Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии
Предложен усовершенствованный вариант экспериментального метода исследования поворотного момента лопастей на моделях рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины на основе современной миниатюрной электроники и беспроводных технологий. Приведен опыт внедрения предложенного метода на гидродинамиче...
Saved in:
| Published in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80968 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии / И.С. Веремеенко, C.В. Гладышев, С.А. Андрющенко, Е.С. Агибалов // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80968 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Веремеенко, И.С. Гладышев, C.В. Андрющенко, С.А. Агибалов, Е.С. 2015-04-29T16:28:00Z 2015-04-29T16:28:00Z 2014 Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии / И.С. Веремеенко, C.В. Гладышев, С.А. Андрющенко, Е.С. Агибалов // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80968 621.224 Предложен усовершенствованный вариант экспериментального метода исследования поворотного момента лопастей на моделях рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины на основе современной миниатюрной электроники и беспроводных технологий. Приведен опыт внедрения предложенного метода на гидродинамическом стенде ИПМаш НАН Украины и результаты измерений величины поворотного момента для шестилопастной модели рабочего колеса ПЛ40. Для измерения момента применялся датчик тензометрического типа и модель рабочего колеса, разработанные специалистами ООО “Харьковтурбоинжинириг”. Экспериментальным путем на гидродинамическом стенде получены величины моментов поворота лопастей во всем поле универсальной характеристики. Измерены значения моментов поворота на разгонных режимах, а также значения моментов поворота от действия центробежных сил. Запропонованo удосконалений варіант експериментального методу дослідження поворотного моменту лопатей на моделях робочого колеса поворотно-лопатевої гідротурбіни на основі сучасної мініатюрної електроніки і бездротових технологій. Наведено досвід впровадження запропонованого методу на гідродинамічному стенді ІПМаш НАН України та результати вимірювань величини поворотного моменту для шестилопатевої моделі робочого колеса ПЛ40. Для вимірювання моменту застосовувався датчик тензометричного типу та модель робочого колеса, розроблені фахівцями ТОВ "Харкiвтурбоінжінірінг". Експериментальним шляхом на гідродинамічному стенді отримані величини моментів повороту лопатей у всьому полі універсальної характеристики. Виміряні значення моментів повороту на розгінних режимах , а також від дії відцентрових сил. An advanced variant of an experimental method of investigating the blades torque using models of the Kaplan turbine runner was suggested. The investigation is based on using modern miniature electronics devices and wireless technologies. The experience of implementing the method suggested on the hydrodynamic test bench at IPMash NAS of Ukraine and the results of measuring the torque for a six-blade model of the PL40 runner are given. The torque was measured using a strain gauge transducers and an runner model developed by LLC Kharkovturboengineering specialists. Experiments on the hydrodynamic test bench yielded the values of blade torques for the entire hill diagram range. The torque for acceleration conditions, as well as the torque vs. centrifugal force values was measured. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Энергетическое машиностроение Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии Measurement of a torque at the Kaplan turbine model runner blade using wireless telemetry Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии |
| spellingShingle |
Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии Веремеенко, И.С. Гладышев, C.В. Андрющенко, С.А. Агибалов, Е.С. Энергетическое машиностроение |
| title_short |
Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии |
| title_full |
Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии |
| title_fullStr |
Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии |
| title_full_unstemmed |
Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии |
| title_sort |
измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии |
| author |
Веремеенко, И.С. Гладышев, C.В. Андрющенко, С.А. Агибалов, Е.С. |
| author_facet |
Веремеенко, И.С. Гладышев, C.В. Андрющенко, С.А. Агибалов, Е.С. |
| topic |
Энергетическое машиностроение |
| topic_facet |
Энергетическое машиностроение |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы машиностроения |
| publisher |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Measurement of a torque at the Kaplan turbine model runner blade using wireless telemetry |
| description |
Предложен усовершенствованный вариант экспериментального метода исследования поворотного момента лопастей на моделях рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины на основе современной миниатюрной электроники и беспроводных технологий. Приведен опыт внедрения предложенного метода на гидродинамическом стенде ИПМаш НАН Украины и результаты измерений величины поворотного момента для шестилопастной модели рабочего колеса ПЛ40. Для измерения момента применялся датчик тензометрического типа и модель рабочего колеса, разработанные специалистами ООО “Харьковтурбоинжинириг”. Экспериментальным путем на гидродинамическом стенде получены величины моментов поворота лопастей во всем поле универсальной характеристики. Измерены значения моментов поворота на разгонных режимах, а также значения моментов поворота от действия центробежных сил.
Запропонованo удосконалений варіант експериментального методу дослідження поворотного моменту лопатей на моделях робочого колеса поворотно-лопатевої гідротурбіни на основі сучасної мініатюрної електроніки і бездротових технологій. Наведено досвід впровадження запропонованого методу на гідродинамічному стенді ІПМаш НАН України та результати вимірювань величини поворотного моменту для шестилопатевої моделі робочого колеса ПЛ40. Для вимірювання моменту застосовувався датчик тензометричного типу та модель робочого колеса, розроблені фахівцями ТОВ "Харкiвтурбоінжінірінг". Експериментальним шляхом на гідродинамічному стенді отримані величини моментів повороту лопатей у всьому полі універсальної характеристики. Виміряні значення моментів повороту на розгінних режимах , а також від дії відцентрових сил.
An advanced variant of an experimental method of investigating the blades torque using models of the Kaplan turbine runner was suggested. The investigation is based on using modern miniature electronics devices and wireless technologies. The experience of implementing the method suggested on the hydrodynamic test bench at IPMash NAS of Ukraine and the results of measuring the torque for a six-blade model of the PL40 runner are given. The torque was measured using a strain gauge transducers and an runner model developed by LLC Kharkovturboengineering specialists. Experiments on the hydrodynamic test bench yielded the values of blade torques for the entire hill diagram range. The torque for acceleration conditions, as well as the torque vs. centrifugal force values was measured.
|
| issn |
0131-2928 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80968 |
| citation_txt |
Измерение поворотного момента на лопасти рабочего колеса модели поворотно-лопастной гидротурбины с помощью беспроводной телеметрии / И.С. Веремеенко, C.В. Гладышев, С.А. Андрющенко, Е.С. Агибалов // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT veremeenkois izmereniepovorotnogomomentanalopastirabočegokolesamodelipovorotnolopastnoigidroturbinyspomoŝʹûbesprovodnoitelemetrii AT gladyševcv izmereniepovorotnogomomentanalopastirabočegokolesamodelipovorotnolopastnoigidroturbinyspomoŝʹûbesprovodnoitelemetrii AT andrûŝenkosa izmereniepovorotnogomomentanalopastirabočegokolesamodelipovorotnolopastnoigidroturbinyspomoŝʹûbesprovodnoitelemetrii AT agibaloves izmereniepovorotnogomomentanalopastirabočegokolesamodelipovorotnolopastnoigidroturbinyspomoŝʹûbesprovodnoitelemetrii AT veremeenkois measurementofatorqueatthekaplanturbinemodelrunnerbladeusingwirelesstelemetry AT gladyševcv measurementofatorqueatthekaplanturbinemodelrunnerbladeusingwirelesstelemetry AT andrûŝenkosa measurementofatorqueatthekaplanturbinemodelrunnerbladeusingwirelesstelemetry AT agibaloves measurementofatorqueatthekaplanturbinemodelrunnerbladeusingwirelesstelemetry |
| first_indexed |
2025-11-27T02:57:34Z |
| last_indexed |
2025-11-27T02:57:34Z |
| _version_ |
1850795700331216896 |
| fulltext |
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 3
УДК621.224.
И. С. Веремеенко*, д-р. техн. наук
C. В. Гладышев*
С. А. Андрющенко*
Е. С. Агибалов**
* ООО «Харьковтурбоинжиниринг»
(г. Харьков, e-mail: khte@online.kharkov.ua)
** Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины
(г. Харьков, e-mail:agibalov @ipmach.kharkov.ua)
ИЗМЕРЕНИЕ ПОВОРОТНОГО МОМЕНТА
НА ЛОПАСТИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА МОДЕЛИ
ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЙ ГИДРОТУРБИНЫ
С ПОМОЩЬЮ БЕСПРОВОДНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ
Предложен усовершенствованный вариант экспериментального метода исследования
поворотного момента лопастей на моделях рабочего колеса поворотно-лопастной гид-
ротурбины на основе современной миниатюрной электроники и беспроводных техноло-
гий. Приведен опыт внедрения предложенного метода на гидродинамическом стенде
ИПМаш НАН Украины и результаты измерений величины поворотного момента для
шестилопастной модели рабочего колеса ПЛ40. Для измерения момента применялся
датчик тензометрического типа и модель рабочего колеса, разработанные специали-
стами ООО “Харьковтурбоинжинириг”. Экспериментальным путем на гидродинами-
ческом стенде получены величины моментов поворота лопастей во всем поле универ-
сальной характеристики. Измерены значения моментов поворота на разгонных режи-
мах, а также значения моментов поворота от действия центробежных сил.
Запропонованo удосконалений варіант експериментального методу дослідження пово-
ротного моменту лопатей на моделях робочого колеса поворотно-лопатевої гідротур-
біни на основі сучасної мініатюрної електроніки і бездротових технологій. Наведено
досвід впровадження запропонованого методу на гідродинамічному стенді ІПМаш НАН
України та результати вимірювань величини поворотного моменту для шестилопате-
вої моделі робочого колеса ПЛ40. Для вимірювання моменту застосовувався датчик те-
нзометричного типу та модель робочого колеса, розроблені фахівцями ТОВ
"Харкiвтурбоінжінірінг". Експериментальним шляхом на гідродинамічному стенді
отримані величини моментів повороту лопатей у всьому полі універсальної характери-
стики. Виміряні значення моментів повороту на розгінних режимах , а також від дії ві-
дцентрових сил.
Ключевые слова: модель рабочего колеса, ПЛ гидротурбина, лопасть, поворотный мо-
мент, тензодатчик, эксперимент.
1. Введение
Величины поворотных моментов, действующих на лопасть рабочего колеса пово-
ротно-лопастной (ПЛ) гидротурбины, необходимы для расчетов при проектировании рабо-
чих органов турбины и механизмов привода. На лопастях ПЛ гидротурбины при работе воз-
никает поворотный момент, стремящийся повернуть лопасть вокруг оси цапфы. Этот мо-
мент складывается из гидродинамических сил (Мг) взаимодействия лопасти с потоком и
центробежных сил (Мцбс), действующих на лопасть. В настоящее время, несмотря на суще-
ствование и развитие расчетных методик определения величин гидравлического момента,
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 4
экспериментальные методы не потеряли своей актуальности и используются для подтвер-
ждения расчетных данных.
В практике отечественного гидротурбостроения применялись различные экспери-
ментальные способы определения поворотного момента: с помощью индуктивных датчиков,
механических динамометров или тензометрических датчиков. В настоящее время, в основ-
ном, остался тензометрический способ [1] как наиболее стабильный и надежный.
В процессе измерения модель рабочего колеса находится в проточной части с водой
и вращается со значительной частотой, что заметно усложняет проведение измерений. Тра-
диционно для этих целей использовали следующую схему установки: от датчика, установ-
ленного на вращающейся под водой модели рабочего колеса, сигнал через провода, разме-
щенные в полом валу, подавался в сухую зону за пределами проточной части модели, затем
через вращающийся узел контактного токосъемника передавался на измерительную аппара-
туру, установленную неподвижно за пределами модельного блока [2]. Эта схема широко
применялась несколько десятилетий, несмотря на то, что имела ряд существенных недостат-
ков:
1) появление помех и искажение слабого сигнала от тензорезисторов при использо-
вании контактных скользящих токосъемников в условиях вибрации от вращающихся ма-
шин;
2) повышенная чувствительность установки к наводкам от электрического и магнит-
ного полей на токосъемник и провода, ведущие от датчика к измерительной аппаратуре;
3) влияние состояния рабочих поверхностей (механический износ, загрязнения,
окисление и др.) токосъемников на точность измерений.
Для устранения указанных недостатков предложена новая схема установки на базе
тензометрических датчиков с использованием современных возможностей по миниатюриза-
ции электроники и беспроводных технологий.
В данной статье приведена краткая информация по методике проведения испытаний,
обработке полученных данных, а также результаты выполненных измерений.
2. Методика проведения исследований
Измерительная аппаратура была размещена во втулке модели рабочего колеса непо-
средственно рядом с датчиком для устранения недостатков традиционной схемы измерения
момента на лопастях с помощью тензодатчиков, и усиленный, преобразованный сигнал в
цифровом виде передавался по беспроводной технологии на компьютер для регистрации,
анализа и дальнейшей обработки.
Испытания модели рабочего колеса ПЛ40 диаметром D1 = 0,35 метра с шестью лопа-
стями проводились в лаборатории ИПМаш НАН Украины на стенде ЭКС-15.
На рис. 1 представлен внешний вид модели рабочего колеса с установленным датчи-
ком 2 и измерительной аппаратурой 5. В качестве датчика момента использовалась специ-
ально разработанная цапфа в виде полого цилиндра, на наружные стенки которой наклеива-
лись тензорезисторы промышленного производства. Для защиты от воздействия влаги тен-
зорезисторы покрывались тремя слоями тонкой стеклоткани, пропитанной эпоксидной смо-
лой с пластификатором. Из-за малых габаритов модели рабочего колеса при шести лопастях
цапфы получились миниатюрными. Поэтому пришлось ограничиться размещением на них
всего двух линейных тензорезисторов (под углом 45° к оси разворота лопасти и под углом
90° по отношению друг к другу) вместо традиционных четырех.
Цапфа одним концом с помощью конуса закреплена в корпусе рабочего колеса 1, на
другой стороне ее с помощью резьбы и штифта зафиксирована лопасть 3. Для минимизации
потерь на трение в конструкции установлен шариковый радиально-упорный подшипник 4,
выполненный из коррозионно-стойких материалов.
Измерительная аппаратура 5, устанавливаемая на модели, состоит из:
1) серийно выпускаемого малогабаритного тензоусилителя с аналого-цифровым пре-
образователем (АЦП) марки AD101B фирмы HBM (Германия);
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 5
2) беспроводного цифрового модема YS-1100 (Китай) с интерфейсом RS-232, рабо-
тающего на частоте 433 МГц;
3) автономного источника питания в виде аккумуляторной батареи типа Li-ion емко-
стью 1.8 А⋅ч и напряжением 7.4 В.
Аппаратура собрана в корпус из стеклопластика, как герметичный моноблок. На мо-
дели аппаратура закрепляется в обтекателе 6 из оргстекла. При проведении испытаний, что-
бы не экранировать передачу радиосигнала с модели рабочего колеса на компьютер опера-
тора, используется камера рабочего колеса из оргстекла, которая ранее применялась для ви-
зуального регистрирования процессов кавитации в проточной части. Сигнал с измеритель-
ной аппаратуры модели принимается модемом YS-1100 на компьютере оператора. Для реги-
страции и обработки результатов замеров применялось программное обеспечение Catman
фирмы HBM (Германия).
3. Градуировка датчика и оценка погрешности измерений
Для градуировки датчика было изготовлено специальное приспособление, схема ко-
торого приведена на рис. 2. Приспособление состоит из симметричного рычага с плечами по
500 мм, на которых установлены корзины для грузов А и Б.
Рис.1. Модель рабочего колеса
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 6
Рычаг крепился с помощью переходника на измерительной цапфе, установленной в
корпусе рабочего колеса, и выставлялся горизонтально по уровню. Корзины А или Б после-
довательно нагружались, создавая момент, действовавший на открытие или закрытие ло-
пасти. Максимальный вес набора грузов составлял 10 кгс, что создавало момент 500 кгс⋅см.
После полного снятия нагрузки контролировалась величина оставшегося значения небалан-
са измерительного моста. Влияние изгиба цапфы на показания датчиков проверялось уста-
новкой грузов G1, соответствовавших максимальной осевой силе, действующей на лопасть
при напоре испытаний 5–6 метров. Точка приложения груза G1 располагалась на расстоя-
нии, эквивалентном положению центра давления на лопасти. Подвес груза осуществлялся
лентой через отверстие в переходнике. Градуировка датчиков показала хорошую стабиль-
ность и повторяемость результатов.
Погрешность измерения момента Мг зависит от точности градуировочной характе-
ристики датчика, класса регистрирующей аппаратуры, нестабильности режима испытаний,
невозврата «0» измерительной системы, влияния осевой гидравлической силы на показания
датчика.
В свою очередь, точность градуировочной характеристики зависит от класса тариро-
вочных грузов (δ = ±0,4%), измерительной аппаратуры (δ = ±0,01%), плеча градуировочного
рычага (δ = ±0,2%), трения в опорах, приводящего к разбросу показаний (δ = ±2%). Послед-
ний фактор является определяющим в величине общей погрешности и столь существенным,
что прочими можно пренебречь.
Регистрирующая аппаратура при тарировке датчика момента и в процессе испыта-
ний используется одна и та же, классом точности 0,01.
Нестабильность режима испытаний на стенде (в частности, напора) установлена в
результате тарирования приборов и испытаний и не превышает 0,5%.
Невозврат «0» регистрирующей аппаратуры имеет место из-за трения, влияния
влажности на сопротивления, температурного дрейфа и др. причин. При проведении испы-
таний диапазон измеряемых моментов был в пределах ±300 кгс⋅см (протарирован до
±500 кгс⋅см), при невозврате «0» в пределах ±3,5 кгс⋅см.
Рис. 2. Схема градуировки датчика поворотного момента на лопасти рабочего колеса
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 7
Влияние осевой гидравлической силы
на показания датчика было исследовано при
тарировании последнего и составляло до
15 кгс⋅см на одном из экземпляров датчика и
до 17 кгс⋅см – на другом. Достаточно высокая
чувствительность датчика к осевой силе обу-
словлена неидеальной точностью наклейки
тензорезисторов и использованием всего од-
ной пары тензорезисторов вместо традицион-
ных двух пар. Для уменьшения влияния осе-
вой силы на показания датчика и улучшения
параметров датчиков в будущем предлагается
использовать две пары тензорезисторов (че-
тыре тензорезистора) с уменьшенной базой.
Возможно применение готовых пар тензорезисторов с формированным на заводе располо-
жением резисторов специально для измерения момента (розетка тензорезисторов под 90°,
например, тензорезисторы 1-XY21-1.5/120 фирмы HBM , рис. 3, б).
В данном случае принято во внимание, что влияние изгибной составляющей может
вызвать искажение Мг в расчетной точке, но эта погрешность измерений перекрывается при
проектировании запасом механизма привода.
Влияние изгибной нагрузки на показания датчика определяется аккуратностью и
точностью наклейки тензорезисторов на цапфу. Поэтому целесообразно изготавливать пар-
тию датчиков момента с запасом и отбирать в процессе градуировки наиболее удачные эк-
земпляры для использования.
Суммарная оценка погрешности измерений поворотного момента на лопасти в диа-
пазоне 0…±300 кгс⋅см составила ±20 кгс·см. В приведенных единицах, соответствующих
рабочему колесу диаметром D1 = 1 м и напору H = 1 м, суммарная погрешность (при напоре
испытаний ≈ 6 м и диаметре модели РК 0,35 м) эквивалентна ±0,8 кгс·м.
4. Исследование поворотных моментов на лопасти ПЛ гидротурбины
Перед проведением каждого испытания и заполнением водой проточной части рабо-
чего колеса проводились измерения момента на лопасти от центробежных сил. Собранное
колесо, установленное в проточной части модельного блока, принудительно вращалось в
воздухе с помощью балансирного динамометра на частотах 400, 600, 800 и 1000 об/мин. Из-
меренный момент фиксировался в протоколе и сравнивался с предварительно определенны-
ми расчетными значениями.
Испытания по замерам поворотного момента на лопасти модели рабочего колеса вы-
полнены при углах установки лопастей +30°, +25°, +15° и +5° в широком диапазоне приве-
денных расходов Q1', оборотов n1', открытий направляющего аппарата а0 и напоре нетто
Hнетто ≈ 6 м.
При замерах определялся полный момент на модельной лопасти, состоящий из гид-
равлического момента и момента от центробежных сил. Для определения гидравлического
момента из полного момента необходимо вычесть момент от центробежных сил
Мг = Mп – Mцбс,
где Mцбс – расчетный момент на лопасти от центробежных сил; Mп – полный момент на лопасти изме-
ренный аппаратурой; Мг – гидравлический момент на лопасти.
На рис. 4 приведена зависимость значений поворотных моментов на лопасти, вы-
званных центробежными силами, от частоты вращения вала и угла установки лопастей, по-
лученные расчетом и в результате эксперимента. При проведении экспериментов было при-
нято, что знак «+» соответствует моменту, действующему на разворот лопасти в сторону
закрытия. Как видно из рис. 4, существуют небольшие отличия моментов поворота, полу-
ченные в результате расчета и эксперимента. Следует иметь в виду, что расчет проводился
а) б)
Рис. 3. Тензорезисторы:
а) – линейный; б) – Y-типа, со сдвоенной
решеткой для измерения сдвига/момента
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 8
без учета сопротивления воз-
духа, который находился в
момент эксперимента в каме-
ре рабочего колеса. Центро-
бежный момент всегда дейст-
вует на закрытие лопастей
рабочего колеса. Этот факт
подтверждается и в работе [1].
С увеличением угла установ-
ки лопастей моменты, дейст-
вующие на лопасть, увеличи-
ваются, а увеличение частоты
вращения приводит к увели-
чению момента пропорцио-
нально квадрату угловой ско-
рости.
Для удобства исполь-
зования полученных резуль-
татов действующий на одну
лопасть гидравлический мо-
мент приводился к напору 1 м
и к диаметру колеса 1 м
М
3
м
г
1 HD
MM
⋅
=′ ,
где Dм = 0,35 м – диаметр мо-
дели испытуемого рабочего
колеса; Hм – действующий
напор при испытаниях моде-
ли.
На основании полу-
ченных экспериментальных
данных построены зависимо-
сти поворотных моментов в
поле универсальной характе-
ристики. Режимы испытаний
выбирались по пропеллерным характеристикам и комбинаторным режимам таким образом,
чтобы обоснованно нанести линии равных моментов на универсальную характеристику. По-
воротный момент слабо изменяется с изменением величины приведенного расхода при по-
стоянных приведенных оборотах. С увеличением приведенной частоты вращения от 80 до
170 оборотов поворотный момент возрастает от 1 до 15 кгс·м. Характеристика зависимостей
поворотного гидравлического момента на лопасти от приведенных расходов и оборотов
представлена на рис. 5. Полученные результаты хорошо согласуются с выводами в работе
[3].
Дополнительно проведены замеры момента в разгонном режиме на трех углах уста-
новки лопастей рабочего колеса. Результаты режимов разгонных испытаний приведены на
рис. 6. На этих режимах поворотный момент достигает максимальных значений, которые на
порядок превышают значения момента в оптимуме характеристики.
На основании полученных экспериментальных данных построены зависимости по-
воротных моментов в поле универсальной характеристики. Режимы испытаний выбирались
по пропеллерным характеристикам и комбинаторным режимам таким образом, чтобы обос-
нованно нанести линии равных моментов на универсальную характеристику. Поворотный
Рис. 4. Зависимость момента от центробежных сил
на лопасти модельного колеса (D1 = 0,35 м) от
частоты вращения вала и угла установки лопасти:
1,2 – ϕ = 5°; 3, 4 – ϕ = 15°; 5, 6 – ϕ = 25°; 7, 8 – ϕ = 30°;
сплошная линия соответствует измеренным данным,
пунктирная – расчетным
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 9
Ри
с.
5
. З
на
че
ни
е
пр
ив
ед
ен
но
го
ги
др
ав
ли
че
ск
ог
о
по
во
ро
т
но
го
м
ом
ен
т
а
M
I'
(к
гс
⋅м
),
де
йс
т
ву
ю
щ
ег
о
на
л
оп
ас
т
ь
м
од
ел
и
ра
бо
че
го
к
ол
ес
а
ги
др
от
ур
би
ны
т
ип
а
П
Л
40
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 1 10
момент слабо изменяется с изменением величины приведенного расхода при постоянных
приведенных оборотах. С увеличением приведенной частоты вращения от 80 до 170 оборо-
тов поворотный момент возрастает от 1 до 15 кгс·м. Характеристика зависимостей поворот-
ного гидравлического момента на лопасти от приведенных расходов и оборотов представле-
на на рис. 5. Полученные результаты хорошо согласуются с выводами в работе [3].
Дополнительно проведены замеры момента в разгонном режиме на трех углах уста-
новки лопастей рабочего колеса. Результаты режимов разгонных испытаний приведены на
рис. 6. На этих режимах поворотный момент достигает максимальных значений, которые на
порядок превышают значения момента в оптимуме характеристики.
5. Выводы
Подтверждена работоспособность предложенного варианта экспериментальной ме-
тодики измерения момента лопасти с размещением измерительной аппаратуры внутри кор-
пуса модели и беспроводной передачей значений замеров с помощью радиомодемов. В про-
цессе эксперимента достигнута достаточно высокая степень стабильности, повторяемости и
точности значений поворотного момента. Возможно дальнейшее повышение точности изме-
рений за счет совершенствования измерительных тензодатчиков и использования в них спе-
циализированных тензорезисторов Y-типа.
Выполнены исследования момента на лопасти модели рабочего колеса гидротурби-
ны типа ПЛ40 при углах установки лопастей +30°, +25°, +15°, +5° в широком диапазоне
приведенных расходов Q1', оборотов n1' и открытий направляющего аппарата a0. На основа-
нии полученных результатов построена характеристика зависимостей момента на лопасти от
приведенных расходов и частоты вращения, а также зависимости моментов в разгонных ре-
жимах и момента от центробежных сил.
Литература:
1. Малышев, В. М. Модельные исследования гидротурбин / В. М. Малышев. – Л.: Машиностроение,
1971. – 286 с.
2. Орго, В. М. Гидротурбины / В. М. Орго. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. – 320 с.
3. Ковалев, Н. Н. Проектирование гидротурбин / Н. Н. Ковалев. – Л.: Машиностроение. – 1974. –
280 с.
Поступила в редакцию
13.12.13
Рис. 6. Приведенные гидравлические моменты на лопасти
рабочего колеса в разгонном режиме:
1 – ϕ = 5°; 2 – ϕ = 25°; 3 – ϕ = 30°
|