Результаты испытания турбопривода

[digit 0]

Здравствуйте!

В родном КБ мне дали прототип турбины, используемой в качестве привода краскораспылителя, и поручили сделать рабочие чертежи. С заданием я справился. Чертежи прошли технический и нормоконтроль. Технологам не уступил ни одного микрона в сопрягаемых посадках . Опытное производство сделало партию турбин. Предварительные испытания превзошли самые смелые ожидания!

При давлении воздуха на входе в сопловой аппарат P=2...2,5 кг/см2 турбина разгонялась до N=100 000 об/мин примерно за 10 сек.

Справедливости ради следует отметить, что при таких оборотах через 3...4 минуты подшипники рассыпались! Но это и не столь важно, т.к. для работы краскопульта требуется скорость вращения примерно 5 000 ... 10 000 об/мин.

Проблемы возникли с системой поддержания заданных оборотов. ПИД-регулятор не может обеспечить стабильность скорости вращения, а это основное условие применения этого привода в краскораспылителе!

Вот схематическое изображение турбины.

Примерная динамическая характеристика турбины (N=k*P) показана на графике ниже.

При увеличении давления на входе в турбину (красная кривая) скорость вращения увеличивается примерно по экспоненте. При давлении Р, равном примерно 1,1 кг/см2, скорость вращения N составляет примерно 9 000 об/мин.

При снижении давления до (примерно) 0,85 кг/см2 скорость N не ИЗМЕНЯЕТСЯ (синяя штрихованная кривая)!!! Дальнейшее снижения давления приводит к уменьшению оборотов вращения турбины, но динамика этого снижения значительно отличается от динамики набора скорости вращения!!! О чём и свидетельствует график.

Таким образом, при ОДНОМ и ТОМ ЖЕ давлении воздуха скорость вращения турбины ЗНАЧИТЕЛЬНО отличается в зависимости от направления вектора (можно ли так сказать???) давления!

На скоростях вращения до 1 000 об/мин прямая и обратная характеристики турбины совпадают и ПИД-регулятор справляется со своей задачей.

В КБ нет специалистов по турбинам и пневмосистемам , поэтому рискнул обратиться на Ваш форум!

Скажите! Это АНОМАЛЬНОЕ (если - ДА, то в чём вероятная причина) поведение турбины, или ИМЕННО так она и должна работать???

СПАСИБО!!!

Алексей.

[serg_a 0]

Здравствуйте!

В родном КБ мне дали прототип турбины, используемой в качестве привода краскораспылителя, и поручили сделать рабочие чертежи. С заданием я справился. Чертежи прошли технический и нормоконтроль. Технологам не уступил ни одного микрона в сопрягаемых посадках . Опытное производство сделало партию турбин. Предварительные испытания превзошли самые смелые ожидания!

При давлении воздуха на входе в сопловой аппарат P=2...2,5 кг/см2 турбина разгонялась до N=100 000 об/мин примерно за 10 сек.

Справедливости ради следует отметить, что при таких оборотах через 3...4 минуты подшипники рассыпались! Но это и не столь важно, т.к. для работы краскопульта требуется скорость вращения примерно 5 000 ... 10 000 об/мин.

Проблемы возникли с системой поддержания заданных оборотов. ПИД-регулятор не может обеспечить стабильность скорости вращения, а это основное условие применения этого привода в краскораспылителе!

Вот схематическое изображение турбины.

Примерная динамическая характеристика турбины (N=k*P) показана на графике ниже.

При увеличении давления на входе в турбину (красная кривая) скорость вращения увеличивается примерно по экспоненте. При давлении Р, равном примерно 1,1 кг/см2, скорость вращения N составляет примерно 9 000 об/мин.

При снижении давления до (примерно) 0,85 кг/см2 скорость N не ИЗМЕНЯЕТСЯ (синяя штрихованная кривая)!!! Дальнейшее снижения давления приводит к уменьшению оборотов вращения турбины, но динамика этого снижения значительно отличается от динамики набора скорости вращения!!! О чём и свидетельствует график.

Таким образом, при ОДНОМ и ТОМ ЖЕ давлении воздуха скорость вращения турбины ЗНАЧИТЕЛЬНО отличается в зависимости от направления вектора (можно ли так сказать???) давления!

На скоростях вращения до 1 000 об/мин прямая и обратная характеристики турбины совпадают и ПИД-регулятор справляется со своей задачей.

В КБ нет специалистов по турбинам и пневмосистемам , поэтому рискнул обратиться на Ваш форум!

Скажите! Это АНОМАЛЬНОЕ (если - ДА, то в чём вероятная причина) поведение турбины, или ИМЕННО так она и должна работать???

СПАСИБО!!!

Алексей.

Это такое поведение турбины, которое возможно при данной конструкции собственно турбины и пневмосистемы. А точнее от количества лопаток (там ведь лопатки у вас, так?) и скорости подачи воздуха через сопло (пневмосистема ведь значит, что подаётся воздух для создания перепада давления на лопатках?). То есть, изменяя расход воздуха через сопло(одно или несколько, как у вас там), в секунду, а также количество лопаток, можно получать различные зависимости того типа, которую вы тут нарисовали - числа оборотов от силы. Дело в том, что давление должно успеть создаться таким, чтобы распределение его по лопаткам турбины было равномерным. В этом случае - при малых оборотах-характеристика ваша линейна и не зависит, как вы говорите от направления вектора давления. При больших оборотах, давление распеределено по лопаткам крайне неравномерно. Это и обуславливает такое поведение турбины, какое мы видим в эксперименте.

[Galant 4]

С заданием я справился.

Проблемы возникли с системой поддержания заданных оборотов. ПИД-регулятор не может обеспечить стабильность скорости вращения, а это основное условие применения этого привода в краскораспылителе!

Значит пока не справился.

Технологам не уступил ни одного микрона в сопрягаемых посадках .

Я бы этим, дипломатично говоря, не хвастался бы вслух..

[digit 0]

Я бы этим, дипломатично говоря, не хвастался бы вслух..

Действительно, погорячился! Тут ведь наверняка есть технологи, а мне никого обижать не хочется!

А по-поводу "справился-не справился" дело такое! Мне поручили "содрать" рабочие чертежи, а я вызвался ещё и систему управления (ПИД-регулятор) соорудить! Теперь просто обидно бросать работу на пол-пути! Кому ж охота расписываться в собственной некомпетентности?

[serg_a 0]

Да..., ещё одна мысль есть.

Различие в зависимости числа оборотов от давления (где, кстати, давление, и как измерялось тоже важно), связано с отличием в системе нагнетания воздуха для увеличения этого самого давления, и системы стравливания воздуха для уменьшения этого самого давления. То есть есть условно говоря одно дроссельное отверстие, через которое нагнетается воздух с одной скоростью, и другое дроссельное отверстие, через которое этот самый воздух стравливается. Так ведь? тут уместно вспомнить школьные задачи о трубах в бассейне :) А вообще всё это сложно конечно всё. Ещё раз повторюсь, что надо различать давление в рабочей полости и перепад давления на каждой из лопаток турбины, от которого и зависит непосредственно число оборотов.

[Galant 4]

Действительно, погорячился! Тут ведь наверняка есть технологи, а мне никого обижать не хочется!

Да нет, технологи как раз не обидятся..

Просто потом с производства ТАКОЙ счет а эту неуступчивость чаще всего вылезает - вкус победы будет явно не сладкий...

ЗЫ. Я не технолог..

[digit 0]

Просто потом с производства ТАКОЙ счет а эту неуступчивость чаще всего вылезает - вкус победы будет явно не сладкий...

Логично... Я как-то об этом не подумал...

[serg_a 0]

Да нет, технологи как раз не обидятся..

Просто потом с производства ТАКОЙ счет а эту неуступчивость чаще всего вылезает - вкус победы будет явно не сладкий...

ЗЫ. Я не технолог..

Мда, рабочий, который будет эти все сопрягаемые посадки в реальном железе обеспечивать, много ласковых слов скажет в адрес того, "кто спроектировал эту ....пи..пи..пи"

Да много кто учавствует в этом процессе - проектирования, производства...

Мне вот непонятно только как это возможно:

В КБ нет специалистов по турбинам и пневмосистемам , поэтому рискнул обратиться на Ваш форум!

Так как при таком положении дел вообще могло до производства дойти???????????

Это ж разбазаривание денег!!

Кто-то что-то нарисовал, кто-то что-то изготовил, запустили в производство - нормоконтроль прошли - ну надо же!!! Что он даёт - этот нормоконтроль????

Рисовал кто-то чего-то - ничего не понимая в турбинах и пневмосистемах, проверял кто-то в нормоконтроле ничего тоже не понимая - запустили, изготовили - не работает!! Ну надо же!!

А чему удивляться то???

Ладно бы студент писал - а то КАБЭ!!!

В котором нет специалистов по выпускаемой технике

Нет слов

Говорил по технике - так в пустоту!! И понятно почему.

Опытное производство сделало партию турбин.

Партию!!!! Не имея специалистов в КБ по турбинам и пневмосистемам!!

Браво!!

[digit 0]

Мне вот непонятно только как это возможно:

...

Так как при таком положении дел вообще могло до производства дойти???????????

Это ж разбазаривание денег!!

...

А чему удивляться то???

Ладно бы студент писал - а то КАБЭ!!!

В котором нет специалистов по выпускаемой технике

Нет слов

...

Партию!!!! Не имея специалистов в КБ по турбинам и пневмосистемам!!

Браво!!

Всё, что Вы пишете - справедливо! Третий год там работаю - сам удивляюсь!

Говорил по технике - так в пустоту!! И понятно почему.

Ну, не совсем в "пустоту"! Готовился ответить...

Итак, по-сути:

1. Рабочее колесо имеет 44 лопатки, профиль - близкий к Лавалю. (см. рис.)

2. Сопловой аппарат имеет четыре канала (сопла), выполненных с поворотом потока на 79 гр. и сжатием в 2 раза (конфузор 2:1). (см. рис.)

3. Зазор между рабочим колесом (турбиной) и сопловым аппаратом 0,5 мм.

4. Диаметр канала, питающего сопловой аппарат D=6 мм.

5. Диаметр выпускного отверстия (за рабочим колесом) D=18 мм.

6. Опоры рабочего вала - шариковые подшипники 60102, посадки подшипников на вал и в корпус - ГОСТовские.

7. Скорость разгона до N=5 000 об/мин (при Р=1 кг/см2) - 1,5 ... 2 сек.

8. Выбег (от скорости N=5 000 об/мин до полной остановки) - 2...2,5 сек.

9. При эксперименте давление измерялось непосредственно возле входа в сопловой аппарат (путевые потери незначительны), манометр технический, класс точности - 1,5; цена деления - 0,1 кг/см2; шкала - 0...10 кг/см2; испытательное давление - не более 2 кг/см2.

Изменено 13 августа 2009 пользователем digit

[БДС 1]

Мне вот непонятно только как это возможно:

...

Браво!!

Сия реплика вызвала двояко чувство.

С одной стороны полное согласие. Пироги должен печь пирожник.

С другой, - хорошо когда изделием (например ложками) занимаются специалисты по этим изделиям, а если нет таковых на предприятии(регионе и т.п.),

а ситуация такова что выпускать эти самые "Ложки" возможность есть и это целесообразно (выгодно, необходимо и т.п.)?

В текущих реалях вполне нормальная ситуация когда приходится братся за непрофильные работы/изделия.

Нередко такие непрофильщики обставляют спецов. Хотя всегда это более затратно по усилиям и не всегда оправдано.

Извиняюсь за лирическое отступление.

По теме:

Я так понял, digit, что вы использовали подшипники качения?

Но на таких оборотах их не применяют!

Изменено 14 августа 2009 пользователем БДС

[TVM 267]

Испытания проводили с нагрузкой?

Может это инерция раздваивает график.

Как его строили?

[serg_a 0]

Нередко такие непрофильщики обставляют спецов. Хотя всегда это более затратно по усилиям и не всегда оправдано.

Есть примеры? :) Я видел обратные примеры того, что получается, если браться не за своё дело - ничего хорошего :) Ну да не суть. Сам рассуждаю о вещах не совсем профильных.

Поэтому к автору темы обращаюсь:

от меня серьёзной помощи не ждите.

Качественно я уверен, что выступал тут по делу и более или менее квалифицированно.

А вот с числами, которые вы тут выложили - это скорее всего не ко мне :)

Расчётами заниматься не готов.

[Солнцеворот 207]

А может у измерительного прибора гистерезис...

[serg_a 0]

Испытания проводили с нагрузкой?

Может это инерция раздваивает график.

Как его строили?

Да, для более полного представления о картине происходящего возможно необходимо увеличить число точек на графике. На том "раздвоенном " графике видны изломы. Это значит, что график построен по нескольким точкам всего, я не ошибаюсь? (вопрос к автору темы). Вот там было Вами, digit, сказано, что число оборотов не меняется при уменьшении давления некоторое время. А потом резко начинает убывать, так как видно из графика?

И конечно важно, проводили ли испытания под нагрузкой или без оной, правильно Вас, digit, спрашивают.

А ещё вопрос можно: а ПИД-регулятор при испытаниях работал?

[digit 0]

...а ситуация такова что выпускать эти самые "Ложки" возможность есть и это целесообразно (выгодно, необходимо и т.п.)?

В текущих реалях вполне нормальная ситуация когда приходится братся за непрофильные работы/изделия.

Нередко такие непрофильщики обставляют спецов. Хотя всегда это более затратно по усилиям и не всегда оправдано.

Да, не от хорошей жизни руководство хватается за любую работу! В сентябре предприятие отмечает 30-ти летний юбилей! Выстояли "лихие девяностые", отбили три рейдерских атаки, наезды "авторитетных людей", сохранили основной костяк специалистов. Нынешний кризис пока удаётся переживать... Поэтому и берёмся за любую работу... (Скажу по секрету - даже кондитерский цех работает, печенье выпускает! Только ЭТО - тс-с-с... )

По теме:

Я так понял, digit, что вы использовали подшипники качения?

Но на таких оборотах их не применяют!

Да, мы применяем шариковые подшипники. Дело в том, что ПРОТОТИП работает на шариковых подшипниках и нареканий не вызывает.

Аналогичная турбина немецкого производства работает на газовых подшипниках, но и рабочие обороты у неё в 2-3 раза выше.

Испытания проводили с нагрузкой?

Может это инерция раздваивает график.

Как его строили?

Испытания проводил и под нагрузкой. Нагрузку создавл придавливая рабочий вал деревянным прижимом. Характер кривой не менялся, менялись углы наклона, уменьшалась глубина гистерезиса...

Графики строил следующим образом: увеличивал давление по 0,1 кг/см2 (начиная с давления трогания, примерно 0,2-0,3 кг/см2).

Для каждого значения давления снимал показания тахометра.

При достижении скорости вращения N=10 000 об/мин давление составляло примерно Р=1,1 кг/см2.

Далее снижал давление по 0,1 кг/см2 до остановки рабочего вала, показания тахометра так же заносил в таблицу, по которой потом строил график.

Все графики получались плавными. Я не успел найти подходящего "инструмента" для рисования нормальных графиков, поэтому здесь представлены графики с изломами...

Поэтому к автору темы обращаюсь:

от меня серьёзной помощи не ждите.

То, что Вы откликнулись, проявили участие - это дорогого стоит, это уже помощь! Спасибо!

А может у измерительного прибора гистерезис...

Исключено! Неоднократно проверялся по образцовым приборам, тестировался, тарировался!

Это значит, что график построен по нескольким точкам всего, я не ошибаюсь? (вопрос к автору темы). Вот там было Вами, digit, сказано, что число оборотов не меняется при уменьшении давления некоторое время. А потом резко начинает убывать, так как видно из графика?

Выше писал, что график строился через каждые 0,1 кг/см2, а изломы получились из-за того, что не нашёл подходящей проги для рисования красивых графиков. Т.е. проги есть, но не сохраняют рисунок в приемлемом для движка форума формате (.jpeg, .bmp, .tif ), а при конвертации резко теряется качество изображения...

Число оборотов от времени меняется незначительно. Оно НЕ УМЕНЬШАЕТСЯ при снижении давления примерно на 0,2-0,3 кг/см2...

Про нагрузку тоже писал выше, нагрузку не измерял, но задавал её значительно выше, чем эксплуатационная (по крайней мере, так думаю...).

В начале испытаний включил П-регулятор (убрал из программы ИД составляющие). Вся система (П-регулятор, турбина) через несколько секунд перешла в автоколебательный режим. Включать ИД уже не было смысла, т.к. при такой работе системы расчитать или подобрать коэффициенты интегральной и диференциальной составляющих не представляется возможным.

Далее отключил регулятор вообще, стал задавать давление в ручную и выявил вот эту ПРОБЛЕМУ, с которой и обратился на форум.

Изменено 14 августа 2009 пользователем digit

[serg_a 0]

Далее отключил регулятор вообще, стал задавать давление в ручную и выявил вот эту ПРОБЛЕМУ, с которой и обратился на форум.

Вот такая вот ПРОБЛЕМА

Я думаю, что разобраться в причинах такого вида динамической характеристики в диапазоне оборотов от нуля до 10000 и давлений от 0 до 1 атм разобраться трудно. Но нужно ли?

Во первых, система управления - у вас конкретно ПИД-регулятор - не должна работать при нестационарном режиме работы турбины - разгоне и торможении. Какая разница как будут набираться обороты или сбавляться - важно поддерживать рабочий режим, правильно я говорю? Это 10000 оборотов, так? Так вот ПИД-регулятор должен включаться, когда эти 10000 оборотов будут достигнуты и будет установившийся режим работы турбины.

До того надо просто разогнаться настолько быстро, чтобы без последствий пройти через критические частоты, определяемые собственными частотами вала турбины.

Теперь далее важно, чтобы рабочая частота вращения турбины не совпадала с одной из критических частот. Ведь проблемы в управлении могут возникнуть именно в этом случае.

Далее. Для того, чтобы подбирать параметры системы управления (ПИД регулятор или ещё что), нужно рассматривать динамическую характеристику не в диапазоне от 0 до 10000 оборотов, а в окрестности 10000 оборотов, если это рабочая частота. Задачи управляемости и устойчивости решаются в малом.

То есть нужно обеспечить управление или стабилизацию при малых возмущениях на стационарном режиме работы. Я так понимаю, что сейчас нужно создать систему управления уже под готовую турбину. Если не получится обеспечить работу на 10000 оборотов, нажо обеспечивать например на 9000.

Если действительно получается, что при флуктуациях давления вверх и вниз требуется разный закон управления - надо обеспечить программно. Другого не дано. Это легче, чем подбирать параметры пневмосиситемы и собственно турбины с тем, чтобы динамическая характеристика была линейной и без гистерезиса.

[digit 0]

serg_a

В понедельник попробую "покрутить" ещё пару тройку готовых турбин и результаты с реальными графиками постараюсь выложить здесь. Заодно, смоделирую методику измерения как Вы предлагаете...

Изменено 15 августа 2009 пользователем digit

[serg_a 0]

serg_a

В понедельник попробую "покрутить" ещё пару тройку готовых турбин и результаты с реальными графиками постараюсь выложить здесь. Заодно, смоделирую методику измерения как Вы предлагаете...

Хорошо бы было дисбаланс измерять в процессе испытаний и получать его зависимость от числа оборотов(возможно он у вас есть и принимает значимые величины). Он(дисбаланс) ведь влияет и на управляемость и устойчивость, а также прочность. Сейчас вы заняты управлением оборотами, а ведь нужно обеспечить ещё и прочность, а также ресурс. Нужно добиться того, чтобы дисбаланс был в определённых пределах.

[digit 0]

Хорошо бы было дисбаланс измерять в процессе испытаний и получать его зависимость от числа оборотов(возможно он у вас есть и принимает значимые величины).

Вращающиеся детали (рабочее колесо, вал, рассеиватель) баланисровали на призме и динамически. Дисбаланс визуально (и на ощупь) не ощущается... Он конечно есть, но нашими средствами его померить не представляется возможным!

[TVM 267]

Давление имеет две составляющие.