Математическое моделирование динамики ротора турбомашины на лепестковых газодинамических подшипниках при воздействии вибрации
- Авторы: Николаев В.С.1,2, Тищенко И.В.1,2
-
Учреждения:
- Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
- ПАО НПО «Наука»
- Выпуск: Том 111, № 3 (2022)
- Страницы: 165-179
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://journal-vniispk.ru/0023-124X/article/view/132739
- DOI: https://doi.org/10.17816/RF111753
- ID: 132739
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Обоснование. Турбомашины на лепестковых газодинамических опорах являются перспективным направлением турбомашиностроения ввиду преимуществ таких опор: экономичности, автономности, долговечности. Однако, лепестковые подшипники обладают меньшей несущей способностью по сравнению с другими типами опор. Вместе с тем, турбомашины являются сложными динамическими системами, которые должны наравне с другими агрегатами отвечать высоким требованиям надёжности и безопасности: быть устойчивыми и прочными к воздействию внешних механических факторов, таким как вибрация, удары и т.п.
Цель настоящей статьи – разработка математической модели динамики ротора, пригодной для прогнозирования перемещения ротора в опорах при внешнем механическом воздействии на турбомашину для исключения возможности касания быстровращающегося ротора и неподвижных корпусных частей.
Материалы и методы. Разработана математическая модель динамики жёсткого ротора на лепестковых газодинамических подшипниках с учётом упругости опор корпусов подшипников и корпуса турбомашины в целом. Смоделированы стационарные и нестационарные режимы работы, а также нестационарные режимы в условиях внешнего воздействия широкополосной случайной вибрации. Система дифференциальных уравнений, описывающих математическую модель, решается методом Радо IIA. Случайная вибрация моделируется с помощью цифровой фильтрации путём дискретного преобразования Фурье. Результаты моделирования и эксперимента анализируются с помощью простого и оконного преобразования Фурье.
Результаты и их применение. Получены траектории движения частей ротора на стационарных режимах и при внешнем механическом воздействии. Результаты сравниваются с экспериментальными данными, полученными авторами ранее. Получена оценка сверху. Максимальные значения перемещений частей ротора позволяют назначить оптимальные величины зазоров между рабочими колёсами и ответными корпусными элементами.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Виталий Станиславович Николаев
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана; ПАО НПО «Наука»
Автор, ответственный за переписку.
Email: vs.nikolaev.bmstu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5360-9368
SPIN-код: 5847-3632
аспирант
Россия, Москва; МоскваИгорь Валерьевич Тищенко
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана; ПАО НПО «Наука»
Email: iv.tischenko@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6094-8723
SPIN-код: 5630-4301
к.т.н., доцент
Россия, Москва; МоскваСписок литературы
- Сухомлинов И.Я., Головин М.В. Герметичный холодильный центробежный компрессор на газодинамических подшипниках // Компрессорная техника и пневматика. 2014. № 6. С. 6–10.
- Поликарпов А.В., Викулов А.П., Зотов С.Н., и др. Безмасляный центробежный электрокомпрессор на лепестковых газодинамических подшипниках // Холодильная техника. 2020. Т. 109. № 2. C. 36–44. doi: 10.17816/RF104085
- Щедухин С.И., Поликарпов А.В., Викулов А.П., и др. Безмасляный турбодетандер природного газа на лепестковых газодинамических подшипниках // Холодильная техника. 2017. Т. 106 № 6. С. 46–50. doi: 10.17816/RF99254
- Звонарев П.Н. Разработка метода расчета радиальных упругогаздинамических подшипников с предварительно напряженными лепестками для малых турбомашин низкотемпературных установок: дис. ... канд. тех. наук. М., 2005.
- Сытин А.В. Решение комплексной задачи расчета характеристик радиальных лепестковых газодинамических подшипников: дис. ... канд. тех. наук. Орел, 2008.
- Bonello P., Pham H. The efficient computation of the nonlinear dynamic response of a foil air bearing rotor system // J. Sound Vib. 2014. Vol. 333. P. 3459–3478. doi: 10.1016/j.jsv.2014.03.001
- Andrés L.S., Rubio D., Kim T.H. Rotordynamic performance of a rotor supported on bump type foil gas bearings: experiments and predictions // ASME J. Eng. Gas Turbines Power. 2007. Vol. 129, N. 3. P. 850–857. doi: 10.1115/1.2718233
- Powell J.W., Tempest M.C. A Study of High Speed Machines with rubber Stabilized Air Bearings // ASME J. Lubric. tech. 1968. Vol. 90, N. 4. P. 701–707. doi: 10.1115/1.3601702
- Waumans T., Peirs J., Al-Bender F., et al. Aerodynamic journal bearing with a flexible, damped support operating at 7.2 million DN // J. Micromech. Microeng. 2011. Vol. 21. P. 104014. doi: 10.1088/0960-1317/21/10/104014
- Gu Y., Ma Y., Ren G. Stability and vibration characteristics of a rotor-gas foil bearings system with high-static-low-dynamic-stiffness supports // J. Sound. Vib. 2017. Vol. 397. P. 152–170. doi: 10.1016/j.jsv.2017.02.047
- Пешти Ю. В. Газовая смазка. Учебник для вузов. М. : МГТУ им. Баумана, 1993.
- Kim D. Parametric studies on static and dynamic performance of air foil bearings with different top foil geometries and bump stiffness distributions // J. Tribol. 2007. Vol. 129, N. 2. P. 354–364 doi: 10.1115/1.2540065
- Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. М.: Мир, 1999.
- Тищенко И.В., Николаев В.С., Меркулов В.И. Экспериментальное исследование динамики ротора авиационного турбохолодильника на газодинамических подшипниках. // Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения: Третья международная научно-практическая конференция: материалы конференции, Москва, 19 ноября 2020 года. МГТУ им. Н.Э. Баумана.
- Николаев В.С., Абалакин С.А., Тищенко И.В. Сравнение потерь эффективности из-за перетечек для турбоагрегатов авиационных систем кондиционирования на лепестковых газодинамических подшипниках и шарикоподшипниках // Холодильная техника. 2022. Т. 111, № 1. С. 13–20. doi: 10.17816/RF96964
Дополнительные файлы
