Гидроопоры как средство виброзащиты энергоемких синхронизирующихся механических систем
На правах рукописи
ГОРДЕЕВ Андрей Борисович ГИДРООПОРЫ КАК СРЕДСТВО ВИБРОЗАЩИТЫ ЭНЕРГОЕМКИХ СИНХРОНИЗИРУЮЩИХСЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Специальность 01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Нижний Новгород – 2009
Работа выполнена в Нижегородском филиале Учреждения Российской академии наук Института машиноведения им. А.А.Благонравова РАН.
Научный консультант: доктор физико – математических наук, профессор Ерофеев Владимир Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Синев Александр Владимирович доктор технических наук Казаков Вячеслав Вячеславович
Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно исследовательский институт железнодорожного транспорта» (Нижегородское отделение)
Защита состоится 28 декабря 2009г. в 17-00 на заседании диссертационного совета Д 212.165.08 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24, корп. 1, ауд.1258.
Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя Ученого секретаря диссертационного совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.
Автореферат разослан 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.165.08, доктор технических наук _Е.М. Грамузов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Вопросы синхронизации и захвата частоты в динамических системах со многими степенями свободы, а также при испытаниях на виброустойчивость многорезонансных механических систем с локальными источникми шума и вибрации в современном машиностроении приобретают все большую актуальность.
В нелинейных системах явления синхронизации и захватывания частоты при переходных режимах работы, могут приводить к разрушению силовых агрегатов. Эти процессы усугубляются влиянием внешних вибрационных полей, которые могут приводить к значительному затягиванию времени переходных процессов в энергоемком виброактивном оборудовании. Возрастание времени переходных процессов, в свою очередь, приводит к увеличению энергопотребления и дополнительному росту виброактивности энергоемкого оборудования, появлению низкочастотных составляющих спектра, вызывающих снижение ресурса работы силовых агрегатов и способствующих разрушению инженерных конструкций за пределами источников вибрации. Первые теоретические работы по эффекту самосинхронизации механических систем были опубликованы еще в 1914 году А. Зоммерфельдом. Дальнейшее развитие это направление получило в работах И.И. Блехмана, В.О. Кононенко, Я.Г. Пановко, К.В.
Фролова Примеры синхронизующихся систем - транспортные средства, гибкие автоматизированные системы, когда на податливом основании устанавливаются более одного источника вибрации.
Задачи снижения уровней вибрации в стационарных и переходных режимах работы энергоемких машин весьма актуальны.
Состояние вопроса. Созданные к настоящему времени пассивные средства гашения вибрации и шума с использованием резинометаллических виброопор, гидравлических амортизаторов, пружин и звукоизолирующих материалов к настоящему времени исчерпали свой потенциал. Возникла проблема поиска неординарных технических решений в области виброзащиты машин. Это направление связано с концепцией создания интегральных гидроопор, предполагающих использование для гашения вибрации иные физические принципы. В частности, совмещение в одной конструкции элементов структурного демпфирования и элементов диссипирующих энергию колебаний в средах с изменяющимися реологическими свойствами с помощью специально организованных дроссельных каналов. Начало нашего века ознаменовалось лавинообразным потоком публикаций и патентов в области гидравлического демпфирования вибраций и ударов. Наибольшее число патентов и публикаций по данному направлению в Германии, Японии и США.
В нашей стране такие работы проводятся с конца 1980-х годов. В течение двадцати лет в Нижегородском филиале Института машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (Нф ИМАШ) проводится работа по созданию и исследованию гидроопор для автомобильной промышленности, в первую очередь для заводов ГАЗ, ПАЗ и других предприятий Волжского региона. Начиная со второй половины 1990 г. к этой работе подключился головной институт ИМАШ РАН в Москве, имевший к тому времени существенные достижения в области виброзащиты.
В 2000 – 2007 г.г. эта работа выполнялась силами коллективов ИМАШ РАН и Нф ИМАШ РАН совместно с коллективом института механики и надежности машин Национальной академии наук республики Беларусь в рамках проектов РФФИ – БрФФИ: " Теоретические иэкспериментальные исследования гидроупругих технологий гашения вибраций мобильных машин";
"Теоретические и экспериментальные исследования гидравлических инерционных трансформаторов в системах виброизоляции машин, динамического гашения и электромеханического преобразования";
" Моделирование систем виброизоляции с внутренними инерционно-демпфирующими элементами для защиты операторов мобильных машин и инженерных сооружений рельсового и дорожного транспорта".
Результаты исследований обобщены в монографиях "Системы виброзащиты с использованием инерционности и диссипации реологических сред" (2004) и "Математические модели виброзаштных систем" (2008).
Наиболее перспективным в настоящее время направлением является разработка гидравлических виброопор (гидроопор) с изменяющимися характеристиками. В них диссипация (поглощение) энергии колебаний двигателя происходит в средах с реологическими свойствами, параметры которых могут изменяться под действием внешних управляющих сигналов. Исследование влияния гидроопор гидроопор на снижение виброактивности синхронизирующихся механических систем не проводилось.
Возникает задача разработки нового поколения гидравлических виброопор, применяемых в синхронизующихся вибросистемах, работа которых основана на управляемых реологических параметрах рабочей среды.
Цель работы заключается в повышении эффективности виброзащиты энергоемких синхронизирующихся механических систем на основе применения гидравлических виброопор.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
-провести экспериментальные исследования явления захвата частоты ротора асинхронного двигателя внешним вибрационным полем;
-разработать оригинальную конструкцию гидравлической виброопоры, свободную от недостатков прототипов;
-провести лабораторное моделирование процессов в магнитореологических трансформаторах гидроопор;
-оценить эффективность применения гидроопор в качестве демпферов асинхронных двигателей.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-Предложен и запатентован вариант гидроопоры, исключающий образование кавитации в рабочей среде и микрогидроударов в дроссельных каналах. В результате проведения лабораторных и натурных испытаний продемонстрирована эффективность такой гидроопоры в качестве демпфера асинхронных двигателей.
-На основе лабораторного моделирования процессов, происходящих в заполняющих гидроопору рабочих жидкостях, изменяющих свои характеристики под действием внешних и внутренних электромагнитных полей, показано, что управление потоком магнитореологической жидкости наиболее эффективно в областях наибольшей неоднородности магнитного поля.
Основные результаты диссертации были получены в ходе выполнения работ по теме "Разработка моделей и методов расчета нелинейных волновых процессов, хаотической синхронизации и формирования кластерных структур в машинах, создание высокоэффективных адаптивных систем виброзащиты", включенной в план основных заданий Нф ИМАШ РАН (2009 – 2012 г.г. Гос.рег. № 01200957044, руководитель проф. Ерофеев В.И.) и при поддержке:
-гранта РФФИ "Системы виброизоляции с внутренними инерционными демпфирующими элементами для защиты операторов мобильных машини инженерных сооружений рельсового и дорожного транспорта.
Теория. Эксперимент. (РФФИ № 08-08-97057_Поволжье, 2008 – 2010, рук. проф. Ерофеев В.И.);
- стипендии имени академика Г.А. Разуваева (2008 г.).
Практическая значимость. Внедрение результатов работы в промышленность позволит снизить потребление энергии рельсовым транспортом примерно на 5-7%. Увеличить ресурс мощных электродвигателей в электровозах примерно на 10-20%. Повысить комфортабельность рабочих мест операторов мобильных машин и снизить вибрационные перегрузки до установленных законом санитарных норм.
Разработанная гидроопора прошла успешные испытания на Калужском турбинном заводе и рекомендована для использования в составе комплекса виброзащиты техники специального назначения.
Предприятие ООО «Виброзащита» выпустило малую серию «антикавитационных» гидроопор для гашения вибраций стационарных энергетических установок, станков, компрессоров, электрооборудования.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их согласованностью с общими положениями теории колебаний, механики сплошных сред, а также согласованностью результатов лабораторного моделирования и стендовых испытаний с результатами натурных испытаний гидроопор в составе действующих механизмов.
На защиту выносятся:
-результаты экспериментальных исследований явления захвата частоты вращения ротора электродвигателя внешним вибрационным полем;
-оригинальная конструкция гидравлической виброопоры;
-результаты лабораторного моделирования и стендовых испытаний магнитореологиеских трансформаторов гидроопор с учетом потребляемой энергии;
-результаты оценки эффективности гидроопор в качестве демпферов асинхронных двигателей.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы должены и обсуждены: на второй Всероссийской научной конференции по волновой динамике машин и конструкций (Н. Новгород, 2007 г.);
Десятой Всероссийской научно-технической конференции "Состояние и проблемы измерений" (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 г.);
Восьмой Всероссийской научной конференции "Нелинейные колебания механических систем" (Н. Новгород, 2008 г.);
Всероссийской научно технической конференции "Проблемы машиноведения", посвященной 70 – летию ИМАШ РАН. (Москва, 2008 г.);
Тринадцатой Нижегородской сессии молодых ученых (Н. Новгород, 2008 г.);
Всероссийской научной конференции "Проблемы механики и акустики сред с микро- и наноструктурой (Наномех – 2009, Н. Новгород 2009 г.);
научных семинарах ИМАШ РАН (Москва) и Нф ИМАШ РАН (Н.
Новгород).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано работ, из которых 1 патент, 15 статей, в том числе 5 – из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации:
Работа состоит из введения и четырех глав. Общий объем составляет 152 стр., включая 38 рисунков и 4 таблицы, библиографии содержащей 141 наименование.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы, научная новизна и практическая значимость, кратко излагаются содержание и выводы диссертации.
В главе 1 рассматривается эффект синхронизации, проявляющийся при взаимодействии различных источников вибрации и шума в механических системах и часто приводящий к неоправданным экономическим потерям. Одним из источников вибраций рассматривается неуравновешенный электродвигатель, упруго закрепленный на платформе.
Для проведения экспериментальных исследований на вибрационном стенде закреплялся асинхронный электродвигатель с номинальной мощностью 250 ватт, измерялось значение пускового тока и время переходных процессов установления номинального режима работы двигателя при различных частотах действующей на него вибрации. Частота вибростенда изменялась в интервале 10–60 Гц с шагом 5 Гц.
Стендовые испытания асинхронного электродвигателя показали следующее. На частотах вибрации 10–55 Гц потребляемый пусковой ток возрастал до 3 А, при номинальном токе 0,95 А. Время переходных процессов до установления номинального режима возрастало в пять раз. В спектре выходного сигнала появлялась низкочастотная составляющая 1–3 Гц, которая являлась диагностическим признаком биений. Биения являются наиболее негативными факторами действия вибрации на окружающую среду. Наиболее заметно это действие в системах, насыщенных мощным энергетическим оборудованием на мобильных объектах – в наземном и подземном электротранспорте. Это приводит к неоправданному росту затрат электроэнергии.
В главе 2 обсуждается вопрос о том, что одним из путей снижения вредного действия вибрации в энергоёмких системах является изолирование её источников друг от друга. Поскольку в производственных условиях не всегда представляется возможным пространственное их разделение, возникает необходимость гасить вибрации в самих источниках.
Обосновывается перспективность применения управляемых гидроопор в синхронизирующихся системах. При этом виброизолирующие устройства должны обладать широкой полосой настройки на различные частоты и повышенным ресурсом.
В этой же главе рассмотрены явления возникновения микрогидроударов в рабочей среде гидроопоры. Показано, что при длительной работе гидроопоры и при ударных нагрузках всегда возникают кавитационные явления, провоцирующие микрогидроудары.
Проведенные экспериментальные исследования выявили неравномерность затухания высокочастотных гармонических составляющих входного вибросигнала в зависимости от наличия в рабочей среде гидроопоры газовых полостей, являющихся основой кавитационных процессов.
На рис. 1 приведена структурная схема гидравлической виброопоры, реализующая антикавитационные потоки рабочей среды в дроссельных каналах при действии внешних ударных нагрузок.
Конструкция гидроопоры защищена патентом Российской Федерации №56523 от 13.02.2006, Бюл. № 25. Гидравлическая виброопора содержит герметично закрытую рабочую камеру 1, ограниченную эластичной обечайкой 2 и опорной платой 3 и заполненную рабочей жидкостью. Рабочая камера посредством дроссельных каналов 4а и 4б, не являющихся продолжением друг друга с тангенциальным вводом в кольцевую полость 12, а также дроссельных каналов 5а и 5б с тангенциальными вводами в промежуточные камеры 13 кругового или эллиптического сечения расположенных концентрично относительно друг друга в разделительной перегородке 6, установленной в корпусе 7, сообщена с компенсационной камерой 8, ограниченной снизу эластичной гофрированной мембраной 9, а также кольцевые промежуточные камеры 13 кругового или эллиптического сечения соединенные дроссельными каналами, выполненными в виде капилляров, 5а с рабочей и компенсационной 5б камерами и каналами 14 друг с другом и с кольцевой полостью.
Благодаря тангенциальным вводам дроссельных каналов в рабочие и промежуточные камеры исключаются кавитационные Рис. отделяющей демпфирующую жидкость от воздушной полости 10 и уплотненную в корпусе 7 посредством поддона 11, предохраняющего мембрану 9 от механических повреждений. Гофры на мембране располагаются в виде концентрических окружностей, а выходы дроссельных каналов 4б и 5б направлены по касательным к стенкам гофров. Разделительная перегородка 6 содержит кольцевую полость 12, примыкающую к дроссельным каналам 4 (4а и 4б) и выполненную в периферийной части перегородки и частично выходящая в корпус 7, явления и микрогидроудары в дроссельных каналах. В синхронизующихся механических системах, где вибрационные процессы могут спонтанно скачком переходить из стационарного режима в режимы, характеризующиея неустойчивыми колебательными процессами с широким спектром частот, данные конструкции гидроопор являются весьма перспективными.
Одной из возможных адаптаций гидроопоры к самосинхронизующимся системам является применение в качестве рабочей среды магнитореологических жидкостей. В этом случае в предложенную конструкцию вводятся дополнительные узлы – магнитореологические трансформаторы.
Перед разработчиками стоят две противоречивые проблемы: с одной стороны необходимо усиливать напряженность управляющего магнитного поля, с другой стороны менять его полярность с частотой до 500 Гц. Но при напряженности магнитного поля порядка 140 кА/м в дорогостоящих ферритовых сердечниках, входящих в состав магнитореологических трансформаторов, остаточная магнитная индукция в них может достигать 30% от первоначальной. Это недопустимо в рабочих условиях эксплуатации гидроопоры. Поэтому в зависимости от назначения гидроопоры в качестве сердечников в магнитореологических трансформаторах можно использовать не только ферритовые элементы, и элементы из магнитомягких материалов, которые значительно дешевле.
В главе 3 проведен анализ результатов экспериментальных исследований динамических процессов при дросселировании магнитореологических жидкостей при действии электромагнитных полей. Выяснено, что в рабочих средах всегда присутствуют элементы с остаточной магнитной индукцией после исчезновения внешнего магнитного поля. Они возникают в виде вторичных доменов (кластеров) в магнитореологических средах.
Уникальное свойство магнитореологических жидкостей изменять свою вязкость в электромагнитных полях реализуется в том случае, когда смесь магнитного наполнителя с жидкостью-носителем является устойчивым коллоидным раствором. Его получение обеспечивается двумя условиями: мелкими размерами частиц наполнителя (10-20 нм) и использованием специальных веществ стабилизаторов. Так как частицы магнитного наполнителя могут сильно взаимодействовать между собой, адсорбционно-сольватный слой молекул стабилизатора на поверхности частиц препятствует их объединению и коагуляции. Получение магнитных частиц требуемого размера достигается путем осаждения солей двух- и трехвалентного железа в щелочной среде по методу Элмора. В результате реакции образуется магнетит - осадок черного цвета, обладающий магнитными свойствами.
При этом для более полного осаждения магнетита требуется 1,5-2-кратный избыток аммиака по сравнению с требуемым по реакции, т.к. при недостатке щелочи часть трехвалентного железа переходит в гидроксид железа (III), и процесс будет осложнен побочными реакциями. По этой же причине необходим 10%-й избыток соли двухвалентного железа. Тогда в ходе реакции образуется осадок с равным содержанием оксидов двух- и трехвалентного железа FеОFе2О3, который обладает наилучшими магнитными свойствами.
Изменение формы сечения дроссельных каналов не влияет существенно на процессы дросселирования, а влияет лишь его площадь.
При определении динамических характеристик магнитореологических виброопор с магнитореологическими трансформаторами, основной считается характеристика главной и переходной динамической жесткости или эквивалентная ей характеристика главного и переходного импеданса.
Целью динамических испытаний является определение амплитудно-частотных характеристик, тангенсов углов потерь, коэффициентов потерь, фазо-частотных характеристик.
Так как частотный диапазон исследуемых характеристик магнитореологических виброопор находится в пределах 8 – 80 Гц, то по частотному диапазону более применим центробежный вибростенд.
Центробежный вибростенд, предназначенный для динамических испытаний на виброгашение, (рис.2), содержит механическую оснастку, позволяющую крепить различные типы магнитореологических виброопор для измерения динамических характеристик в трех взаимно перпендикулярных направлениях по осям z, y, x.
Так при проведении динамических испытаний магнитореологических виброопор на виброгашение вибраций на платформу 2 вибростенда устанавливается магнитореологическая виброопора МГВ – 90Д, которая нагружается массой нагрузки 1.
Платформа 2 вибростенда связана штоком 3 с траверсой 6, на концах которой находятся по две пары стальных секторов 5, вращающихся в разные стороны. Неуравновешенность системы, достигнутая в результате смещения осей симметрии каждой пары секторов относительно друг друга, вызывает центробежные силы F.
Горизонтальные составляющие центробежных сил взаимно уничтожаются, а вертикальные складываются, вызывая прямолинейную синусоидальную вибрацию подвижной части стенда, подвешенной на пружине 4. Амплитуда вибрации регулируется изменением угла между секторами, а частота - числом оборотов секторов.
В главе 4 показано, что применение магнитореологической суспезии в качестве рабочей среды в гидроопорах существенно расширяет ее возможности гашения вибрации в самосинзронизующихся системах. Так как ее функциональные возможности позволяют настраивать гидроопору на различные частоты рабочего диапазона. На рис.3 представлены экспериментально полученные данные о функциональных возможностях различных типов виброопор.
Результаты стендовых испытаний последнего варианта гидроопоры, рассчитанного под статическую нагрузку 1000 Н и соответствующего зарубежного аналога.
Из графиков видно, что гидроопора с магнитореолоческим заполнением, в среднем, эффективнее гидроопоры с антикавитационной конструкцией на 3 – 4 децибела. Последняя эффективнее импортной тоже на 3 – 4 децибела.
Целесообразно дроссельные каналы в магнитореологических трансформаторах выполнять в виде узких щелей. Такие каналы позволят более эффективно управлять потоком рабочей жидкости и снижают энергоемкость гидроопоры в целом.
Рис. 2. Схема центробежного вибростенда и схема аппаратного обеспечения динамических испытаний магнитореологической виброопоры МГВ – 90Д на виброгашение вибраций.
U(dB) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Гц Рис.3.
1- гидроопора №2 Нф ИМАШ РАН с антикавитационными рабочими полостями;
- гидроопора №3 Нф ИМАШ РАН с магнитореологическим заполнителем;
3 стандартная виброопора;
4 - гидроопора германская (производство фирмы "FRЕIDENBERG") Далее в главе рассмотрено практическое применение перестраиваемых гидроопор для гашения вибраций в синхронизующейся системе электровоза. Приведен расчет экономической эффективности при использовании гидроопор с целью разрушения синхронизации в подвижном составе железнодорожного транспорта. На рис.4 приведена схема расположения виброактивных элементов электровоза.
Рис. 4.
Схема расположения электрооборудования:
КМ – кабина машиниста, 1 – расщепитель фаз, 2 – мотор-вентилятор МВ1, 3 – мотор-вентилятор МВ3, 4 – мотор-вентилятор МВ2, 5 – мотор-вентилятор МВ4, 6 – блок мотор-компрессора, 6А – компресссор, ТП – трансформаторное помещение.
В электровозах наземного и подземного транспорта имеются виброполя, возбуждаемые работой силовых агрегатов – тяговых двигателей, фазорасщепителей, компрессоров и т.д. Каждый из этих источников виброполей работает в нестационарных режимах, обусловленных рабочими процессами. Виброполя, распространяющиеся по конструкции электровоза, поглощают значительную долю энергии силовых агрегатов. Эта доля тем больше, чем выше виброактивность работающих силовых агрегатов. (электродвигателей).
Рассмотривается основной вариант, связанный с работой мотор – компрессора. Этот силовой агрегат является наиболее виброактивным узлом электровоза, создающим значительные вибрационные нагрузки.
Наиболее "легким" режимом его работы является стационарный. В этом режиме устанавливается номинальная частота вращения ротора электродвигателя. Масса мотор=компрессора 1400-1600 кг., номинальное число оборотов ротора электродвигателя компрессора – 1400 об/мин., циклическая частота в этом режиме – 23 Гц.
При этом возникающие в точках крепления лап агрегата к станине виброперегрузки достигают 70 м/c2, значения виброперегрузок – среднеквадратичные. Среднее значение виброперемещений составляет 0,36 мм. Сила, действующая на опоры силового агрегата при возбуждении вибрационного поля F=ma = 98000 Н. Энергия, питающая вибрационное поле мотор – компрессора W= 98000 10-3 = 35 Дж.
Средняя мощность за период W = 35 2/Т = 70/0,043=1,6 кВт. Эта мощность бесполезно рассеивается по конструкциям электровоза и вызывает сбои в работе других механизмов, в частности, является одной из причин отказов электрооборудования.
Считая годовой лимит времени равным 8760 часам, коэффициэнт использования оборудования равным 0,6, стоимость одного киловатт-часа равным 2 рублям, а также учитывая двухсекционность электровоза и коэффициент, учитывающий невозможность полного исключения рассеяния энергии остающимися вибрационными полями равным 0,9, получим Э(2)=2 руб/кВтчас 1,6 кВт 8760 час 0,6 2 0,9=30275 руб/год.
Виброускорение, используемое при расчете соответствует достаточно "мягким" условиям эксплуатации электровозов.
В переходных режимах работы силовых агрегатов (электродвигателей) возникают процессы синхронизации и захватывания частоты. Такие эффекты экспериментально наблюдались при исследовании вибрационных полей электровоза в переходных режимах работы электродвигателей.
Рассмотрим пример с мотор – компрессором, работа которого происходит большей частью в переходных режимах. Исходные данные для расчета следующие: годовой лимит времени – 8760 часов;
коэффициент использования данного вида оборудования к(1)=0,2;
мощность электродвигателя N=40 кВт., двухсекционность электровоза n(3)=2.
Следует учесть, что при разгоне электродвигателя, особенно при наличии дополнительных моментов на его валу, потребление тока превышает номинальный уровень в 5 – 6 раз (к(2)=5). Коэффициент входа, характеризующий продолжительность переходного процесса при наличии синхронизации, Е(ф) = 0,15 при использовании штатных демпферов, при использовании гидроопор этот коэффициент составил Е(ГО)=0,05. Эти данные получены на основе экспериментальных исследований.
Общая формула для расчета потребляемой энергии:
Э(р)=С (1)n(3)Nк(2)t[Е(ф)-Е(ГО)]= 2 0,2 40 5 8760 0,1 = 70080 руб/год.
Эта энергия потреблялась при разгоне электродвигателя. При выключении питания угловая скорость ротора электродвигателя начнет уменьшаться. Если при этом работают электродвигатели вентиляторов, расщепителя фаз, а также тяговые, то все они генерируют виброполя с широким спектром частот. Когда частота вращения ротора мотор – компрессора совпадает с одной из гармоник этого спектра, то вновь возникает явление синхронизации (захвата частоты) и некоторое время ротор вращается с этой частотой. Время, которое при этом затрачивается, зависит от степени дисбаланса ротора. Дополнительная энергия, требуемая для поддержания определенной частоты вращения ротора отводится от работающих в данное время других электродвигателец, вызывая их перегрузку. Экспериментально было установлено, что при отключенных дополнительных электродаигателях, полный останов электродвигателя мотор – компрессора происходит, примерно на 20% быстрее, чем при включенных. Таким образом, явление синхронизации частоты вращения ротора наблюдается при разгоне и останове. Следовательно, общий эффект по данному пункту составит: Э(з)=Зр+Зо=2Э(р)= руб/год.
При расчете учитывались следующие условия:
-исключались причины, приводящие к возрастанию пускового момента, вызванного влиянием присоединенной коробки передач, которое вызывает дополнительное возрастание пускового тока до 100% и более;
-время переходного процесса выбрано минимальным;
-не учитывались составляющие потерь энергии в переходных процессах остальных видов электрооборудования.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ 1. Экспериментально исследовано взаимодействие источника возбуждения (асинхронный электродвигатель в переходных режимах работы) с внешними вибрационными полями, которые могут генерироваться постоянными источниками, в частности вибростендом.
Выявлены режимы работы вибростенда, при которых возникает явление захвата частоты вращения ротора электродвигателя внешним вибрационным полем, приводящее к затягиванию переходных процессов и дополнительному потреблению энергии источника.
2. Предложена и запатентована гидравлическая виброопора, конструкция которой исключает образование кавитации в рабочей среде и микрогидроудары в дроссельных каналах.
3. Проведено лабораторное моделирование магнитореологических трансформаторов (т.е. дополнительных узлов, вводимых конструкцию гидроопоры в случае заполнения ее жидкостью, изменяющей свои характеристики под действием внешних и внутренних электромагнитных полей) с учетом потребляемой энергии. На основе проведенных испытаний сделан вывод о том, что управление потоком магнитореологической жидкости наиболее эффективно в областях наибольшей неоднородности магнитного поля.
4. В результате проведения экспериментальных исследований продемонстрирована эффективность гидравлических виброопор в качестве демпферов асинхронных электродвигателей.
Показано, что, по сравнению с лучшими зарубежными аналогами, снижение уровня вибрации и шума происходит, в среднем, на 3 – 4 децибела – в случае применения антикавитационной конструкции гидроопоры и на 6 – 7 децибел в случае применения гидроопоры с магнитореологическим заполнителем.
Обоснованы экономические предпосылки применения гидроопор в энергоемких синхронизирующихся механических системах.
Публикации по теме диссертации Статьи, входящие в перечень изданий, утвержденных ВАК 1. Гордеев А. Б., Гордеев. Б. А., Тумаков С. Ф. Стендовые испытания газогидравлических демпферов, предназначенных для снижения шума и вибрации энергетических установок. //Приволжский научный журнал 2007. № 2. С.21-27.
2. Гордеев А.Б. Моделирование остаточной магнитной индукции в ферритовых элементах магнитореологических трансформаторов гидравлических виброопор. //Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2008. №2. С.147-151.
3. Гордеев А. Б., Гордеев Б.А., Ерофеев В. И., Охулков С.H.
Концепция управления магнитореологическими трансформаторами в гидроопорах при минимизации потребляемой энергии. //Вестник машиностроения. 2008. №8.С.23-26.
4. Гордеев Б. А., Гордеев А. Б., Куклина И.Г. Акустический метод диагностики сред микроструктурой. //Приволжский научный журнал.
2008. №4. С.116-121, 5. Гордеев Б.А., Ковригин Д.А., Леонтьева А.В., Гордеев А.Б.
Применение гидравлических виброопор в синхронизующихся механических системах. // Приволжский научный журнал. 2009. № 3.
С. 49-53.
Изобретение 6. Гордеев Б.А., Ерофеев В.И., Перевезенцев В.Н., Федюнин П.Н., Гордеев А.Б. Гидравлическая виброопора.// Патент Российской Федерации на полезную модель № 56523 по заявке № 2006104285 от 13.02.2006 г.
Статьи в журналахи сборниках, труды и тезисы докладов научных конференций 7. Гордеев А. Б., Тумаков С. Ф., Охулков. Гордеев Б.А.
Применение газогидравлических виброопор для снижения уровней шума и вибрации машин.// Прикладная механика и технология машиностроения. Сборник научных трудов. Н. Новгород.
Издательство общества «Интелсервис» 2006. №1(9).С.140-149.
8. Гордеев. А. Б. Экономические предпосылки применения гидроопор в железнодорожном транспорте//Прикладная механика и технология машиностроения. Сборник научных трудов. Н. Новгород.
Издательство общества «Интелсервис». 2006. №1(9).С.150-154.
9. Гордеев А. Б. Обоснование экономической целесообразности замены дорогостоящих ферритовых элементов магнитореологических трансформаторов элементами с остаточной магнитной индукцией.// Волновая динамика машин и конструкций. Тезисы докладов Второй Всероссийской научной конференции по волновой динамике машин и конструкций. Издание ЗАО «ИНТЕК-НН» Н. Новгород, 2007.С 130.
10. Гордеев А. Б. Снижение уровней шума и вибраций с помощью гидроопор. //Прикладная механика и технология машиностроения.
Сборник научных трудов №1. Издательство общества «Интелсервис» Н. Новгород 2007.C.
11. Гордеев А.Б., Гордеев Б. А., Прахова Т. Н. Снижение уровней шума и вибраций с помощью гидроопор. // Мир измерений. 2007. № С. 50-54.
12. Гордеев Б.А., Булгакова С.А.,Тумаков С.Ф., Охулков С.Н., Гордеев А.Б. Переходные процессы в магнитореологических заполнителях гидроопор в синхронизирующихся системах. // Труды VIII Всероссийской научной конференции. "Нелинейные колебания механических систем". Н. Новгород 2008 Том II.С.85-89., 13. Гордеев А.Б. Экономические предпосылки применения гидроопор в синхронизирующихся системах. //Труды VIII Всероссийской научной конференции. Том II Нелинейные колебания механических систем. Н. Новгород 2008. Н. Новгород. С. 79-84.
14. Гордеев Б.А.., Бугайский В. В., Тумаков С. Ф., Гордеев А.Б..
Стендовые испытания гидроопор в системах с синхронизирующимися частотами. // Прикладная механика и технология машиностроения.
Сборник научных трудов. Н. Новгород. Издательство общества «Интелсервис». 2008. № 2(13) С.64-76.
15. Гордеев А. Б., Охулков С. Н. Применение магнитореологических трансформаторов в гидроопорах. // Прикладная механика и технология машиностроения. Сборник научных трудов Н.
Новгород. Издательство общества «Интелсервис». 2008. №1.(12) С.107 114.
16.. Гордеев Б.А., Гордеев А.Б. Вопросы управления гидравлическими виброопорами при ударных воздействиях // 10-я Всероссийская научно-техническая конференция «Состояние и проблемы измерений». М. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. С.115-116.
17. Гордеев А.Б. Вопросы управления магнитореологическими трансформаторами в гидроопорах при минимизации потребляемой энергии. //Материалы XIII Нижегородской сессия молодых ученых. Н.
Новгород. 2008 С. 74-75.
18. Гордеев А.Б. Применение гидроопор в синхронизированных системах// Проблемы машиноведения. Сборник трудов конференции, посвященной 70 – летию института машиноведения им. А.А.
Благонравова РАН. М.: ИМАШ РАН 2008. С. 163-167.
19. Гордеев А.Б., Охулков С.Н., Осмехин А.Н. Влияние доменной структуры на работу магнитореологических трансформаторов в гидроопорах //тезисы докладов первой Всероссийской конференции "Проблемы механики и акустики сред с микро и нано-структурой: Н.
Новгород: НГТУ. 2009. С. 21-22.
20. Гордеев А.Б., Охулков С.Н., Привалов В.И. Магнитные наночастицы для магнитореологических трансформаторов// тезисы докладов первой Всероссийской конференции "Проблемы механики и акустики сред с микро и нано-структурой: Н. Новгород: НГТУ. 2009. С.
23-24.