Решение комплексной задачи расчета характеристик радиальных лепестковых газодинамических подшипников

• Автор: Сытин, Антон Валерьевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 201 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Лепестковые газодинамические подшипники как объект
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Применение лепестковых газодинамических подшипников
1.2. Обзор исследований и методов моделирования лепестковых газодинамических подшипников
1.3. Структура, объект и задачи исследований
2. Расчет упругих деформаций элементов радиального лепесткового ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА
2.1. Устройство и принцип работы радиального лепесткового
газодинамического подшипника
2.2. Методы моделирования упругой поверхности лепестка и кругового гофрированного элемента
2.3. Математическая модель расчета деформаций упругой поверхности лепестка
2.3.1. Расчетная схема. Основные гипотезы и допущения
2.3.2. Система уравнений в перемещениях для цилиндрической оболочки
2.3.3. Вывод граничных условий
2.4. Математическая модель расчета деформаций упругой поверхности кругового гофрированного элемента
2.4.1. Системы уравнений в перемещениях для отдельного гофра
2.4.2. Вывод граничных условий для отдельного гофра
2.4.3. Устойчивость кругового гофрированного элемента
2.5.Совместный расчет прогиба лепестка и гофра
2.5.1. Краткий обзор постановок задач взаимодействия элементов конструкций и методов их решения
2.5.2. Решение задачи совместного прогиба лепестка и гофра
2.5.3. Численные методы решения задачи совместного прогиба

3. Решение комплексной задачи расчета полей давлений и
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ СМАЗОЧНОГО СЛОЯ
3.1. Применение контактно-гидродинамической теории смазки
для решения комплексной задачи
3.2. Моделирование потока газовой смазки
3.2.1. Моделирование турбулентного движения газовой
смазки
3.2.2. Исходная система уравнений
3.2.3. Расчетная схема. Определение радиального зазора
3.2.4. Обобщенное уравнение Рейнольдса
3.2.5. Уравнение баланса энергий
3.2.6. Определение теплофизических свойств воздуха
3.3. Алгоритм и методы расчета реакций смазочного слоя
3.4. Применение результатов совместного расчета для конструкций радиальных лепестковых газодинамических подшипников
4. Эксперименталъные исследования деформаций упругих ЭЛЕМЕНТОВ РАДИАЛЬНОГО ЛЕПЕСТКОВОГО ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА
4.1. Постановка задач и планирование эксперимента
4.2. Описание экспериментального комплекса
4.3. Обработка результатов и сравнение данных теоретических и экспериментальных исследований
5. Вопросы проектирования радиальных лепестковых газодинамических подшипников быстроходных турбомашин
5.1.Программный комплекс для расчета характеристик лепестковых газодинамических подшипников
5.2.Рекомендации по проектированию
5.3.Рекомендации по применению и нанесению износостойких покрытий
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А
Приложение В

Введение
Актуальность темы.
В настоящее время существует устойчивая тенденция по применению высокоскоростных роторных машин с электро- и турбинным приводом в транспортном и энергетическом машиностроении, ракетно-космической и криогенной технике. Наиболее нагруженными и ответственными элементами турбомашин, определяющими работоспособность и ресурс изделий, являются роторно-опорные узлы. Сравнительно недавно, при конструировании опор высокоскоростных роторов, предпочтение отдавалось подшипникам качения, что объяснялось удобством их монтажа, смазки и обслуживания, а также отсутствием износа опорных поверхностей ротора и постоянством коэффициента трения при изменении скоростей и нагрузок. Увеличение частот вращения выявило ряд существенных недостатков,

сдерживающих их дальнейшее применение в качестве—-опор высокоскоростных роторов. Более перспективным, с точки зрения быстроходности и надежности, является использование различных видов подшипников скольжения. При определенных режимах эксплуатации подвижных сопряжений, например, при высоких скоростях или
температурах, практически исключается использование жидких или
пластичных смазочных материалов. В этих условиях широко применяют подшипники с газовой смазкой с применением твердых смазочных материалов, наносимых на рабочие поверхности деталей в виде покрытий.
Можно привести множество примеров успешного испытания опор с газовой смазкой в промышленности. Гироскопы, турбодетандеры, турбокомпрессоры, шпиндельные узлы металлорежущих станков, различное медицинское оборудование, испытательные стенды. Успешное внедрение опор с газовой смазкой в различных отраслях промышленности объясняется прежде всего свойствами газового смазочного материала, выгодно
отличающими его от жидкостного. Минимальные потери на трение, незначительное выделение температуры, являющееся следствием малой

1.2 Обзор исследований и методов моделирования лепестковых газодинамических подшипников
Число опубликованных работ в области использования лепестковых газодинамических подшипников и методов их расчета с каждым годом растет. Если раньше, теоретические данные и эксперименты были засекречены, в силу использования данных опор в турбомашинах военных самолетов, ракетно-космической технике, то на данный момент широкий спектр литературы и научно-исследовательских отчетов находится в свободном доступе. Это объясняется повышенным вниманием к проблемам трения и газовой смазки, многообразием конструкций лепестковых подшипников, а также сложностью решения теоретической части задачи.
Возможность использования газа в качестве смазывающего вещества в подшипниках скольжения (в которых эффект поддержания шипа вала осуществляется за счет так называемого «эффекта клина») была известна еще в конце девятнадцатого столетия. Но только в конце сороковых годов прошлого столетия опоры скольжения на газовой смазке стали применяться в станкостроении, прежде всего благодаря работам сотрудников Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих ' станков (ЭНИМСа) под руководством профессора С.А.Шейнберга [57].
Интенсивные разработки новых образцов летательных аппаратов (в том числе ракет и космических объектов), а также надводных и подводных судов поставили вопрос о необходимости создания прецизионных опор на газовой смазке для навигационных приборов и других измерительных комплексов.
Как и в подшипниках с жидкостной смазкой, появление подъемной силы обязано не силам инерции газовых струек, а силам вязкости, возникающим при движении воздуха в тонком зазоре между подшипником и ротором. Из-за этих сил возникают градиенты давления в газовом смазочном