Динамики ротора турбокомпрессора на подшипниках скольжения с плавающими втулками

• Автор: Тараненко, Павел Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06, 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИКИ РОТОРА ТУРБОКОМПРЕССОРА НА ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ С ПЛАВАЮЩИМИ ВТУЛКАМИ.
1.1 Экспериментальные исследования динамики роторов турбокомпрессоров на подшипниках скольжения.

1.2 Модели и методы, используемые при расчетах динамики роторов

на подшипниках скольжения

1.2.1 Упругомассовые модели ротора

1.2.2 Об учете свойств смазочного слоя при расчете динамики ротора.

1.3 Результаты аналитических и численных исследований динамики роторов турбокомпрессоров на подшипниках скольжения с плавающими втулками

1.4 Формулировка целей и задач исследования.

2. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ РОТОРА НА ПОДШИПНИКАХ С ПЛАВАЮЩИМИ ВТУЛКАМИ.

2.1 Предварительные замечания.

2.2 Дискретная модель ротора
2.3 Уравнения движения модели ротора
2.3.1 Уравнения движения дисков
2.3.2 Уравнения движения цапф и втулок.
2.4 Уравнение Рейнольдса для давлений в смазочных слоях.
2.5 Порядок расчета реакций смазочного слоя.
2.5.1 Определение моментов трения
2.6 Выводы по второй главе
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДИНАМИКИ РОТОРА НА ПОДШИПНИКАХ
С ПЛАВАЮЩИМИ ВТУЛКАМИ
3.1 Применение метода конечных элементов к решению уравнения Рейнольдса.
3.2 Разностная аппроксимация уравнения Рейнольдса.
3.2.1 Адаптивный многосеточный алгоритм.
3.2.2 Граничные условия для давлений при учете схем подачи смазки.
3.2.3 Алгоритм теплового расчета
3.2.4 Расчет гидромеханических характеристик подшипников
3.3 Приближенный численный метод расчета реакций смазочного слоя.
3.4 Сопоставление результатов расчета реакций смазочного слоя
3.5 Двухэтапный алгоритм расчета динамики ротора.
3.6 Выводы по третьей главе
4. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ РОТОРА А ПОДШИПНИКАХ С ПЛАВАЮЩИМИ ВТУЛКАМИ.
4.1 Динамика уравновешенного ротора.
4.2 Оценка гидромеханических характеристик подшипников
4.3 Практические рекомендации повышения второй резонансной частоты вращения ротора.
4.4 Динамика ротора с учетом дисбаланса.
4.5 О влиянии на динамику ротора кинематического возбуждения основания корпуса турбокомпрессора
4.6 Выводы по четвертой главе.
5. РАСЧЕТНОЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РОТОРА С УЧЕТОМ УТРУГОМАССОВЬХ СВОЙСТВ КОРПУСА ТУРБОКОМПРЕССОРА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Коэффициенты влияния шарнирно опертого ротора
Приложение 2 Матричная форма системы уравнений движения.
Приложение 3 Алгоритм вычисления перемещений сечений ротора.
Приложение 4 Поминальные параметры расчетной модели.
Приложение 5 К приближенному расчету реакций смазочного слоя
Приложение 6 Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ
Приложение 7 Акт о внедрении разработок ВУЗа
ВВЕДЕНИЕ


В работах , , , 0 показано, что ротор на подшипниках скольжения с плавающими втулками на рабочих частотах вращения в установившемся режиме совершает коническую прецессию. Так, из результатов экспериментов А. А. Коженкова и Р. Рис. Рис. Рис. В работе А. Э. Симеона приведены осциллограммы изменения толщин смазочных слоев, замеренных в сходственных точках турбинного и компрессорного подшипников на установившемся режиме работы ротора турбокомпрессора ТКР8,5. Периодическое изменение толщин смазочных слоев свидетельствовало о том, что в каждом подшипнике происходило вращение линии центров со сдвигом по фазе, составлявшем 0 . Это позволило автору утверждать, что ротор совершал коническую прецессию. Далее высказано предположение о том, что эта прецессия являлась синхронной. С другой стороны, в экспериментальной работе И. П. Богодяжа показано, что в установившемся режиме работы ротор турбокомпрессора ТКР совершал прецессионное движение с частотой 0,. При этом установлено, что амплитуды колебаний легкого колеса компрессора и тяжелого колеса турбины различны и приводят к неодинаковой нагруженности опор со стороны колес турбины и компрессора турбинного и компрессорного подшипников. Однако, в этих же работах , , 0 приведены и факты выхода из строя роторов ТК на подшипниках с плавающими втулками при некоторых режимах работы. Так, в экспериментальной работе 0 утверждается, что изгиб ротора настолько незначителен, что им можно пренебречь на всех режимах работы, кроме аварийных ситуаций, однако не установлена связь между аварийными выходами ротора из строя и амплитудами колебаний, обусловленными его изгибом. При исследованиях динамики ротора РЗ массой 8 кг и диаметром рабочих колес 0 мм установлено , что около 0 обмин происходила недопустимая выборка зазоров порядка при одновременном резком увеличении нагрузок на вал и подшипники. В работе при увеличении дисбалансов колес компрессора и турбины в раз относительно допускаемого значения 0, гсм и их наиболее опасном синфазном расположении наблюдалось резкое увеличение поперечных колебаний ротора ТКР около частоты вращения 0 обмин, приводившее к разрушению подшипников с плавающей невращающейся моновтулкой. При этом разрушению подвергалась, в основном, радиальная опора со стороны колеса компрессора. ООО обмин составил . В этой же работе неустойчивые режимы работы ротора наблюдались и при увеличении внешнего зазора в подшипниках с плавающей вращающейся втулкой. Этот экспериментально зафиксированный факт авторы связали с уменьшением демпфирующих свойств подшипника при изменении частоты вращения плавающей втулки, не принимая во внимание снижение критических частот ротора в результате увеличения податливости опор. Остался открытым и вопрос о том, почему в экспериментах наблюдалось разрушение именно компрессорной опоры, казалось бы, менее нагруженной, чем турбинная. Таким образом, в результате отечественных и зарубежных экспериментальных исследований динамики роторов турбокомпрессоров на гидродинамических подшипниках скольжения с плавающими втулками выявлено, что в установившемся режиме ротор совершает устойчивые автоколебания, амплитуды которых ограничены и удовлетворяют условиям работоспособности ротора и подшипников в широком диапазоне частот вращения. Зафиксированы прямая несинхронная коническая прецессия автоколебания и разная нагруженность опор со стороны легкого колеса компрессора и тяжелого колеса турбины. При этом установлено, что существенное изменение конструктивных и режимных параметров частоты вращения ротора, величины дисбаланса и зазоров в подшипниках приводило в некоторых случаях к выходу роторов ТК из строя , , 0, что не нашло, однако, достаточно полного объяснения в опубликованных работах. Появление в системе ротор турбокомпрессора на подшипниках скольжения с плавающими втулками устойчивого предельного цикла открыло возможности управления его размером. Поэтому представляется рациональным создание методики расчета установившегося режима движения ротора турбокомпрессора на подшипниках с плавающими втулками с целью обоснованного выбора конструктивных и режимных параметров ротора и гидродинамических опор скольжения на ранних этапах их проектирования.