Обеспечение допустимого уровня вибраций системы связанных роторов на основе исследования критических частот вращения с использованием модульного принципа

• Автор: Трифонов, Федор Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 175 с. : ил.

« ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА I Основные положения теории колебания упругих тел,
определение критических частот вращения роторов классическими методами
1.1. Собственные частоты и эквивалентные массы
упругого тела
1.2. Динамическая податливость упругого тела

1.3. Поперечные колебания стержня
1.4. Критическая частота вращения однодискового ротора
1.5. Расчет колебаний связанных роторных систем
1.6. Матрица динамических податливостей системы
связанных роторов
1.7. Выводы по первой главе и аналитическому обзору
литературных источников. Цели и задачи работы
* ГЛАВА II Основной объект исследований. Исследование
жесткостных и вибрационных характеристик основных
узлов роторной системы объекта
2.1. Описание конструкции и назначения отдельных узлов
основного объекта исследований
2.2. Основные возможные неисправности газоперекачивающего
агрегата ГПА - 4РМ, изменяющие спектр критических частот вращения и способы их обнаружения
* 2.3. Определение упругих характеристик узлов
соединения роторов
2.4. Выводы по второй главе
ГЛАВА III Метод расчета системы связанных роторов
на основе модульного принципа
3.1. Модульный принцип расчета системы связанных роторов
3.2. Постановка задачи и расчленение системы
* трех последовательно связанных роторов
3.3. Приближенное представление динамической податливости, смещения и угла поворота сечений каждого ротора
под действием силы или момента
3.4. Условия сопряжения роторов. Уравнения колебаний роторов. Частотное уравнение
3.5. Определение собственных форм колебаний роторов
3.6. Результаты расчетов по программе определения критических частот вращения и собственных форм колебаний трех последовательно связанных роторов, созданной на основе модульного принципа
3.7. Тестирование и внедрение программы расчета критических частот вращения и определения собственных форм колебаний трех последовательно связанных упругими дисковыми муфтами роторов, созданной на основе модульного принципа
3.8. Выводы по третьей главе
ГЛАВА IV Отстройка критических частот вращения роторной системы от рабочего диапазона посредством оптимизации упругих характеристик узлов соединения роторов
4.1. Актуальность проблемы отстройки критических режимов роторных систем от рабочих частот вращения
4.2. Определение диапазона варьирования упругих характеристик дисковых соединительных муфт для управления критическими частотами роторной системы
4.3. Методика управления критическими частотами вращения роторной системы способом оптимального сочетания упругих характеристик узлов соединения роторов
4.4. Выводы по четвертой главе
Общие выводы по работе
Библиографический список
Приложения

* ВВЕДЕНИЕ
Одна из основных проблем динамики газотурбинной техники -обеспечение допустимого уровня вибраций, вызываемых вращением роторов. При проектировании авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), судовых газотурбинных двигателей и установок, газотурбинных машин наземного применения, таких, как газоперекачивающие агрегаты
* (ГПА), энергетические газотурбинные агрегаты, определяются критиче-
ские частоты вращения роторов с целью исключения опасных режимов их работы. Как отдельные роторы, так и вращающиеся роторные системы являются одними из наиболее напряженных и ответственных деталей турбомашин. Последствия их разрушения являются очень тяжелыми для газотурбинной машины, практически всегда вызывая выход ее из строя в целом.
Вообще говоря, большинство дефектов газотурбинных двигателей

связано с действием переменных нагрузок, поэтому повышение динамической прочности двигателей является одним из важнейших условий эффективности их применения. Динамическая прочность деталей газотурбинных двигателей обеспечивается путем правильного сочетания механических свойств материала при действии переменных напряжений с уровнем переменных напряжений в рабочих условиях. Чем ниже переменные напряжения, тем легче обеспечить высокую надежность и большой ресурс работы двигателя. Поддержание переменных напряжений на допустимом уровне обеспечивается комплексом расчетно - экспериментальных работ, проводимых на всех этапах конструирования, доводки, производства и эксплуатации [1]. Тенденции развития современного газотурбинного двигателестроения, как авиационного, так и наземного назначения, определяемые требованиями экономичности, характеризуются ростом удельных параметров двигателя, уменьшением * массы конструкции, увеличением нагрузок, действующих на узлы и де-

Основным источником возбуждения колебаний системы ротор — корпус являются дисбалансы роторов. Если роторы вращаются с различными угловыми скоростями, то при совпадении частоты вращения одного из роторов с одной из собственных частот связанных колебаний системы, т. е. при прямой синхронной прецессии данного ротора, другие роторы будут находиться в режимах несинхронных прецессий. Таких критических состояний системы может быть несколько.
Частоты и формы собственных колебаний системы ротор — корпус определяются путем сочетания метода начальных параметров — для расчета спектров частот отдельных свободно плавающих роторов, и метода динамических податливостей —для расчета системы в целом.
Для определения динамических податливостей ротора в произвольной точке используется их разложение в ряд по формам собственных колебаний свободно плавающих роторов [96], к которым приводятся роторы при освобождении их от всех связей. Так как обычно частоты высших форм изгибных колебаний свободно плавающих роторов существенно превосходят диапазон изменения частот, соответствующих рабочим режимам, то в разложении в ряд можно ограничиться четырьмя-пятью членами. Если конструктивные параметры ротора таковы, что этого недостаточно, то применение ортонормирования позволяет получить частоты, соответствующие более высоким формам колебаний.
На единицу длины ротора действуют распределенные нагрузки
д(г) = а>2а(г)у(г) и момент т(г)=-а>2/3(г)у'(2), где а(г)= е2М(г), Р{г)=е{2 -е)1{г), М(г) - масса, 1(г) - диаметральный момент инерции единицы длины ротора.
Работа инерционных нагрузок при прецессионных движениях определяется формулой