Roottorikoelaitteen laakeripesän tuennan jäykkyyden säädön ja laakerin tukivoiman mittauksen toteutusvaihtoehdot

Abstract

Tämän diplomityön aiheena on jäykkyydeltään säädettävän laakerin tuennan sekä laakeriin kohdistuvan voiman mittaukseen soveltuvan laitteen kehittäminen roottoritestilaitteeseen. Työ toteutetaan LUT-yliopiston konetekniikan laboratoriolle. Laitteelta vaadittuja ominaisuuksia ovat laakereiden tuennan jäykkyyden muuttaminen roottorin ollessa käynnissä sekä mahdollisuus mitata roottorin massaepäkeskisyydestä aiheutuvien dynaamisten voimien välittymistä laakereille. Laakereiden tuennan jäykkyyden muuttaminen mahdollistaa kriittisten nopeuksien ylittämisen ilman suuria värähtelyjä.

Työssä selvitetään ja vertaillaan olemassa olevia säädettävän jäykkyyden sovelluksia sekä luonnonilmiöitä, joita on mahdollista hyödyntää kyseiseen käyttötarkoitukseen. Työssä mallinnetaan roottoritestilaitteen dynaaminen käyttäytyminen RoBeDyn ohjelmalla. Saatujen lähtöarvojen perusteella tutkitaan eri vaihtoehtoisia toteutustapoja laitteen toteuttamiseksi.

Työssä saatiin tulokseksi suunnittelumalli jatkokehityskelpoisesta toteutusvaihtoehdosta. Suunnitellun mallin toiminta perustuu joustavan kappaleen pituuden muutoksesta aiheutuvaan jäykkyyden muutokseen. Suunnitellulla toteutustavalla laakeritukipisteen jäykkyyttä pystytään muuttamaan tarkasti laajalla 100–2000 kN/m jäykkyysalueella. Valitussa toteutustavassa laakereihin kohdistuvaa voimaa mitataan pyörrevirtoihin perustuvien siirtymäantureiden avulla, joista saatujen siirtymätietojen ja joustavan rakenteen tunnetun jäykkyyden perusteella pystytään määrittämään laakereihin kohdistuvat voimat.

The subject of this master’s thesis is the development of a device suitable for adjusting the stiffness of rotor bearing supports and measuring force applied to the bearing in a rotor test device. The work is carried out for the LUT University Mechanical Engineering Laboratory. The required features of the device are the adjusting of the stiffness of the bearing supports while the rotor is running and the possibility to measure the transmission of dynamic forces to the bearings due to the mass eccentricity of the rotor. Adjusting the stiffness of the bearing supports allows critical speeds to be exceeded without large vibrations.

The work investigates and compares the existing applications of adjustable stiffness as well as natural phenomena that can be utilized for that purpose. The dynamic behavior of the rotor test device is modeled with the RoBeDyn program. Based on the obtained initial values, various alternative implementations for implementing the device are investigated.

The result of the work was a design model of a feasible implementation option. The operation of the designed model is based on the change in stiffness due to the change in the length of the flexible part. With the planned implementation, the stiffness of the bearing support point can be accurately changed over a wide stiffness range of 100–2000 kN / m. In the chosen embodiment, the force on the bearings is measured by means of displacement sensors based on eddy currents, from which the displacement data and the known rigidity of the flexible structure make it possible to determine the forces on the bearings.