Beschouwing omtrent het meten aan de rotorkit en enkele voorstellen ter modificatie

Beschouwing omtrent het meten aan de rotorkit en enkele

voorstellen ter modificatie

Citation for published version (APA):

Mil, van, W. C. M., & Rijn, van, H. C. M. (1984). Beschouwing omtrent het meten aan de rotorkit en enkele voorstellen ter modificatie. (DCT rapporten; Vol. 1984.017). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1984 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

gonx :

air

va3 N i l Herman van Rijn

2

?%- Fug

pag

In de vakgroep b$F% is een team gefarmeert! w a ~ ~ r i n onderwerpen uit de rotordynaretica worden bestudeerd. Net doel I s c . a . h e t ontwikkelen van modellen, welke het niet-lineaire g e d r a g van een rotor-lagersysteem

beschrijven. Ter visualisering van hierhij optredende fenomenen is een

proefopstelling gekocht (Ratorkit, zls [ 8 ] ) . Voor de door om gewenste % e e t d ~ e l ~ i n ~ e n is de opstelling echter minder geschikt daar a.a.

lagering niet aan onze eisen voldoet en de s c h i j v e n op een o . i . s l e c h t e wijze zijn bevestigd.

in d i t rapport de mogelijkheid onderzocht om, uitgaande van de

QorsproBkelijke ~ r o e € o ~ s t e ~ l ~ ~ ~ ~ zelf een meeto~s~elling te ontwerpen welke wel aan onze eisen ~ c t f d ~ e t . Be eisen zijn hiertoe samengevat in

een eisengakket.

de

In het kader an h e t vak ‘ c o m t i u c t i e s en ~ e c ~ ~ n i s ~ ~ ~ ‘ wordt

~ ~ ~ ~ n ~ ~ a ~ ~ e ~

I - Uitwisselbare onderdelen, d.v.

Lagers (wentellagers, ciP. glijlagers, etc.). ~ o t o r ~ ~ ~ h a ~ m (as, schijf)

Meetopnemers.

2 - Hoge ~ ~ ~ b . v . ~uitlijnen ~ as, ~~ ~ l a ~ ~ ~ t i n ~ ~ ~ e t c . r 9t-t ~ is ~ ~ e i ~ ~

dus ~ o o d ~ t dde opstelling ~ ~ kan ~wordea ~ d o m g a e t e n , ~ ~ ~ ~ bijgesteld en gefixeerd.

3

-

DE iavloed ven externe bronneot ( b i j v . aandrijving en f i i n d a t i e ! % G e t re,ePbaar z i j n .

4 - Belastings situaties:

%assa-excrntriciteit van de s c h i j v e n .

Scheefstellen van de schijven (Disc skew).

~ ~ ~ ~ g ~ ~ c t ~ e n as.

Interactie vloeistof-rotor.

Mormale, radiale en tangentiale krachten. 5 - Te meten grootheden:

Toerental

Verplaatsingen a s m ~ d ~ ~ ~ ~ u n t (2 richtingen].

Versnellingen {Frequenties voor modale analyse) ~

Co~ctrruckie gegevens (Uitlijnfout, onbalans, e t c . ]

EnergFediasipatFe de verschillende onderdelen.

(Tempexatuur olie, druk smeerfilm, olieveshruik).

6 - Constructie eisen:

Elastische koppeling aandrijving - rotor.

Olie toe- en afvoer m e t goed v ~ r z o ~ g d z i j n . Ev~nkire%? Eenvoudige, robuuste e n veilige constructie.

In hoofdstuk, 2 van dit rapport wordt kort d e ttuidige mpti3lli~q besproken.

z i l z .

de enersieverliezen welke kunnen optreden tijdens normaal bedrijf. om Ge haalbaarheid van energiedlssipatiernetin~en t e kunnen testen. enig inzicht in d.a nunterieke tiaardon te verkrijgen z a l hierbij steed^,

het vermogenverlies a l s functie van de hoeksnelheid worden gerepresenteerd.

van respectievelijk constructieve en meettechnische aard besprokm.

Te~epss zal worden aangegeven welke onderdelen t e handhaven

* .

Ves'vo7gens zal in hoofdstuk 3 een beschouwing w o r d m gegevezz v a n

D i t . OB

VeKVolgens mee den in de ~ ~ o ~ d ~ t u k ~ e ~ 4 en 3 enige aspectel?

Tot slot zal een voorstel voor eez ec>ncrete ~ ~ ~ ~ ~ uordes: ~ ~ t ~ l l i n ~ gepresenteera.

2. ROTBRKIT

De huidige proefopstelling uordt weergegeven in l i g u u r 'i.

f i g 4 : rotorkit

- Ondersteuning

Met de huidige o n ~ ~ s s + e ~ n k ~ g ~ ~ n de ~ Lagers e n niet uitgelijnd wordei2.

- As-schijf combinatie

De schijf wordt met *gee s c h r ~ e f j e s op de as bevestigd. Hiesdoor worden onbekende ewcentrickteiten geints~duceerd. Daarnaast is het niet mogelijk de schijf een ini%iele

scheefstand ts geven. - Rsgpeling as-electsomotor

De huidige kopjaeling is slechts gerehikt voor een asdiameter. Tesrens willen we andere koppelingen bestrrderen.

3 . ? . ~ U VAR EEN ROT^^^^^^ ~ ~~~T~~~~ H ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ In een rotorsysteem kunnen twee, V 0 8 ï luchtweerstand

interessante, onderdelen worden onderscheiden, te weten

- schijven - assen

H. Schlichting

[ ? I

gegeven vergelijkingen.

constante hoeksnelheid roterende schijf in een vaar het ovezige

stilstaande vloeistof kunnen met behulp van de Navier-Stokes relaties

de volgende vergelijkingen worden afqeleiri:

pag 7

De bovenstaande vergelijkingen zijn ontwikkeld. VOQI vloeistoffen.

Z e zijn echter ook g e l d i g voor gassen mits het Mach getal veel k l e i n s r Es dan ee-..

grafiek 1: vermagen-hoeksnelheid schijf

pag 8

et lijkt dus aannemelijk een laminaire stroming ke

veronderstellen.

uitgezet tegen de hoeksnelheid.

grafiek 3: vermogen-hoeksnelheid glijlager

Baai we de lagerpositie als ~ c h ~ - ~ n i e ~ e n d willen kunnen beschouwen hebben we gekozen vooz zich instellende tweerijige

kogellagers. Eilet d e daarbij behorende ~ e t ~ l ~ w a ~ ~ ~ ~ n vinden x e de volgende grafiek:

- wrijving t . g . 1 3 . buiging san BE a5 - I1 I, torsie " I1 II

Eig. 3: op buiging belaste b a l k

g e t moment z a l in de i ~ ~ ~ e ~ r n i ~ ~ opgevangen worden. Daarin z i j n 3

ctad.ia t e onderscheiden:

2 ) Bet mninent wordt opgevangen OVEZ een deel a r m de inklemming. gierbij za7 over d a t deel as en schijf t.o.v. elkaar

schuiven.

3) B ~ C , moment wordt niet geheel opgevangen i n d e i n k h n r & q =

fig. 5: elastische ~ n k ~ e ~ ~ i n g

Deze modellering geeft n.a uitwerking d.e volgende differentiaal

Deze v e r g e l i j k i n g e n z i j n n i e t eenvou.dig oplosbaar. Om een grove

af schatting t e kunnen doen sa^ het vermcgenfverliec i n de iakl-emminc hebben we gekozen voor een computerberekening waarkif ee%* rechthoekige

balk i s ingeklemd. De berekeningen z i j n u i t g e v o e r d m b v . h e t e h l i g e elementen ~ r ~ q ~ ~ - m ~ ~ PIARC f l 2 ] .

Met behulp sian z . g .

conta-ctvlak bepaald word er^ en de momentane schuifspanning. gegevens i s de arbeid t e b e p a l e n .

De b a l k wordt belast mei- eel: moment. git deze GAF-elemsnten kar, de relatieve v e r p l a a t s i n g in hok

In ~ ~ ~ e r g r a f l e k ~ t a staat a ~ h e t ~ ~verliesvermogen uitgezet t e g e n

h e t t.oerental.

In de inklearning zal

m l

j v i n g s v e r f I.es ten g ~ o ? g e van kgrsie

Daar we o p t r e d e n wanneer de as met w i s s e l e n d kcappel wordt belast.

u i t g a a n van een s t a t i o n a i r e t o e s t a n d met c o n s t a n t koerental

~ ~ ~ ~ ~ n d e ~ ~ t e l l ~ ~ we d a t er geen wicselend koppel zal z i j n z o d a t we w r i j v i n g s v e r l i e z e n t . q . v . t o r s i e t r i l l i n g e n KLinnen verwaasbzzen.

3 . 4 . CONCLLISIES M . B . T . ENERGIEDISSIFATIE

Het was onrspronkelijk d e bedoeling de energiedissipatie tgv. de wrijvingsdemping van de opgekro~jen schijf te meten.

echter een orde kleiner te z i j n dan de dissipatie t g v .

luchtweerst.and en de lagering. Onder s p e c i a l e condities (in V ~ G U U ~ en

~ ; p e c i a I . ~ ? lagers) lijkt het ons niet onmogelijk deze dissipetie t o c h t e hier d i e p op in te gaan.

methode hiertoe is het meten van de in- en uitlaat temperatuur van de olie in s ~ m e ~ h a n g met 00, volumestroom.

&ze blijkt de

nt-ten. IE het kader VE?E deze OpdXaCktt ZOU h e t echter Ver VDE!XeE Ret meten van de dissipatie i.n de glijlagexs lijkt wel reeel. Een

pag 1 4

4 . CQMSTRUCTIEVE ASPECTEN

In het navolgende hoofdsttik worden enkele constructieve aspeiteul

van de te ontwerpen meetopstelling besproken.

Bij experimenten is het noodzakelijk dak de proefopstelllng o f

goed uitgelijnd is of een nauwkeurig isgestelde scheefstand van d.e

lagers heeft (zie par. 5 . 1 ) . Dit instellen moet in dr ondersteuning

van de ar; plaatsvinden. Om dit mogelijk te maken moetel; 4

vrijheidgraden gevarieerd kunnen worden. Ex zijn twee mogelijkheden om

dit te verwezenlijken.

-

Alle i n ~ t ~ ~ m o ~ e ~ i j ~ ~ e d ~ n in een ondersteuning. De La .te stellen ~ ~ r i j h e i d s g ~ a ~ e n zijn dan: yiz,(py en rpz.

De vrijhcidsgraden * > dienen onderling onafhankelijk in te

stellen te z1-Jn.

- De instelmogelijkheden W Q X ~ W vexdieeld ~ v e r de beide

ondersteuningen. De in t c stellen vrijheidsgraden per onder-

steuning zijn dan: Vpy envz. Uit de onderstaande figuren

blijkt: dat dan elk stand mogelijk is.

=---

-_ fig. 6: mogelijke akanden bij ilwee instelbare onderst.

Een ondersteuning gebaseerd op de twee& mogelijkheid wordt uitgewerkt i n hoofdstuk 6.

wordt gegeven in figuur 7 .

h

-

I-

J

4 . 2 . LASEBY

pag 17

4 . 1 . KOPPELING VAN AS AAN I-OTQR

DE koppeling van de motor met de as kan h s t rotoryedray sterk beinsloeden.

Enkele voorbeelden zijn?:

- Beqerken var1 de buigmcgelijk3si.d van d e as. Dit geeft een andere - ~ ~ ~ in ~ de i kc-gpeling kan n g instabiliteit in hek bovenkritisch

-

Traagheidseffecten spelen een significante roI in de rotord.Jna-

sti j fhcid aan h e t systeem. gebied t o t gevnlg hebben. mica.

~ c s e n g e n ~ e ~ d ~ laat zich vextale-, i n de ~7clgeizct~ contructieve

- Alleen stijfheid in de

heidsgraad onderdrukt).

- geen schuivende delen (denpirigs oorzaak) P - L S e S :

x richting van de ksgpeling f l v r i j - - lichte, c o ~ g ~ c t e const~iactie

DE volgende csnstructieve oplossingen z i j n mogelijk:

-1- VEER ( z i e fig.

a t

fig.

e:

veer

.-

- . -

-A:

fig. ? ? : verbogen plaatje f i g . 12: blokje -4- ELASTISCHE KOPPELPEG

zie hiervoor fig. 17 u d k e is ~ v ~ r g e ~ o n ~ m uit lit. [ 4 ; D.D.P.***j.

. -

f i g . 13: &.lastiSche koppeling

I-fet nadeel van deze k o p p e l i n g is z'n zelatief grote massa waardoor, bij

scheefstand van de assen, gyroscopische effecten een rol gaan spelen.

Deze k o p x l i n g e n z i j n v m r onze lage vermogens I t ~ t 7 5 wakt) in de handel verkrijgbaar. Het g r a t e voordee's van deze kr>pgeling is d z t

de k c p p I F n g trgdens bedrijf kan worden verbroken.

mogelijk de rotos op koeren te bremg~n wasrna rra loskoppglen metingen kannen worden g e i h m aan het ontkoppe7de sijsteem.

uitgeschakeld.

. *

Eiermee is het. Storingen vanuit de

motor (fluctuerend uitgaand Yermogen) ktznnen daarmee worden

We z e t k r n echter vraagtekens bij de invloeder, van:

- restnagnetisme

- dempint?. in de koppeling

- zelfinductie

4 . 4 . VERBINDING SCHIJF-AC

ontstaan I !

23

A l s een s c h i j f op eeii as wordt bevestigd dan zal i n h e t

C Q E ~ ~ C ~ V E ~ ~ , under invloed va-n d e belastirgen, w r i j v i n g kunncn . Afhankelijk van het experiment w i l m m :

Zo min megelijk wrijving

D i t i s belaagzij!: als d e imrloed cp d e s t a b i l i t e i t van de r o t e r t . g .B. de m i jvingsdemping n i e t mag worden aneege- ZlQmt-9.

riorninrq z i j n .

fig. 1 4 : klemverbinding met v e r d i l d l i n g in crc - Lijmefi van de schijf op de as.

- Bavenstaande '3 alternatieven z i j n zodanig drtk d e schijf een vaste p o s i t i e op de as inneemt. Een i n s t e l b a r e positionering kan m.b.v. borstels ( z i e .fig. 15)

c)

pay L ?

I,& meten kan wurdt-n onderverdeeld

i,:

-

Cenctructiemetingen {uitlijnen en kalanceren!

-

Experimenten (verplaatsingen, hoeksnelheden en

versnellingen)

pacj 22

Bij de door Bently Nevada g e l e u e r d e proefogstelfing [ d e Rotorkit.)

Iu7 de Bij

behoren een tweetal verplaatsingsopnemers.

de bedoeling deze capacktieve opnemers te blijven gebruiken.

de ~ x ~ geleverde specificatie ~ ~ ~ [9

1

wordt ~ de ~~ ~ ~~ ~ .~ l ~~ ~ ~~ ~ k ~ ~ ~ ~ - ~ ~ ~ ~ ~

opgegevm.

Het is in eerst instantie

De hoeksnelheid w o d t 9% twee redenen bepaald. Te-, eerst a l s

referentieparameter en ten tweede als input voor de osciloscoop.

namelijk, bij he5 bepalen van de ~ s m i a ~ e l ~ u ~ t § ~ a ~ n ~ ge;- o m ~ ~ e n t e ~ ~ n g een p u l s toe t e vaegen aan d e osciloscoop kunnen zogenaamde

whirl-frequenties warden bes'mdeerd.

de rotorfeit is geleverd worGten gebruikt.

schijf met gaten in nmireksz-ichiing eri een ai;nrmer. De prlsei., VYC'T d e

osciloccoop worden gegenereer.3 door het hetzelfde p r i n c i p , echter me?

:

g a t in de schijf.

worden door een schijf mek streepjes eventueel in cemSFnatie met een optisch m e e ~ ~ ~ ~ t x ~ ~ s ~ ~ 1h. laser!.

Doar

In eerste instantie kan de ~ o e ~ s n e l ~ e i d c ~ ~ t e r welke bij

~ e z e meter bestia-t uit een

V m r nauwkeurigere metingen kan de schijf met gaken veivangen

In het WFV laboratorium zijn diverse vercnellingsopnzmeps

a a n w e z i g . Deze opnemers kunnen onder diverse hoeken op de

niet-rokerende onderdelen taoiden b e w s t i g d . Tevens is d s a p p r a % ~ u r voor modale analyse aanwezig.

pag 23

-.

1.

fig. 20: Irrachtzf; en momenten t . Q . Y . Fz

2 . t g v . Fy

- punt 3 : dwarskracht Fy-Fy

pag 25

A

5

.Lig. 2 ? : krachten en mclmel?ten t . g . v . Fy

6.1. 1 . 2 . EEPAEIMG EY Ef. Fz

5 : s ~ g . 2 2 : plaat

b = 50 mm t = 2 m m

h = 3 5 mm

Met de veronderstelling dat de plaat alleen v e n ~ o r a t over de hoogie !-ir k u ~ n e n ME: mbv. vergeetmenietjes de hoekverdraalhg

k c p z

=

2,,

6

? 4 0 3

%en gevolgen van een kracht (S.V. Fz) wordt de huls belast met. een ~ ~ j moment (My g ~ n ~= E%”) en een bnigkxacht L z .

._-

a = 25 %El

b = 275 Ern

d i = 30 mrn

pag 27 De hoekverdraaiing wordt dan:

H i e m i t volgt de stijfheid:

d

10

N / r a d .

3 - Verbinding h u l s - p i j p :

rit dit- visel stijver i s F i a triviaal.

4

-

p i j p :

ne gesmetsie van de pijp staat in ~ ~ f i g u u r . d ~ ~ ~ ~ ~ a ~ ~ ~

Eig. 2 4 : pijp

De stijfheid is veel hoger dan de hoekverdraabingsstljfheid vm

d e plazt. Door de grote ~ ~ ~ ~ van de ~ p l a a t ~ e n ~de pij? ~ ~ ~ ~ ~ i l l e ~ moet ook naar de buhgstiij€heden gekeken worden. Daaruit blijkt.

dat d e p i j p verstevigd moet wordeoi, S . V . met ribben zoals i n

f i g . 25: stkjvingsribben 1 a n . g ~ pijp

De veer moet i n positie i een. voorspankracht hebben van:

3 e t nadeel van deze constuuctie is d a t d e veex i n p s i t i e 3 de grootste kracht levert. In deze positie drrzks, dr buis nl. self al. tege-,

d e micrometers zodat de belasting op de micsameters t e hoog 1;aii worden. \ge willen eigenlijk e e ~ veez uaaxvan de kracht s f n e e s t bij een t o e -

nemende i n d r u k k i n g ; een negatieve veer .

ge hebben gekozen voux een constructie zoals uitgewerkt op tek.

kogellagers moet e c h t e r een aparte constructie word.en grmaa!-:t.

De uitwisselbaarheid ~ a r r de schijven en d e as is, evenals in de R a t o r k i t : good.

2. - iioge nsuwkeurkghei3 i s ha-tlbaar . Extra aandecht moet worden besteed aa-i de tolerantie voor de glijlagers.

OE mogelijkheid tot uitlijnen uan de constructie is goed.

4 -g Voorlopig lijkt V Q Q T de belasting massa-excentriciteit mogelijk.

5

6

Git deze vergelijking uclgt dak de voorgestelde cocstructia slechts beperkt aan het eisenpakket voldoet. De conrtractic lijkt GCS

niet-lineaire gedrag van gliflagers.

De i n dit hcofdstuk gegeven canstsuctie is niet in detail uitgewerkt daar o.i.

kaalbaarheid t.a2 3.; constructie.

CjEZChikfZ Voor aEalyseS Van ft-EolEe3ETì itls Q ~ ~ ~ ~ ~ - ~ ~ r e ~ p o a S i e s en het

De omvang V B E het probleem blijkt na a f l o o p L e groot VC-or de afronding van een I-? vak.

er een V ~ T Y Q ~ , ~ op de opdracht komen dan L i j k t hek o m noodzakelijk vooraf wat mei3z gegevens u i t . de praktijk .te verzamelen, zodat o . a .

meetgebieden kunnen worden bepaald.

Het resultaat van iset onderzoek

Is

darm ook meex- Elen eerste poging om tat een echte meetopstelling %e k m e n . Mocht

pag 32

LITERATUURLIJST

i - Er. E. Schlichting Grenzschicht - Thecrie G . Eraim, ECanlvxuhs ?965

2 - 3.F. Bookeri P.R. Goenka enz H.3. van Leeuksen

Dynamic A n a l y s i s of Rocking Journal Bearings

w i t h Pifuitiplr Offset Segments

Journal of E,ubricatj.on Tecnncrlogy Vol ?O4 ? 982

5 - D . r . I r . Rcsiiifioudii

On t h e S t - L b i l i t y of Rotor-and-Bearing Sy5tems and on t h e Calculation o f Sliding Bearings nissextatie TI-IE ?372

6 - 3.F. 3oo6en

B TaSPe of Jotirnal-aesxing Integral Jouxnal cif Basic Enginex-ing 1 9 6 5

12 - wm!

gag 3 3

BIJLAGE B

= c +

e e

(Poiseuilie stroom: ( f i g . l a ) :

Met vergelijking f3a) e~ met. p=t: op de grenzen van het cavitatiegebied vc,lgt

pag 35 1 i ! i

i

i i I ! I t---.-.--- __I_L__________I_!

pag 3 6

Voor een rotor mat afmetingen van de r o t o r k i t he5ben we het t e verwachten moment bepaald [ z i e fig. 2 ) .

I

_c

f i g . 2: Geschematiseerde rotorkit

We veronderstellen: l = 1 m e = 0.001 m

d. = Q . f 1 i 9 m

B i j bovenkritische snef.heid z a l het m ~ s s a m ~ ~ # - e l ~ ~ n t van de massa

ir? de lijn tusscafi de lagers gaan staan. Be as zal daar in gebogen toestand omheen draaien { f i g . 3 ) . Voer s o m i g e snelheden zal dat. ronddraaien van d e as met een snelheid gaai: verschillend van de hoeksnelheid vsn de as ( f i g .

w h i r l . 4 1 [13]. Dit noemen we een a-synchrone

fig. 3: uitgebogen asrotatie

Y

I

X

fig. 4: u-synchrone whirl (cp # w f

Voor die situatie is e r bij de i n k l e i m i ~ g een fluctuerend moment met zmplitude:

BIJLAGE

IS

DIGITAAL NIET

BESCHIKBAAR

MAAR

OP

TE VRAGEN

BIJ

DE

SERVICEDESK

VAN

INFORMATIE VOORZIENING

VIA:

1