.

2S 5irl (nt f

30 „g0S (Ят+ f Ì )+

8 - Мс q м

:«пр Л Q. — CGÜ е

S0 (9) SS ь!п(A.t+ fur +Мм< %и)=

= ДМ, sin(>t+Жм) вал действует колеблющийся, к примеру, по синусоиде момент сопротивления, определить непосредственно из эксперимента не только мгновенное, но и осредненное значение коэффициента К не представляется возможным, так как приходится иметь дело с мгновенными значениями параметра, т,е. -Й 4 т- а значит и

Следовательно не представляетаt ся возможным судить о точном значении крутящего момента Мт тяговой турбины в таких условиях, а следовательно, и мощности двигателя.

Поэтому в условиях неустановившихся нагрузок при колебательном ха" рактере изменения момента сопротивления, имеющего место, например, у пахотных и им подобных агрегатов,, значение динамического коэффициента

K определяется на основе соотношения между амплитудами момента и угловой скорости вала, на который действует этот момент, в данном случае— вала тяговой турбины.

Как показывает анализ, с допустимой погрешностью можно считать, что момент сопротивления пахотного агрегата изменяется по синусоиде, описываемой зависимостью р&«««(ЛМс (4) г где ЬИ вЂ” амплитуда изменения момента сопротивления от среднего его значения Ис.ep..

Я, — круговая частота изменения момента сопротивления, равная = †" (где Т вЂ” период изТ менения момента сопротивления); время;

q — начальная фаза колебания мс момента сопротивления.

Параметры величин, входящих в уравнение (4), обозначены на фиг. 3.

Обозначим возникающую под действием изменяющегося по уравнению (4) момента сопротивления пульсацию угловой скорости так:

cJ — тт « тт (5) Подставим теперь значение величины из выражений (3) и (4) в уравнение (1). Тогда с учетом равенства (S) получим: и + К 4/ = ДМс З " Й « Мс1 (6) При изменении момента сопротивления по формуле (4 ) через некоторый про" межуток времени после начала этого измеМения движение становится квазиустановившимся и поэтому колебания угловой скорости вала тяговой турби-, ны также будут описываться синусоидой, так как общее решение уравнения (6) состоит из суммы .членов вида

«О с1

ur c 3 р + с,Гв «т(ЛЛ+Фт), цб д (аГ е«п (Лt. t 9cu5 (7) где 444 амплитуда изменения угловой скорости вала тяговой турбины, соответствующая изменению момента сопротивления Hà ЬИс;

20 $07 — начальная фаза колебаний уг" ловой скорости вала тяговой турбины. ь

Подставим вместо à уравнение (6) ее значение из равенства (7) и выполнив преобразование, получим;

3S

Обозначим сдвиг по фазе между изменением момента сопротивления N и угловой скоростью М вала тяговой турбины через 8, т.е.

Кроме того, обозначим:

Тогда выражение (8) после подстановки и преобразований запишем так;

887952 а после сокращений (10) Отсюда;

1О

Таким образом, зная параметры колебаний (пульсации) момента сопротив- 15 ления (нагрузки) Ис, в частности амплитуду 011с и круговую частоту Л ) которые не представляет труда замерять непосредственно в полевых или стендовых условиях, М также ампли- . 2О туду (отклонение от средней 6%угловой скорости), что также нетрудно получить в эксперименте, при известном приведенном моменте инерций пр находим значение динамического коэф- 23 фициента К изменения момента, а по нему и значение крутящего момента (по формуле 3), а значит и мощность двигателя на неустановившихся колебательных режимах. 30

Преимущество способа состоит в его простоте и приемлемости (для вала тяговой турбины двухвального газотурбинного двигателя) не.только для лабораторных, но и для эксплуатациЗS

oHHhlx условий неустановившихся нагрузок с колебательным характером, что достигается установлением динамического коэффициента момента по измеренным амплитудам момента сопротивления и угловой скорости.

Формула изобретения

Способ определения динамического коэффициента момента на валу, заключающийся в измерении двух параметров, характеризующих нагрузочный и скоростной режимы с последующим аналитическим расчетом, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью определения динамического коэффициента i.oèåíòà на валу тяговой турбины двухвального газотурбинного двигателя в условиях неустановившихся нагрузок с колебательным характером, в качестве параметров, характеризующих нагрузочный и скоростной режимы, выбирают амплитуды угловой скорости и момента сопротивления на валу, а величину коэффициента момента определяют по формуле; где К вЂ” динамический коэффициент момента;

511<- амплитуда колебаний момента сопротивления; амплитуда колебаний угловой скорости вала, np — приведенный к валу момент инерции движущихся масс агрегата;

Л вЂ” круговая частота изменения момента сопротивления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 681336, кл. G 01 L 3/24, 23.03.78

2. Патент,CIUA ¹ 3765234, кл. 73-136, опублик. 1973 (прототип).

887952

/" т r( тт

Фиг. 2

Составитель В. Герасимова

Редактор О. Филиппова Техред Е.Гаврнлешко Корректор Г. Решетник

Заказ 10714/10 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий

113035 Иосква Ж-35 Рарпская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4