Демпфирование автоколебаний роторов судовых турбомашин на подшипниках с газовой смазкой

• Автор: Дидов, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 0 с. : 229 ил.

ПРЕДИСЛОВИЕ
В данной работе рассматриваются вопросы устойчивости, вынужденных колебаний ротора под действием дисбаланса, а также вопросы демпфирования автоколебаний ротора на радиальных подшипниках с наддувом газа (РПНГ).
В первой главе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований динамики роторов на подшипниках с газовой смазкой. На основании проведённого анализа поставлена задача исследований. Рассмотрены характерные формы неустойчивости роторов на радиальных подшипниках с газовой смазкой.
Во второй - сформулирована математическая задача исследования устойчивости и вынужденных колебаний ротора под действием дисбаланса, а также вопросы демпфирования автоколебаний при поступательных и угловых перемещениях ротора на РПНГ.
В третьей - описаны экспериментальная установка и аппаратура для исследования устойчивости ротора, а также ставятся вопросы демпфирования автоколебаний ротора в форме полускоростного вихря при поступательных и угловых перемещениях ротора на РПНГ. Описаны методики проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных. Проведена оценка погрешности эксперимента.
В четвёртой - содержится анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований устойчивости, а также рассматриваются вопросы демпфирования автоколебаний при поступательных и угловых перемещениях ротора на РПНГ.
В пятой - подводятся итоги исследований устойчивости ротора на РПНГ при внешнем демпфировании подшипниковых втулок, так как это один из эффективных и достаточно простых способов повышения устойчивости ротора на РПНГ. Определены параметры ротора, конструктивные

и режимные параметры подшипников и внешнего демпфирования подшипниковых втулок, обеспечивающие максимальную устойчивость ротора. Показано, что наибольшая эффективность применения внешнего демпфирования подшипниковых втулок имеет место при определенном соотношении параметров внешнего демпфирования и параметров газового слоя.
В шестой главе даны описания экспериментальной установки и аппаратуры для исследования устойчивости ротора системы «генератор-двигатель» на подшипниках с внешним наддувом газа. В результате проведенных испытаний установлено, что конструкция подшипникового узла с жестким закреплением подшипниковых втулок радиальных подшипников не обеспечивает заданной частоты вращения ротора (п=1200 с'1). Показано, что расширить зону устойчивой работы можно применением внешнего демпфирования подшипниковых втулок.
В седьмой главе описаны конструкции турбомашин с подшипниками на газовой смазке, разработанные в ДВГТУ. Выполнен анализ результатов экспериментального исследования турбокомпрессора наддува на лепестковых газодинамических подшипниках. Установлены факторы, влияющие на устойчивость ротора турбокомпрессора.
Разработаны принципиально новые тепловые схемы ГТУЗЦ, включающие радиальные турбины и центробежные компрессоры, в которых наилучшим образом используются подшипники с газовой смазкой.
Разработана тепловая схема ГТУЗЦ для выработки тепловой и электрической энергии, состоящая из высоконадежной системы «генератор-двигатель» на подшипниках с газовой смазкой, способная работать на различных видах топлива, включая уголь. Это позволяет в десятки раз снизить затраты на топливо на судах. На основании проведенных экспериментальных и теоретических исследований разработаны конструкции подшипников с газовой смазкой, обеспечивающие устойчивую и надежную работу

системы «генератор-двигатель» в условиях камки судна.
Разработан эскизный проект ГТУЗЦ эффективной мощностью 23 МВт с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором танкера водоизмещением 100 тысяч тонн, включающей десять высоконадежных систем «генератор-двигатель» на подшипниках с гелиевой смазкой. В этом проекте выбраны радиальные подшипники с внешним наддувом гелия и с противодавлением на торцах подшипника, так как они обладают удельной грузоподъемностью до 800 кПа. Для обеспечения устойчивости ротора системы «генератор-двигатель» применено внешнее демпфирование подшипниковых втулок. Выполнено обоснование типа осевых подшипников с учетом масштабного фактора ГТУЗЦ. Так как система «генератор двигатель» выполнена на одном валу, то для расчета статических характеристик подшипников, устойчивости ротора и параметров внешнего демпфирования подшипниковых втулок необходимо определить массу и массовые моменты инерции ротора, включая индуктор электрогенератора. Для расчета массы индуктора профессором кафедры автоматизированного управления техническими системами института радиоэлектроники, информатики и электротехники ДВГТУ ВД. Сергеевым был выбран тип и предварительные расчеты электрогенератора, рассчитаны геометрические размеры индуктора, что позволило рассчитать массу и массовые моменты инерции ротора.

систему уравнений движения ротора при его поступательных перемещениях (рис.2.2):
А/| =Fc +тЕсо2 sin ((о/);
Щ = Fn-mg- тЕсо2 cos (cot), (2.20)
где F и F - силы, действующие со стороны газового слоя соответственно в направлениях осей и TJ, которые определяются выражениями(2.19); Ер - эксцентриситет статической неуравновешенности ротора;
М Ер со - сила от статической неуравновешенности ротора.
Вводя безразмерные переменные, уравнения (2.20) получаем в виде:
М% = F * +F sin(o)/);
Mrj = F -Cw-F cos(o>7), (2.21)

— МЕрСа2
где F р — ' - безразмерная сила от статической неуравнове-
rs L и
шенности ротора, приведённая к одному подшипнику.
Решение задачи исследования устойчивости и определения амплитуды вынужденных колебаний ротора на РПНГ выполнено методом малых возмущений.
Для исследования устойчивости ротора к поступательным перемещениям необходимо решить уравнение Рейнольдса совместно с уравнениями движения ротора при поступательных перемещениях. Применяя метод малых возмущений для решения задачи определения области устойчивости ротора, который заключается в линеаризации нестационарного уравнения Рейнольдса (2.11) и уравнений движения ротора (2.18), определим предельную угловую скорость ротора.