Влияние радиальных уплотнений на динамику высокоскоростных роторов на подшипниках скольжения с криогенной смазкой

• Автор: Устинов, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 282 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Условные обозначения, индексы и сокращения
Введение
1. Динамическая система "ротор - подшипники скольжения -уплотнения" как объект исследования
1.1. Анализ конструкций и условий работы роторно-опорных
и уплотнительных узлов
1.2. Обзор опубликованных работ по исследованию динамики системы "ротор - подшипники скольжения - уплотнения"
1.3. Характеристики объекта, задачи и программа исследований
2. Расчет еидродинамических сил в подшипниках скольжения
и радиальных уплотнениях
2.1. Теоретические зависимости для расчета полей давлений в кольцевых эксцентричных каналах
2.2. Силовой расчет подшипников скольжения и радиальных уплотнений
2.2.1. Гидростатодинамический подшипник
2.2.2. Щелевое уплотнение
2.2.3. Лабиринтное уплотнение
Лабиринтное уплотнение для жидкости
Лабиринтное уплотнение для газов
2.2.4. Манжетное уплотнение
2.3. Влияние рабочих и геометрических параметров на характеристики опорных и уплотнительных узлов
3. Колебания и устойчивость ротора на подшипниках
СКОЛЬЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ УПЛОТНЕНИЙ
3.1. Расчетные схемы и методы исследования
3.2. Расчет динамических характеристик методом
траекторий
3.3. Влияние различных факторов на динамику системы "ротор -подшипники скольжения - уплотнения"
4. Экспериментальные исследования динамических
ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ "РОТОР-ПОДШИПНИКИ
СКОЛЬЖЕНИЯ— уплотнения"
4.1. Постановка задач и планирование эксперимента
4.2. Экспериментальный стенд и методика проведения опытов
4.3. Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований
5. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ роторных систем
быстроходных криогенных турбомашин
5.1. Согласование устойчивости ротора на подшипниках скольжения с работой уплотнительных устройств
5.2. Программное обеспечение для расчета динамических характеристик роторных систем
5.3. Рекомендации по проектированию роторных систем быстроходных криогенных турбомашин с учетом влияния уплотнительных устройств
Заключение
Список ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложения
Приложение А. Акты внедрения, свидетельства и патенты
Приложение Б. Некоторые результаты вычислительного эксперимента (траектории движения и амплитуды колебаний цапф ротора)
Приложение В. Фрагменты пользовательского интерфейса программного обеспечения «Вихрь - 3.1»
Условные обозначения, индексы и сокращения

1. Кинематические параметры и координаты:
е и (р — эксцентриситет и угол положения центра цапфы относительно оси подшипников;
Зет и <9 - эксцентриситет и угол положения центра уплотнения относительно оси подшипников;
е-уп и <руп - эксцентриситет и угол положения центра цапфы относительно оси уплотнения;'
X, 7,2- декартовы координаты центра цапфы;
х,у,г- окружная, радиальная и осевая координаты по опорной поверхности подшипника или уплотнения; координаты в поперечном сечении вала;
- угловая координата в окружном направлении;
I- время;
- характерное время, равное периоду одного оборота;
г,, г„. у_ - проекции вектора скорости потока смазочного материала; и, К-скорости точек поверхности цапфы;
А - дисбаланс ротора (смещение центра масс);
© ии - угловая скорость и частота вращения ротора;
22 - угловая скорость прецессии ротора;
Ах , Лг и АЛ - шаги размерной и временной сеток;
М и N - число узлов размерной сетки в направлениях х и г.
2. Геометрические и рабочие параметры элементов роторной системы:
О0 - диаметр опорной поверхности подшипника/ уплотнения в среднем сечении;
Ь - длина опорной поверхности подшипника/ уплотнения;
<9 - угол конусности опорной поверхности подшипника/ уплотнения;

где Ях, Яу — проекции реакций смазочного слоя на соответствующие оси координат; Яхо, Яуо — реакции смазочного слоя, определяемые в стационарном положении на кривой подвижного равновесия; АХ, АУ - амплитуды малых отклонений цапфы; Кхх,---, Куу, Вхх,---, Вуу и Яхх,..., Яуу— динамические коэффициенты жесткости, демпфирования и инерции смазочного слоя. Подобная постановка вопроса позволяет с достаточной точностью определить границы устойчивости ротора при небольших эксцентриситетах. Второе направление учитывает нелинейность реакций смазочного слоя. И хоты вторая группа методов более приближена к реальным процессам в роторной машине, большинство исследований в этой области базируется пока на' методе динамических коэффициентов. Это объясняется, в первую очередь, сравнительной простотой алгоритма решения задач и тем, что на сегодняшний день наши знания о реальных процессах, протекающих в смазочном слое, позволяют определить только первые линейные члены.
Таким образом, определение гидродинамических реакций смазочного слоя подшипников скольжения при линейной постановке задачи связано с определением двенадцати динамических коэффициентов. Правда, достаточно большое количество работ, среди которых можно назвать [34 - 38], посвящены оценке влияния коэффициентов инерции на реакцию подшипников скольжения и позволяют утверждать, что вклад инерционных свойств смазочного слоя в его несущую способность незначительный и соответственно ими можно пренебречь. В этом случае определение гидродинамических реакций связано с нахождением лишь восьми динамических характеристик -коэффициентов жесткости и демпфирования.
Большинство работ по определению динамических характеристик подшипников скольжения базируются на предположении малости колебаний ротора в окрестности равновесного положения его шипа. В числе отечественных разработок следует назвать работы Н.П.Артеменко, А.И.Белоусова,
Э.Л.Позняка, Ю.А.Равиковича, Д.Е.Чегодаева и других [8, 39 - 43]. В работе