РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКA И ТЕХНИКA ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Устройство экспериментальной установки, методика и техника измерений
Экспериментальная установка, предназначенная для проведения тепловых и
гидродинамических исследований во вращающихся полостях с различными схемами
прокачки охладителя, состоит из рабочего участка, представляющего модель
исследуемой полости ротора газотурбинного двигателя, и обслуживающих систем.
Общий вид установки показан на фото, рис. 2.1.
Экспериментальная установка оснащена:
— системой измерения температур;
— системой измерения расходов охладителей;
— системой измерения частоты вращения рабочего участка;
— системой измерения мощности электронагревательных элементов
рабочего участка;
— системами смазки подшипниковых узлов.
Система измерения температур позволяет производить регистрацию показаний
термодатчиков рабочего участка установки на стационарных и нестационарных
режимах работы. В качестве термодатчиков применялись термопары типа
хромель-алюмель со стеклотканевой изоляцией. Головки термопар сваривались в
спиртовой ванне с последующей тарировкой в термостате. Для исследований
отбирались термопары, показания которых отличались от стандартной
градуировочной кривой не более ±0,1 °С. Для уменьшения влияния помех на
показания термопар горячий спай термопары изолировался от поверхности диска. С
этой целью головки термопар предварительно приваривались к пластине из
нержавеющей стали размером 360,1 мм, которая с обеих сторон покрывалась тонким
слоем слюды. Для уменьшения термического сопротивления на слюду наносился слой
теплопроводной пасты. Плотность соединения термодатчика с диском обеспечивала
пластина из нержавеющей фольги, которая накладывалась сверху и приваривалась к
диску контактной сваркой.
Рис. 2.12. Общий вид экспериментальной установки:
1 — станина; 2 — рабочий участок;
3 —электродвигатель привода центрального вала;
4 — датчик тахометра;
5 — ременной привод рабочего участка;
6 — медно-графитовые щетки;
7 — воздухоподводящий кожух.
Свободные термоэлектроды термопар выводились из вала ротора рабочего участка и
подключались к ртутному токосъемнику [66, 67] (см. фото, рис. 2.2), который, в
свою очередь, через переключатель термопар подключался к измерительному
прибору.
Рис. 2.13. Внешний вид (а) и расположение на экспериментальной установке
(б) ртутного токосъемника с подключенными термопарами
Особенностью измерительной схемы являлось то, что вся коммутационная схема
измерений собрана из материала термопары, и соединение проводов производилось
без пайки. Это позволило исключить появление дополнительных термоЭДС и повысить
точность измерений.
Регистрация температуры осуществлялась через цифровой многоканальный
преобразователь Щ 711/1И [69], который преобразовывал выходные аналоговые
электрические сигналы датчиков температуры, а также сигналы напряжения
постоянного тока и силы постоянного тока в кодированный электрический сигнал, и
обеспечивал обмен информацией с ЭВМ по стандартным интерфейсам. При работе с Щ
711/1И предел допускаемой абсолютной основной погрешности для термопар в
интервале измеряемых температур составил ± 0,8 °С, максимальная скорость
опроса — 20 каналов в секунду.
Измерение расхода охлаждающего воздуха осуществлялось с помощью сопла Вентури и
рассчитывалось по величине перепада водяного столба. Температура и расход
воздуха устанавливались с помощью двух задвижек, изменяющих поперечное сечение
выхлопного и всасывающего трубопроводов.
Измерение частоты вращения ротора рабочего участка и центрального вала
экспериментальной установки осуществлялось цифровыми автоматическими
тахометрами типа ЦАТ-2М.
Для измерения мощности электронагревателей рабочего участка Qэ служили
вольтметр и амперметр класса 0,5.
Контрольно-измерительные приборы смонтированы на панели пульта управления, см.
фото, рис. 2.3.
Система смазки обеспечивала принудительную подачу турбинного масла к
подшипниковым узлам экспериментальной установки. Из маслобака масло подается
шестеренчатым насосом и через сетчатые фильтры поступает к подшипниковым узлам,
откуда самотеком поступает в маслобак. Расход масла регулируется перепускным
клапаном. Температура масла в маслобаке измеряется ртутным термометром.
Компрессорная станция имеет независимую систему смазки. Масляные насосы
приводятся во вращение электродвигателями переменного тока.
Рабочий участок экспериментальной установки (рис. 2.4) представляет собой
модель пятиступенчатого ротора осевого компрессора с транспортировкой
отбираемого на охлаждение турбины воздуха через внутренние полости ротора. В
роторе рабочего участка устанавливались испытываемые конструкции устройств.
Рис. 2.14. Пульт управления экспериментальной установки
Рис. 2.15. Рабочий участок экспериментальной установки:
1 – полувал левый; 2 – барабан; 3 – диск; 4 – проставочное кольцо; 5 –
внутренний электронагреватель;
6 – внешний электронагреватель; 7 – защитный кожух; 8 – центральный вал; 9 –
медно-графитовые щетки;
10 – полувал правый; 11 – воздухоподводящее устройство
Ротор рабочего участка состоит из барабана 2 и двух полувалов 1 и 10,
соединенных между собой болтами. Внутри, по образующей барабана 2, расположен
слой изоляции из асботкани толщиной 4 мм. На асботкань уложен
электронагреватель 5, изготовленный из нержавеющей стальной ленты толщиной 0,6
мм. Питание к шинам электронагревателя подводится от клемм генератора
постоянного тока через скользящи