Solving a nonlinear problem for a one-sided dynamically loaded sliding thrust bearing

封面

如何引用文章

全文:

详细

The purpose of this study is to propose an efficient numerical method for solving the inverse nonlinear problem of the movement of the compressor rotor collar in a fluid film thrust bearing. Methods. A periodic thermoelastohydrodynamic (PTEHD) mathematical model of hydrodynamic and thermal processes in a bearing is constructed under the condition of the rotor collar motion. Within the framework of the model, an inverse nonlinear problem of determining the position of the collar under a given external load is formulated. An iterative solution method is proposed, which utilizes the solution of the direct problem. To reduce computational costs, a modified Dekker–Brent method is employed in conjunction with a modified Newton’s method. Results. Numerical experiments have been conducted, demonstrating the effectiveness of the proposed approaches. The suggested methods significantly reduce the required computational resources by minimizing the number of calls to the target function in the optimization problem. A software suite has been developed that allows for the calculation of the nonlinear system of rotor motion under various physical and geometric parameters. Conclusion. An efficient set of numerical methods for solving the inverse nonlinear problem of the motion of the rotor collar in the compressor fluid film thrust bearing is proposed. The method’s effectiveness lies in substantial savings of computational resources. The method’s efficiency has been demonstrated in numerical experiments.

作者简介

Pavel Fedotov

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ORCID iD: 0000-0002-3398-7505
SPIN 代码: 4605-8576
Scopus 作者 ID: 57208104471
Researcher ID: ABB-5274-2021
Россия, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Кремлевская, д.18, корп.1

Nikolay Sokolov

Kazan State Technological University named after Kirov

ORCID iD: 0009-0001-2657-9503
SPIN 代码: 7462-0713
Scopus 作者 ID: 57194337606
Researcher ID: O-2846-2017
Respubl. Tatarstan, 420015 Kazan, Karl Marx street, 68 Phone: (843) 238-56-94

参考

  1. Хадиев М. Б., Хамидуллин И. В. Компрессоры в технологических процессах. Расчет подшипников скольжения центробежных и винтовых компрессоров. Казань: КНИТУ, 2021. 260 с.
  2. Максимов В. А., Баткис Г. С. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных турбомашин. Казань: ФЭН, 1998. 429 с.
  3. Костюк А. Г. Динамика и прочность турбомашин : учеб. для студентов вузов. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: МЭИ, 2007. 476 с.
  4. Некрасов А. Л. Расчетный анализ нелинейных колебаний роторов турбомашин в подшипниках скольжения: дис. . . . . канд. техн. наук: 05.04.12. Москва: МЭИ, 1998. 125 с.
  5. Хисамеев И. Г., Максимов В. А., Баткис Г. С., Гузельбаев Я. З. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров. 2-е изд., испр. и доп. Казань: ФЭН, 2012. 671 с.
  6. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Хавкин А. Л., Хуснутдинов И. Ф. Характер осевых колебаний ротора при переменных режимах работы центробежной компрессорной установки // Компрессорная техника и пневматика. 2018. Т. 4. С. 29–32.
  7. Lund J. W. Review of the concept of dynamic coefficients for fluid film journal bearings // ASME Journal of Tribology. 1987. Vol. 109, no. 1. P. 37-41. doi: 10.1115/1.3261324
  8. Zhu Q., Zhang W. J. A Preliminary nonlinear analysis of the axial transient response of the sector-shaped hydrodynamic thrust bearing-rotor system // ASME Journal of Tribology. 2003. Vol. 125, no. 4. P. 854–858. doi: 10.1115/1.1575775
  9. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Максимов Т. В., Футин В. А. Одноступенчатая центробежная компрессорная установка: практикум. Казань: КНИТУ, 2019. 152 с.
  10. Хадиев М. Б., Зиннатуллин Н. Х., Нафиков И. М. Механизм помпажа в центробежных компрессорах // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 8. С. 262–266.
  11. Heshmat H., Pinkus O. Mixing inlet temperatures in hydrodynamic bearings // ASME Journal of tribology. 1886. Vol. 108, no. 2. P. 231–244. doi: 10.1115/1.3261168.
  12. Усков М. К., Максимов В. А. Гидродинамическая теория смазки: этапы развития, современное состояние, перспективы. Москва: Наука, 1985. 143 с.
  13. Sokolov N. V., Khadiev M. B., Maksimov T. V., Fedotov E. M., Fedotov P. E. Mathematical modeling of dynamic processes of lubricating layers thrust bearing turbochargers // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1158, no. 04219. P. 138–151. doi: 10.1088/1742-6596/1158/ 4/042019.
  14. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е, Федотов Е. М. Трёхмерное периодическое термоупругогидродинамическое моделирование гидродинамических процессов упорного подшипника скольжения // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2021. Т. 20, № 3. С. 138–151. doi: 10.18287/2541-7533-2021- 20-3-138-151.
  15. Sokolov N. V., Khadiev M. B., Fedotov P. E., Fedotov E. M. Mathematical model of a dynamically loaded thrust bearing of a compressor and some results of its calculation // Mesh methods for boundary-value problems and applications. Lecture notes in computational science and engineering. 2022. Vol. 141. P. 461–473. doi: 10.1007/978-3-030-87809-2_35.
  16. Максимов В. А., Хадиев М. Б., Федотов Е. М. Определение гидродинамических и тепловых характеристик упорных подшипников математическим моделированием // Вестник машиностроения. 2004. № 6. С. 39–45.
  17. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е., Федотов Е. М. Численное исследование влияния класса вязкости смазки на работу упорного подшипника скольжения // Математическое моделирование и численные методы. 2023. № 1. С. 92–111. doi: 10.18698/2309-3684-2023-1- 92111.
  18. Голубев А. И. Торцовые уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1974. 214 с.
  19. Федотов П. Е., Федотов Е. М., Соколов Н. В., Хадиев М. Б. Sm2Px3Txτ — Динамически нагруженный упорный подшипник скольжения при постановке прямой задачи. Свид-во о госуд. регистрации программы для ЭВМ № 2020615227, 2020.
  20. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е., Федотов Е. М. Влияние температуры подачи смазочного материала на работу упорного подшипника скольжения // Вестник машиностроения. 2023. № 1. С. 47–55. doi: 10.36652/0042-4633-2023-102-1-47-55.
  21. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е., Федотов Е. М. Сравнение квазитрехмерной и полной трехмерной постановок работы упорного подшипника скольжения // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2023. Т. 22, № 3. С. 143–159. doi: 10.18287/2541-7533-2023-22-3-143-159.
  22. Fedotov P. E. Numerical solution of the one-sided compressor thrust bearing dynamics equation // CEUR Workshop Proceedings. 2021. Vol. 2837. P. 54–75.
  23. Савин Л. А., Соломин О. В., Устинов Д. Е. Метод пространственного движения жесткого ротора на опорах жидкостного трения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева (национального исследовательского университета). 2006. № 2-1. С. 328–332.
  24. Корнеев А.Ю. Анализ динамики жесткого ротора на конических гидродинамических подшипниках скольжения методом траекторий // Вестник машиностроения. 2013. № 12. С. 24–28.
  25. Forsythe G. E., Malcolm M. A., Moler C. B. Computer Methods for Mathematical Computations // In: Prentice-Hall series in computational mathematics. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1977. 259 p. doi: 10.1002/zamm.19790590235.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».