Снижение уровня вибраций быстровращающихся роторов за счет их гидродинамического взаимодействия с уплотнительными кольцами

• Автор: Никифоров, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

I. Краткая характеристика диссертационной работы
II. Обзор литературы по проблемам вынужденных колебаний и динамической устойчивости быстровращающихся роторов,
а также по способам снижения их уровня вибраций
III. Постановка задач исследования
Список обозначений
Глава 1. Амплитудно-частотные характеристики гибкого ротора
с учетом газо/гидродинамических сил уплотнений
1.1 Ротор турбонасосного агрегата ЖРД, как объект исследования
1.1.1 Построение расчетной модели ротора
1.1.2 Анализ собственных колебаний невращающегося ротора
1.1.3 Влияние гироскопических моментов рабочих колес
1.1.4 Влияние дисбалансовых нагрузок
1.1.5 Влияние мягкой нелинейности"упруго-демпферных опор
1.2 Газо/гидродинамические нагрузки ротора турбонасоса
1.2.1 Газодинамическое возбуждение в турбине
1.2.2 Гидродинамические силы в зазорах уплотнительных колец
1.2.3 Жесткая нелинейность упругой гидродинамической силы и влияние лабиринтных канавок на уплотнительной
поверхности кольца
1.3 Влияние газо/гидродинамических сил на амплитуду колебаний исследуемого ротора
1.3.1 Установившиеся колебания ротора в жестких щелевых уплотнениях и в плавающих уплотнительных кольцах
1.3.2 Колебания ротора в плавающих уплотнительных кольцах
при переходных режимах (разгон-останов)
1.4 Выводы
Глава 2. Снижение амплитуды вынужденных колебаний ротора
за счет эффектов гидродинамического взаимодействия с плавающим уплотнительным кольцом'
2.1 Роторная, система турбонасосного агрегата как двухмассовая колебательная' система “ротор-кольцо” в окрестности интересующей частоты

2.1.1 Эквивалентная одномассовая модель для гибкого ротора
2.1.2 Параметры и уравнения колебаний эквивалентного уплотнительного кольца
2.1.3 Особенности движения связанной гидродинамическими силами системы “ротор-кольцо”
2.2 Эффект исчезновения критической скорости ротора
за счет резонанса кольца
2.3 Эффект динамического гашения колебаний ротора кольцом
2.4 Условия широкополосного динамического гашения колебаний ротора и одновременного отсутствия его критической скорости
2.4.1 Настройка и колебания двухмассовой системы “ротор-кольцо”
2.4.2 Настройка и колебания многомассовой системы “гибкий
ротор - плавающие кольца”
2.5 Выводы
Глава 3. Определение условий отсутствия неустойчивых режимов в системе “ротор-кольцо”, связанных с действием неконсервативной гидродинамической силы в кольцевом зазоре
3.1 Постановка задачи об устойчивости движения ротора в уплотнительном кольце
3.1.1 Условия устойчивого движения ротора в полуподвижном' кольце
3.1.2 Условия устойчивого движения плавающего кольца уплотняющего жесткий ротор
3.1.3 Условия устойчивого движения связанной системы “ротор-кольцо’’
3.2 Определение границ орбитальной устойчивости ротора . .,
3.3 Вейвлет-анализ устойчивости движения ротора
3.4 Выводы
Глава 4. Определение конструктивных и эксплуатационных параметров, обеспечивающих снижение опасности виброударных режимов в системе “ротор-уплотнительное кольцо”
4.1 Модель виброударной системы “ротор-кольцо”
4.2 Условия существования и неустойчивости виброударных
режимов системы “ротор-кольцо”
4.3 Особенности колебаний ротора и кольца при соударениях
4.3.1 Характер, частотный спектр и амплитуды

устанавливающихся четырехударных режимов колебаний
4.3.2 Условия установления двухударных режимов в анизотропной системе “ротор-кольцо”
4.3.3 Условия безопасного виброударного прохождения ротором критической скорости
4.4 Аналитическое решение задачи виброударной устойчивости системы “ротор-кольцо” . .
4.5 Выводы
Глава 5. Анализ экспериментальных вибрационных характеристик ротора
5.1 Методика и результаты разгонных испытаний
5.2 Методика и результаты статического испытания
5.3 Математическое моделирование системы “ротор-приспособление” и сравнение ее расчетных вибрационных характеристик с экспериментальными . . . . .
5.3.1 Анализ собственных колебаний приспособления
5.3.2 Расчет амплитудно-частотной характеристики системы “гибкий ротор на УДО - жесткое приспособление на упругих опорах”
5.4 Выводы
Приложения
I. Рекомендации по выбору параметров уплотнительного кольца для улучшения вибрационных характеристик ротора
II. Метод редукции математических моделей класса “гибкий ротор -кольца”
III. Программы расчета колебаний роторов, написанные автором в среде МАТЬАВ® . . . . . . .
IV. Список публикаций по основным положениям диссертации Основные результаты и выводы
Литература

уравнения на две независимые группы, соответствующие прямой и обратной прецессии. В матричной форме записи это преобразование имеет вид:
* ~ X X
* >1 9- фу
* Хз * У =1« 2 СО к. X
ф*. Фх
1 * со 1 -Ув_
где N
'і 0 о'
'Е Е'
, Е = 0 1
-I I
0 0

В новых переменных координаты х, фу, хЕ и у, <рх, уБ совершают колебания со сдвигом фазы п/2 или —к/2. Первый случай соответствует прямой прецессии симметричного ротора, а второй - обратной. Блочная динамическая матрица В* после преобразования координат, то есть в новых координатах х*,(р*,х* и у*, <р*, у*, разделяется на два блока, которые решаются независимо:
В* = ГГ1В^
Вц-ісоф^+О «5Н)-ЬсоС£2 0 В
О В11+ісо(В1пї+0.5Н) — соСіО
Здесь верхний левый блок соответствует прямой прецессии, а нижний правый - обратной. Возвращаясь к обозначениям (1.4), уравнение прямой прецессии принимает вид:
Вп = — МС22 + соСО + іВех1;Й + І01ПІ(о -со) + іН(о — 0 . 5со) + К (1.5)
или в развернутой форме:
-тО2 + і<1ьО + ігі'к11 (о~а) +
+і(1ь (о-0 . 5а) + ки +кь +кь В’, = іг|'к21 (о-ш) + кг1 -ІО2 +м 10С2ч-іг|'*с22 (й-м) + к,
-ісіь(а-°.5м)—к„

ігі,к12(о~ш) + к1.
-ісій (сз-О. 5и)-кь т.р2 + іі11і (о - 0 . 5«) + кй
Режим обратной прецессии описывается аналогичной матрицей путем замены знака частоты вращения В*2 = Вп (-со).
Прямая прецессия ротора устойчива, если мнимая часть уравнения (1.5) положительна (1шО>0). Принимая во внимание, что на границе области устойчивости ІгтЮ = 0, КеО = 0, получаем два уравнения:
—МО2 + соЄО + К = 0, Оех(.0 + Б1п!. (о — со) + Н(о — 0 . 5со)