Eksperymentalne wyznaczanie współczynników dynamicznych łożysk hydrodynamicznych – badania wstępne [Experimental identification of bearing dynamic coefficients –preliminary research]

• Łukasz Breńkacz
• Grzegorz Żywica

Streszczenie:

Współczynniki dynamiczne łożysk nie są wielkością fizyczną, którą można zmierzyć bezpośrednio, dlatego konieczne jest użycie metod pośrednich. Opierają się one na zmierzonych lub wyznaczonych obliczeniowo przemieszczeniach czopów łożyskowych. W praktyce wyznaczane są one zazwyczaj z wykorzystaniem numerycznych modeli obliczeniowych. W podejściu tym współczynniki wyznaczane są na podstawie rozkładu ciśnień w panwi łożyskowej. W artykule przedstawiono drugi – alternatywny sposób wyznaczania współczynników dynamicznych łożysk hydrodynamicznych – na podstawie badań eksperymentalnych. Dla stabilnej prędkości obrotowej obliczono 4 współczynniki sztywności (w tym dwa skośne), 4 współczynniki tłumienia (w tym dwa skośne) oraz 4 współczynniki masy (w tym dwa skośne) dla każdego z dwóch łożysk. Do obliczeń wykorzystano metodę polegającą na impulsowym wymuszeniu wirnika. Algorytm obliczeń zakłada liniową aproksymację za pomocą metody najmniejszych kwadratów. Współczynniki masy nie są potrzebne do bezpośredniej oceny dynamiki maszyny, jednak po ich zsumowaniu otrzymaną wartość można porównać z masą wirnika. Po przez porównanie ich ze znaną masą wału mogą zostać użyte do wstępnej weryfikacji otrzymanych wyników. W artykule opisano procedurę eksperymentalnego wyznaczania współczynników dynamicznych łożysk hydrodynamicznych. Badania wykonane zostały na stanowisku laboratoryjnym w którym wirnik podparty był za pomocą dwóch łożysk hydrodynamicznych. Pokazane zostały zmierzone przebiegi siły wymuszającej i odpowiedzi czopów łożyskowych na to wymuszenie. Sygnał odpowiedzi układu zmierzono za pomocą czujników wiroprądowych umieszczonych w pobliżu podpór łożyskowych. Na zmierzonych w ten sposób sygnałach wykonano dodatkowe operacje. Na sygnale siły wymuszającej zmierzonym za pomocą młotka modalnego zerowane były wartości poza „głównym pikiem” siły wymuszającej. Za pomocą odpowiedniej interpolacji sygnału przemieszczenia (zmierzonego przez czujniki wiroprądowe) obliczone zostały wartości przemieszczenia czopów łożyskowych w środku łożysk. Od sygnału przemieszczeń czopów łożyskowych po wymuszeniu za pomocą młotka modalnego odejmowany był sygnał stabilnej pracy zgodny w razie – z okresu bezpośrednio przed wymuszeniem. Za pomocą modelu numerycznego stworzonego w programie Abaqus przeprowadzono weryfikację otrzymanych na podstawie badań eksperymentalnych współczynników dynamicznych łożysk. Model ten składał się z dwóch punktów masowych połączonych za pomocą elementu sprężysto-tłumiącego. Wartość współczynników sztywności i tłumienia przyjęto na podstawie badań eksperymentalnych. Masa punktu masowego równa była połowie masy wirnika. W układzie tym punkt masowy wymuszony został za pomocą impulsowej siły wymuszającej zarejestrowanej podczas badań eksperymentalnych. Zmierzone na tej podstawie przemieszczenie punktu masowego porównano z przemieszczeniem czopa łożyskowego zarejestrowanym podczas badań eksperymentalnych po wymuszeniu. Na postawie bardzo dobrej zgodności pomiędzy tymi sygnałami stwierdzić można, że eksperymentalnie wyznaczone wartości współczynników sztywności i tłumienia są poprawne. Opracowana metoda wyznaczania współczynników dynamicznych hydrodynamicznych łożysk ślizgowych może być bardzo przydana przy identyfikacji charakterystyk rzeczywistych układów wirujących, nawet o bardzo złożonej konstrukcji. Jest to metoda uniwersalna i może być również wykorzystywana w przypadku wirników podpartych za pomocą innych systemów łożyskowania.

Rok:

2017

Typ publikacji:

Materiały pokonferencyjne

Numer:

14-15

Wydawca:

Politechnika Śląska [Silesian University of Technology]

Addres:

Wisła

Organizacja:

XLIV Ogólnopolskie Sympozjum Diagnostyka Maszyn [XLIV Nationwide Symposium of Machine Diagnostics]

Miesiąc:

26.02-02.03.2017

ISBN:

978-83-930581-7-4