Дослідження гідродинамічних характеристик торцевих дроселів та динаміка торцевих ущільнень - Автореферат

розглянути динаміку аксіально-рухомих кілець торцевих ущільнень і вплив гідродинамічних характеристик торцевого дроселя на вібраційний стан, надійність і герметичність ущільнювального вузла; При цьому застосовувалися певні допущення, обумовлені характером течії рідини в торцевому дроселі, без яких аналітичне розвязання задачі неможливе. торцевий ущільнення герметичність ротор Для аналізу динаміки системи торцевого ущільнення використовувалися рівняння коливань, одержані з рівняння Лагранжа II роду для аксіально-рухомих кілець ущільнення з урахуванням гідродинамічних сил і моментів, обумовлених тиском рідини в торцевому дроселі. Запропоновано уточнення методик розрахунку, що дозволяють врахувати сили і моменти, обумовлені інерцією рідини і втратами на місцевих гідравлічних опорах в торцевих дроселях ущільнень і опорно-ущільнюючих АСОУ роторів відцентрових машин, зокрема, модифікованих гідропят з пружно встановленими кільцями. Для правильного розрахунку цих характеристик необхідно детальніше досліджувати гідродинамічні процеси в утвореному парою гладких поверхонь торцевому дроселі, який є основним елементом торцевих ущільнень, гідропят, а також упорних підшипників ковзання та ущільнень з плаваючими кільцями.У дисертаційній роботі на основі виконаних теоретичних досліджень течії рідини в торцевому дроселі уточнено його гідродинамічні характеристики, проведено аналіз і визначено їх вплив на динаміку аксіально-рухомого кільця торцевого ущільнення і модифікованої конструкції гідропяти, а також уточнено методики розрахунку цих вузлів.

У дисертаційній роботі на основі виконаних теоретичних досліджень течії рідини в торцевому дроселі уточнено його гідродинамічні характеристики, проведено аналіз і визначено їх вплив на динаміку аксіально-рухомого кільця торцевого ущільнення і модифікованої конструкції гідропяти, а також уточнено методики розрахунку цих вузлів.

1. Розроблена уточнена математична модель торцевого дроселя, в якій ураховані локальні та конвективні сили інерції рідини і втрати на місцевих гідравлічних опорах при умові обертання, та кутових і осьових переміщеннях рухомого кільця ущільнення для різних режимів течії рідини. На основі побудованої математичної моделі торцевого дроселя, утвореного двома аксіально-рухомими кільцями ущільнення, одержано розподіл тиску в торцевому зазорі.

2. Одержані вирази для визначення гідродинамічних характеристик торцевих дроселів з урахуванням сил інерції і втрат на місцевих гідравлічних опорах. Гідродинамічні характеристики, обумовлені інерційним потоком, включають інерційні, демпферні і жорсткісні складові. Найбільш істотною є величина інерційного демпфірування, яка порівнянна з основним демпфіруванням, обумовленим потоком витіснення при кутових і осьових коливаннях. Урахування втрат на місцевих гідравлічних опорах істотно впливає на жорсткісні характеристики шару рідини, при цьому коефіцієнт жорсткості буде завжди додатним, а також зумовлює додаткове демпфірування, яке обумовлене впливом швидкості потоку витіснення на величину втрат на місцевих гідравлічних опорах.

3. Досліджено вплив на динаміку аксіально-рухомого кільця торцевого ущільнення сил і моментів, діючих з боку рідини на стінки торцевого дроселя. На основі критерію Гурвіца визначені умови стійкості. За певних умов демпфірування, обумовлене силами інерції, може бути негативним, що може привести до втрати стійкості системи. Обумовлене врахуванням втрат на місцевих гідравлічних опорах збільшення жорсткості шару рідини веде до збільшення величин резонансних частот, у порівнянні з обчисленими без урахування місцевих втрат.

4. З урахуванням гідродинамічних сил і моментів у торцевому дроселі уточнені статичні і динамічні характеристики гідропят. Показано вплив сил інерції та втрат на місцевих гідравлічних опорах на ці характеристики. Проаналізовані звязані осьові коливання основного диска і пружно встановленого кільця модифікованої конструкції гідропяти, а також кутові коливання кільця. На основі критерію Гурвіца визначені умови стійкості системи.

5. Уточнено методики розрахунку безконтактних торцевих ущільнень і опорно-ущільнюючих АСОУ роторів відцентрових машин, що дозволяють врахувати сили і моменти, обумовлені інерцією рідини в торцевих дроселях та втратами на місцевих гідравлічних опорах. Приведені уточнення методик розрахунку можуть використовуватися для оцінки власних частот, амплітуд вимушених коливань і динамічної стійкості аксіально-рухомих кілець торцевих ущільнень роторів відцентрових машин і гідропят.

6. Проведено порівняння теоретичних і експериментальних даних, яке підтвердило їх достатню збіжність і показало, що запропонована модель торцевого дроселя, яка враховує сили інерції та втрати на місцевих гідравлічних опорах, зменшує максимальну розбіжність між розрахунковими і експериментальними значеннями, а отже може бути рекомендована в практику проектування безконтактних торцевих ущільнень.

7. Уточнення методик розрахунку впроваджені в практику проектування і досліджень відцентрових насосів на ВАТ “Науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут атомного та енергетичного насособудування “ВНДІАЕН” (м. Суми), ВАТ “Сумське машинобудівне науково-виробниче обєднання ім. М.В. Фрунзе”, а також використовуються в навчальному процесі в Сумському державному університеті для студентів спеціальності “Динаміка і міцність”.

Список опублікованих робіт За темою дисертації

Зуєва Н.В. Силові характеристики торцевих дроселів // Машинознавство. - 2002. - № 8. - С. 35-37.

Зуева Н.В. Исследование гидродинамики течения жидкости в торцовом дросселе с ексцентрично расположенными стенками канала // Удосконалювання турбоустановок методами математичного і фізичного моделювання: Зб. наук. праць / Харків: Ін-т проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України. - 2003 . - Т.2. - С. 607-610.

Зуева Н.В. Гидродинамика торцовых дросселей с учетом инерции жидкости // Вісник Сумського державного університету. - 2003. - №3. - С.44-50.

Зуева Н.В., Каринцев И.Б. Угловые колебания упругоопертого кольца уравновешивающего устройства центробежного насоса с учетом местных потерь // Вісник СУМДУ. - 2005. - №12. - С. 91-97.

Зуева Н.В. Учет местных потерь при вычислении гидродинамических характеристик торцовых дросселей // Вісник Сумського національного аграрного університету. Сер. “Механізація та автоматизація виробничих процесів”. - 2006. - № 9(15). - С. 42-48.

Зуева Н.В., Корчак А. Влияние сил инерции жидкости и местных гидравлических потерь на гидродинамические характеристики торцового дросселя // Вісник Сумського державного університету. - 2006. - №10 (94). - C. 104 -111.

Зуева Н.В. Гидродинамические характеристики торцовых дросселей с учетом сил инерции жидкости // Праці 10-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Герметичність, вібронадійність та екологічна безпека насосного і компресорного обладнання” - “Гервікон-2002”. - Суми: Вид-во СУМДУ. - 2002. - Т 1. - с.123 - 130.

Зуева Н.В. Аксиально-угловые колебания упругоопертого кольца гидропяты // Праці 11-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Герметичність, вібронадійність та екологічна безпека насосного і компресорного обладнання” - “Гервікон-2005”. - Суми: Вид-во СУМДУ. - 2005. - Т 2. - C.181 - 187.

Зуева Н.В., Корчак А. Исследование динамики системы автоматического уравновешивания центробежных насосов с упругим элементом // Технологии XXI века. - Сумы: СНАУ. - 2005. - Т.1. - C. 89-95.