Обоснование параметров высоконагруженных роторов шахтных осевых вентиляторов при высоких окружных скоростях вращения

• Автор: Панова, Надежда Владимировна
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ШАХТНОГО ВЕНТИЛЯТОРОСТРОЕНИЯ

1.1 Основные этапы создания лопастных машин в РФ и мире

1.2 Анализ развития вентиляторостроения за рубежом

1.3 Развитие вентиляторостроения в СССР и РФ за период XX века

1.4 Анализ состояния современного вентиляторостроения

1.5 Выводы

1.6 Цель и задачи исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛОПАТОЧНОГО УЗЛА НА ЕГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И СОБСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ
2.1 Анализ нагрузок, действующих на лопаточный узел
2.2 Методы исследования напряженно-деформированного состояния лопаточных узлов осевых вентиляторов
2.3 Конечно-элементная модель лопаточных узлов ряда вентиляторов ВО
2.4 Результаты исследований адаптивного лопаточного узла и его параметрическая модель
2.5 Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ И СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ КОЛЕБАНИЙ КОРПУСОВ РАБОЧИХ КОЛЕС ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ
3.1 Анализ нагрузок, действующих на корпус рабочего колеса
3.2 Конечно-элементная модель корпуса рабочего колеса ряда вентиляторов ВО
3.3 Исследования напряженно-деформированного состояния и собственных частот колебаний корпусов рабочих колес
высоконагруженных осевых вентиляторов
3.4 Выводы

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ РОТОРА. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ И ПРОЧНОСТИ КОРЕННОГО И ТРАНСМИССИОННОГО ВАЛОВ
4.1 Схемы компоновки ротора
4.2 Анализ нагрузок, действующих на коренной вал ротора
4.3 Исследование напряженно-деформированного состояния и собственных частот колебаний коренного вала ротора вентилятора
4.4 Результаты исследования коренных валов
4.5 Результаты исследований трансмиссионных валов
4.6 Особенности действующих нагрузок на подшипниковые опоры роторов при нормальной работе, при реверсировании и регулировании режима работы
4.7 Анализ долговечности и грузоподъемности подшипников, устанавливаемых в подшипниковые опоры ряда вентиляторов ВО
4.8 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В шахтах с ростом глубины ведения работ и выделений вредных примесей, а так же эволюцией вентиляционных параметров за период эксплуатации возрастает необходимость увеличения поля покрытия требуемых режимов проветривания.
Развитие вентиляторостроения с 30-х годов XX века выполнялось в ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ВНИИГМ им. М.М. Фёдорова, в институте «ДОНГИПРОУГЛЕМАШ», а также ИГД СО РАН. Большой вклад в развитие вентиляторостроения внесли И.А. Раскин, Е.М. Левин, О.В. Брусиловский, Л.Я. Еимелыпейн, И.В. Клепаков, В.А. Руденко, Н.П. Косарев, Б.А. Носырев, Е.Я. Юдин, С.А. Тимухин, H.H. Петров и др.
В ИГД СО РАН были разработаны методы проектирования аэродинамических схем со сдвоенными листовыми лопатками рабочего колеса (РК) по безразмерным характеристикам путем задания расчетных режимов на поле требуемых параметров проветривания. На этой базе разработан ряд вентиляторов ВО, с повышенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с вентиляторами ВОД. Для данного ряда вентиляторов со значениями диаметра рабочего колеса 3000 мм (750 об/мин); 3600 мм (600 об/мин); 4300 (500 об/мин) и 5000 мм (375 об/мин) окружная скорость вращения по концам лопаток не превышает 120 м/с. За рубежом аналогичные машины проектируют на окружные скорости вращения до 172 м/с и более, что необходимо для достижения требуемых вентиляционных параметров. Ряд осевых вентиляторов ВО может обеспечить показатели по давлению и производительности на уровне и выше зарубежных аналогов при повышении частот вращения ротора на одну ступень по стандартным частотам двигателя, что не выйдет за пределы окружных скоростей вращения по концам лопаток в 160 м/с.
При увеличении окружных скоростей вращения наблюдается рост нагрузок, действующих на лопатки, корпус РК и ротор вентилятора в целом. Поэтому одной

напряженно-деформированного состояния основных узлов высоконагруженных роторов ряда вентиляторов ВО [49 -51].
Исходными данными для применения МКЭ является материальное тело, которое разбивается на части - конечные -элементы (КЭ). В результате разбивки создается сетка из границ элементов, точки пересечения этих границ образуют узлы. Ансамбль из всех конечных элементов и узлов является основной конечноэлементной моделью деформируемого тела. Дискретная модель должна максимально полно покрывать область исследуемого объекта.
Выбор типа, формы и размера конечного элемента зависит от формы тела и вида напряженно-деформированного состояния. Стержневой КЭ применяется для моделирования одноосного напряженного состояния при растяжении (сжатии), а также в задачах о кручении или изгибе. Плоский двумерный КЭ для моделирования плоского напряженного или плоского деформированного состояния. В данной работе при проведении исследований использовались объемные трехмерные КЭ, служащие для анализа объемного напряженного состояния. Существуют и другие КЭ. В тех зонах деформируемого тела, где ожидаются большие градиенты напряжений, применяются более мелкие КЭ.
Для расчета полей различных физических величин с помощью МКЭ в рассматриваемой области необходимо определить материалы элементов и задать их свойства. В задачах деформирования прежде всего нужно указать упругие свойства - модуль упругости и коэффициент Пуассона. Если предполагается пластическое течение, то необходимо задать истинные диаграммы деформирования, которые аппроксимируются билинейными или мультилинейными кривыми. Для динамических задач необходимо задать плотность материала и, возможно, коэффициент вязкого демпфирования.
Цель линейного статического конструкционного анализа - найти отклик конструкции на статическую нагрузку. Вычисляемыми параметрами являются силы реакции, напряжения и деформации.
Общее уравнение движения:
[М]{х} + [С]{х}+[К]{х}={Е(/)}, (2.4)