Комплексное прогнозирование деформативности и прочности элементов ротора высоконагруженных ТНА ЖРД

• Автор: Устинов, Георгий Николаевич
• Шифр специальности: 05.07.05, 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Комплексное прогнозирование прочности и дсформатнвностн элементов ТНА н энергоустановок, критических частот вращения ротора в аспекте вибронагруженности.

1.1. Общие сведения

1.2. Вопросы динамики роторов турбомашин

1.3. Анализ отраслевых материалов и нормативных документов по динамике роторов турбоагрегатов энергоустановок
1.4. Прогнозирование прочности и деформативности элементов ТНА ЖРД, энергоустановок и сборки ротора, включая критические

частоты вращения

1.5. База теоретических и экспериментальных данных и оптимизация конструкции элементов агрегатов подачи энергоустановок.

1.6. Основные задачи, представленные в работе

Глава 2. Упругодемпферные опоры, особенности деформирования и основные краевые задачи
2.1. Функциональное назначение, свойства и конструктивное исполнение упругодемпферных опор
2.2. Система дифференциальных уравнений деформирования гибких упругих элементов УДО
2.3. Интегрирование системы дифференциальных уравнений деформирования.
2.4. Изгибные формы замкнутого кольца и числовые расчеты для первых трех форм потери устойчивости.
2.5. Основные виды взаимодействия элементов УДО между собой,
жесткими элементами обоймы и специфика краевых
задач.
Глава 3. Метод численного решения основных краевых задач деформирования гибких элементов УДО
3.1 Математическая формулировка нелинейной краевой задачи
3.2 Алгоритм поиска решения нелинейной краевой задачи
3.3 Результаты численной реализации некоторых краевых задач в приложении к возможным конструктивным вариантам исполнения единичных гибких элементов УДО.
.1 Изгиб замкнутого кругового кольца при действии следящей
сжимающей погонной нагрузки.
3.3.2 Гофрированное замкнутое кольцо при действии следящей внутренней погонной нагрузки
3.3.3 Стандартный упругий элемент, используемый в гнезде УДО,
нагруженный кинематически.
3.4. Основные краевые задачи контактирования гибких элементов
3.4.1 Контактирование гибкого элемента с жестким вкладышем
подшипника УДО ротора . .
3.4.2 Контактирование гибких элементов между собой.
3.4.3 Инженерное решение задачи деформирования контактирующих гибких элементов и сравнение с нелинейным решением
3Э. Общин алгоритм решения задачи о деформировании пакета
упругих гибких элементов УДО, определение податливости
Глава 4. Оптимизации прочности и дсформативпостн при проектировании н доводке рабочих колес насосов и турбины энергоустановок с помощью МКЭ
4.1. Анализ статистики уровней несущей нагрузки рабочих колес
ф насосов I1Л ЖРД
4.2. Постановка краевых задач и их конечноэлементное представление.
4.3. Разработанные программные средства реализации МКЭ, их основные характеристики, отладочные задачи
4.3.1. Программа реализации расчта осесимметричного напряжннодеформированного состояния с учтом анизотропии.
4.3.2. Базовый комплекс программ СЛГ1Р ИМЛШ ЛН СССР на основе трхмерного конечного элемента, его развитие и отладка в
ИЦ Келдыша.
4.4. Оптимизация рабочего колеса насоса горючего ТНА РД .
4.4.1. Осесимметричные решения задач прочности и деформативности
4.4.2. Трхмерные решения с учтом свойств циклической симметрии
Частоты и формы собственных колебаний РК ТНА РД .
4.5. Оператор генерации геометрии математической модели рабочих ф колс агрегатов подачи на основе минимально необходимой
информации полученной при эскизном проектировании
Глава 5 Моделирование при определении критических частот составного ротора и расчтноэкспериментГГыюм исследовании конструктивных свойств соединительного узла валов как возможного источника повышенных вибраций
5.1. Технологическая цепочка проектирования и изготовления модельной роторной системы ТНА ЖРД
5.1.1. Алгоритм проектирования модельной роторной системы.
5.1.2. Инженерная методика моделирования проектируемого рогора по прототипному образцу
5.2. Расчетнотеоретическое определение основных геометрических параметров элементов экспериментального ротора, формирующих спектр низших критических частот вращения.
5.2.1. Методика расчта критических частот вращения ротора с использованием моделирования на основе МКЭ
5.2.2. Расчт основных геометрических параметров элементов
экспериментального ротора.
5.3. Экспериментальное определение влияния зазора в соединительном элементе роторов на уровень вибронагруженности модельного ротора.
5.3.1. Постановка эксперимента и комплектация испытательной
установки.
5.3.2. Проведение испытаний и сравнение экспериментальных и теоретических результов
5.4. Постановка задачи проведения численной оптимизации по снижению вибронагруженности ТНА ЖРД при прохождении зон расположения критических частот вращения ротора
Выводы.
Список литературы


И., на постоянно действовавшем семинаре по прочности в МАИ руководитель Чл. АНСССР Э. И.Григолюк, на Совете Комплексной бригады прочности в КБХА, возглавляемом проф. А.В. Кармишиным. Работа содержит материалы, полученные в ходе их выполнения в период с по г. Глава 1. Анализу места и значимости прогнозирования параметров прочности и деформативности элементов конструкции агрегатов подачи ЖРД и энергоустановок, критических частот вращения ротора как составляющих теоретической и экспериментальной базы данных по оценке вибронагруженности при конструировании и доводке, целесообразно предварить обзор проблемных, родственных вопросов, возникающих при конструировании и доводке роторов в смежных отраслях отечественного машиностроения, а также зарубежного опыта. М.Общие сведения. Турбонасосный агрегат ТНА ЖРД и энергоустановок входит в класс роторных устройств, определяемых термином турбомашина. Поэтому общие научнотехнические проблемы проектирования, создания и доводки турбомашин присущи ТНА ЖРД и энергоустановок. Конструкция ТНА с позиции структурного состава может быть рассмотрена как состоящая из рис. Рис. Общий вид ТНА
ТНЛ сложный агрегат, представляющий собой один из технических объектов, где далеко не все теоретические и экспериментальные задачи можно считать решенными в той мере, в какой требуется при проектной проработке новых конструкций и совершенствовании старых, имеющих основательное подтверждение работоспособности в составе энергоустановок, предназначенных для различных изделий ракетнокосмической техники. В круг этих задач входят в первую очередь задачи прочности и деформативности корпуса, опорных узлов, уплотнений, рабочих колес турбины и насосов, шнеков. Названные задачи не изолированы и взаимосвязаны с гидродинамическими и тепловыми процессами, которые определяют статические и динамические нагрузочные параметры но давлениям и пульсациям, полям температур, являющимися входными для механики деформируемого тврдого тела. Поэтому, решая прочностные вопросы, приходится всегда сотрудничать со специалистами в области гидродинамики и теплообмена. В результате решение большинства конкретных задач всегда представляет собой поиск оптимизированного варианта конструкции при итерационном способе взаимодействиямежду нагрузочниками и прочнистами. Большая часть задач относится к элементам ротора. Успешное решение оптимизационных задач для упомянутых выше элементов ротора ТНЛ ЖРД, дат теоретическую базу для прог ноза но обеспечению заявляемых не только статических запасов прочности, но и динамических свойств, как самого ротора, так и ТНЛ энергоустановок в целом. Определения ротору ТНЛ в стандарте по терминологии, применяемой в ЖРД и энергоустановках, не приводится 1. В работе под ротором понимается техническое устройство, представляющее собой сборку, состоящую из одного вала, или более, соединнных рессорой рабочих колс турбины, насосов и шнеков уплотнительных устройств но валу и буртам рабочих колс и опорных узлов, включающих подшипники. Примером ротора, содержащим перечисленные элементы, может служить ротор ТНЛ ЖРД 0 Рис. Центральной задачей для роторных агрегатов является определение критических частот вращения и, в отношении к этому свойству роторной сборки при проектировании и отработке, просматриваются как статические, так и динамические расчты почти всех элементов агрегатов подачи энергоустановок. Сборка ротора основной источник вибраций и пульсаций. Факторы, определяющие интенсивность вибраций и пульсаций, а, следовательно, конструктивное совершенство турбомашины, многочисленны и разнообразны. Если пульсации определяются газо, или гидродинамическим взаимодействием элементов, или узлов конструкции, то вибрации в большей части зависят от массовожескостных характеристик, проявляющихся при механическом взаимодействии и связываются с конструктивными несовершенствами. Конструктивные несовершенства возникают при изготовлении и сборке, и приобретаются в процессе эксплуатации, способствуя потере технических достоинств, а то и просто поломкам элементов конструкции.