Моделирование многослойных подшипников скольжения при разработке турбокомпрессоров с пониженным уровнем вибраций

• Автор: Фишер, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава первая
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Гидродинамические подшипники скольжения роторов турбомашин
1.1.1. Конструкции и область применения многослойных подшипников скольжения с промежуточными элементами (ПЭ)
1.1.2. Конструкции и область применения подшипников с пакетом плавающих втулок
1.2. Методы расчета динамики и смазки многослойных
подшипников скольжения
1.3. Экспериментальные исследования подшипников скольжения
1.4. Задачи исследования
Г лава вторая
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВИБРАЦИЙ РОТОРА И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОСЛОЙНЫХ
ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ
2.1. Предварительные замечания
2.2. Математическая модель динамики и смазки многослойных подшипников скольжения
2.2.1. Уравнения движения подвижных элементов многослойного
подшипника скольжения
2.2.2 Особенности решения уравнения Рейнольдса для давлений в смазочных слоях и гидромеханические характеристики многослойных подшипников
2.2.3. Гидродинамические процессы в окружных источниках смазки

2.2.4. Потери на трение в смазочном слое
2.3. Методика моделирования многослойных подшипников скольжения применительно к разработке конструкций турбокомпрессоров с пониженным уровнем вибраций
2.4. Результаты тестовых расчетов
2.4.1. Влияние метода расчета потерь на трение
2.4.2. Влияние гидродинамических процессов в окружных источниках смазки на ГМХ многослойного подшипника скольжения
2.5. Выводы по второй главе
Г лава третья
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДШИПНИКОВ РОТОРА НА ПРИМЕРЕ ТУРБОКОМПРЕССОРА ТКР-8,5С
3.1. Предварительные замечания
3.2. Влияние массы втулок на гидромеханические характеристики подшипников
3.3. Выбор способа и источников подачи смазки
3.4. Влияние ширины подшипников на их гидромеханические характеристики
3.5. Разработанные конструкции подшипников ротора турбокомпрессора ТКР-8,
3.5.1. Подшипники с плавающими вращающимися втулками
3.5.2. Подшипники с плавающей невращающейся моновтулкой
3.5.3. Подшипник с пакетом втулок
3.6. Сравнение расчетных гидромеханических характеристик подшипников ротора турбокомпрессора ТКР-8,5С различных конструкций
3.6.1. Амплитуды вибраций ротора
3.6.2. Расчетные температуры, потери на трение в смазочных слоях

3.6.3. Минимальная толщина смазочного слоя, относительные эксцентриситеты, давление в смазочных слоях
3.7. Параметрические исследования подшипников ротора турбокомпрессора
3.7.1. Влияние радиальных зазоров на гидромеханические характеристики подшипников
3.7.2. Влияние дисбаланса ротора, давления и температуры подачи смазки на гидромеханические характеристики подшипников
3.7.3. Влияние ударных нагрузок на гидромеханические характеристики подшипников
3.8. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными
3.8. Выводы по третьей главе
Глава
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ РОТОРА ТУРБОКОМПРЕССОРА
4.1. Виды испытаний турбокомпрессоров. Испытательные стенды
4.2. Оборудование для экспериментальных исследований
4.2.1. Лабораторная установка
4.2.2. Аппаратура для измерения вибрации
4.2.3. Калибровка измерительной системы
4.2.4. Измерение вибрации корпуса турбокомпрессора на стенде
4.3. Результаты испытаний
4.4. Обработка вибросигналов
4.4.1. Предварительная обработка вибросигнала
4.4.2. Статистическая обработка сигнала
4.4.3. Обработка результатов измерения вибрации опор турбокомпрессора
4.5. Сравнительный анализ турбокомпрессоров с различными

тойчивости движения ротора во всем диапазоне частот вращения. Повышение давления подачи по наблюдениям авторов повышало устойчивость движения, изменение температуры подачи смазки существенного влияния на устойчивость не оказывало.
Кеф [36] анализировал результаты измерения параметров движения ротора на подшипниках с плавающими втулками. Во время теста на скорости (65 ООО об/мин.) произошла остановка втулки в подшипнике, и резко возросла амплитуда вибраций ротора. Риваденейра [74] отметил значительное влияние дисбаланса ротора на точность расчета характеристик движения ротора.
Сан Андрес [33,38] представил работу, в которой производились измерения движения ротора турбокомпрессора на стенде с подачей горячего газа, и была получена хорошая корреляция с расчетами, выполненными по модели нелинейной динамики ротора [36]. При этом основной задачей ставилась оценка достоверности модели, сравнительные эксперименты подшипников с различными конструктивными особенностями не проводились.
Экспериментальным исследованиям теплового состояния узла подшипников турбокомпрессора ТКР-8,5, посвящены работы Ю.Б. Моргулиса и Г.М. Поветкина [70, 71] и др.. Их исследования показали, что температура подшипников на номинальном режиме составляет 120 °С, что не является препятствием для дальнейшего увеличения частоты вращения ротора с целью повышения давления наддува, т.к. предельные температуры обычно ограничивают значениями 130 ... 135 °С. Авторы установили, что конструкция этого турбокомпрессора обеспечивает такое тепловое состояние корпуса подшипников, при котором не происходит существенного нагрева подшипников от более горячих деталей, в том числе и от горячей турбины. Этим экспериментаторы объясняли несущественность разницы в температурах компрессорного и турбинного подшипников, которая наблюдалась на уровне 5 — 8 °С. В работе [70] также показано, что температуры компрессорного и турбинного подшипников отличаются несущественно.
Экспериментальные исследования подшипников малоразмерных турбокомпрессоров проводятся в основном на безмоторных стендах, на которых ротор турбоком-