Способ определения динамического коэффициента момента на валу

(п)887952 еспублик ЙЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 07. 04. 80 (21) 2907242/18-10с присоединением заявки РЙ(5 )М. Кл. С 01 1. 5/26 Ьаударстееикык камитет СССР иа делам изабретеккй и открытий(72) Автор изобретения В.С. Шкрабак Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственный институт .(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 свойств1 Огазотурбинного 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 способаявляется то, что он неприменим длягазотурбинного двигателя при неустановившихся режимах работы, так какпредусматривает определение не мгновенных, а средних значений нагрузкии 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 иего нагрузки в функции времени,бдя полного цикла работы насоса 2. 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, вь.бирают амплитуды угловой скорости и момента сопротивления,Ф887952 ский коэффициен динами мента; гд точке (к Мтт=Г (ат Формуле. плитуда колебаниипротивления;плитуда колебаний ен 1 п тт ) углово скорости вала;триведенный к в йе М,. - значе е крутящего м тяговой турб ьной исходной ен ом пр на ва ны масс а ерции движущих начал 15 егата; ке;значение углвала тягово а изменения уговаямента с с вой ск т ротивления.явлена схемагазотурбиннымих моментов; турбины в (исходной 1 а фиг ре едст ке начально гата с дв гателем и фиг 2 -хвальным очке действуюбший видта на вал Мтт к уголгорича наклона лин зонтали (в д е линии Юттугловые скорости висимости крутярбины н У оме тяговоити на щег от ее угловои ско фиг. 3 ения момента со й скорости вала колебательном фтт,и Итт "тт,и Гтт ости изме законом противл я и углов рбины при нагрузки. тяговои т характере Тан к ос ем ус ента огда К я 4 с( ттпр где Г 1 т а валу тя тящии момен рбины;опротив вон ия, создагрегамомент в аемьп приводимь м д ф тя гов ННЫИ К В- приведтурбинь вижных масс; скоросбины; и К. вала тяготт - углова вой ту С - время.словиях жемов работы т ано вшихсяда на е ре ны, к на валу, а величину коэффициента момента определяют по формуле Целью изобретения является опреде ление динамического коэффициента момента 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 5, приводимый агрегат 6Известное уравнение динамики тяго вой турбины двухвального газотурбинного двигателя (1"51) при газодинамической связи роторов трубокомпрессора и тяговой турбины имеет вид. момент инерции под 4Момент М т 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 любойпримеру 2 и П) зависимости т) может быть определен по крутящие моменты в точ1 иП. нс угла наклона линии Мтт тт обозначим через К и назовно коэффициентом измененият.е. К = т.9 А.рмулу (2) перепишем так. о. цМтт = Мтт - Фтт -1 тт), (3) В условиях установившихся режимов, когда на вал тяговой турбины действует постоянный момент сопротивления, величину момента Г 1 тт в точках 1 и П. (или любых других на линии 1 тт = (Мтт 1 легко определить, зная угол А.наклона линии Мтт к оси Мтттр который при постоянной угловой скорости ротора турбокомпрессора Чтт=сопэй в условиях установившихс режимов работы тяговой турбины является неизменным. 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 94 тт. В практике работы двухвальных газотурбинных двигателей в условиях установившихся режимов определение коэффициента К провоят на основе построения в масштабе ункций Мтт =Г(МГтт), определяя каждый раз значение угла о, а значитОбозначнением м сдвиг по фаз ежду измеяИиуг вой турби омента сопоростью МЭ, т.е. отивле ала тя ои с ер Кроме го, обозначим;-и С 05 Итт9 Гт ерь П значение величиныи (4) в уравнени ом равенства (5) тавим т з 1 раже н Тогда че лу пр вал действует колеблющийся, к примеру, по синусоиде момент сопротивления, определить непосредственноиз эксперимента не только мгновенное, но и осредненное значение коэффициента К не представляется возможным, так как приходится иметьдело с мгновенными значениями параметра, т,е. -Жй4 а значит иСледовательно не представляета 1ся возможным судить о точном значении крутящего момента Мтяговойтурбины в таких условиях, а следовательно, и мощности двигателя.Поэтому в условиях неустановившихся нагрузок при колебательном ха"рактере изменения момента сопротивления, имеющего место, например, упахотных и им подобных агрегатовзначение динамического коэффициентаК 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"1 с Ь (Л 2 ф Мс, (4 где ЬИ - амплитуда изменениясопротивления от средего значения Ис.ср.;Я, - круговая частота изменениямомента сопротивления, равная й-" (где Т - период изменения момента сопротивления);2 - время;- начальная фаза колебаниямсмомента сопротивления,Параметры величин, входящих вуравнение (4), обозначены на фиг. 3,Обозначим возникающую под действием изменяющегося по уравнению (4)момента сопротивления пульсацию угловой скорости так: При изменении момента сопротивленияпо формуле (41 через некоторый про"межуток времени после начала этогоизмеМения движение становится квазиустановившимся и поэтому колебанияугловой скорости вала тяговой турби-,ны также будут описываться синусоидой,так как общее решение уравнения (6)состоит из суммы членов вида 10с 1сГ с 1 Р + с,Гв 1 пЛЛ+Фм) ЦГ щ Д (аГ 510 Л 1. Ш) 7) где ЬФ- амплитуда изменения угловой скорости вала тяговой турбины, соответствующая изменению момента сопротивления на ЬИ ;20 Ы - начальная фаза колебаний уг"ловой скорости вала тяговой турбины.Подставим вместо сГ в уравнение(6) ее значение из равенства (7) и выполнив преобразование, получим;Тогда выражение (8) после подстано и преобразований запишем так; 6.Г ьп(Л 2+ Ты фраме %о Д Мс 51 п (Л 1 + % мс ) 1887952 а после сокращений или) Л.+К . тсю 15 К= 25 30 Т Таким образом, зная параметры колебаний (пульсации 1 момента сопротивления (нагрузки) Мс, в частностиамплитуду ОМс и круговую частоту Л укоторые не представляет труда замерять непосредственно в полевых илистендовых условиях, М также ампли- , 2туду (отклонение от средней ЬЮугловой скорости), что также нетруднополучить в эксперименте, при известном приведенном моменте инерций прнаходим значение динамического коэффициента К изменения момента, а понему и значение крутящего момента(по формуле 3), а значит и мощностьдвигателя на неустановившихся колебательных режимах,Преимущество способа состоит вего простоте и приемлемости (для вала тяговой турбины двухвального газотурбинного двигателя) не.только длялабораторных, но и для эксплуатационных условий неустановившихся нагрузок с колебательным характером, чтодостигается устанорлением динамического коэффициента момента по измеренным амплитудам момента сопротивленияи угловой скорости,8 Формула изобретенияСпособ 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 щ и й с я тем, что, с целью определения динамического коэффициента момента 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 - динамический коэффициент момента;611- амплитуда колебаний моментасопротивления;ЬМ - амплитуда колебаний угловойскорости вала,3 пр - приведенный к валу моментинерции движущихся массагрегата;Л. - круговая частота изменениямомента сопротивления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 681336, кл. С О3/24, 23.03.782. Патент,С 1 А Р 3765234,кл. 73-36, опублик. 973 (прототип),887952 фтт тт Риг. 2 Е Фиг. Составитель В. ГТехред Е.ГаврилешкТираж 910 Решетник д атент Филиал П г. Ужгород, ул. Проектная,едактор О. Филиппов Заказ 10714/10 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035 Иосква Ж ного комитета СССний и открытий5 д Разовская наб.д расимовао Корректор ГПодписное