Разработка математической модели и программы расчета вынужденных колебаний роторов ТМ с учетом влияния неуравновешенности, внешних механических и аэродинамических нагрузок. Обзор расчетного анализа АЧХ и форм колебаний реальных двухконсольных роторов.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена на кафедре «Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели» Казанского государственного технического университета им. Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, профессор Сидоров И.Н.; кандидат технических наук Сагадеев Р.Г. Защита диссертации состоится «_24_» _октября_ 2007 г. в «_10_» часов на заседании диссертационного совета Д212.079.02 при Казанском государственном техническом университете им. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им.Прогрессивная тенденция увеличения частоты вращения ротора, позволяющая получать при малых размерах рабочих колес заданную удельную работу с максимальным КПД, повышает требования к вибрационной надежности двухконсольных высокооборотных роторов, испытывающих значительные инерционные и газодинамические нагрузки. В связи с этим дальнейшие исследования, направленные на повышение вибрационной надежности путем совершенствования методов расчета амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и форм колебаний двухконсольных роторов ТМ, а также способов их балансировки, являются актуальными. В процессе исследования получены новые научные результаты, которые выносятся на защиту: Разработаны математическая модель и программа для ПЭВМ с применением метода начальных параметров, для которого расширены выражения для членов матрицы участков, позволяющие выполнять расчеты АЧХ и форм вынужденных колебаний роторов ТМ с учетом влияния неуравновешенных масс, гироскопических моментов, динамических характеристик подшипников скольжения с самоустанавливающимися подушками и с клинообразующими скосами, а также действия внешних осевых и радиальных газодинамических и механических сил, что существенно повысило точность расчетов. Созданы методика и программа для расчета на ПЭВМ корректирующих масс на основе ДКВ, получаемых как расчетом - из математической модели вынужденных колебаний ротора, так и экспериментальным путем - из непосредственных измерений на опорах балансируемого ротора. Использование более совершенных математических моделей расчета АЧХ и форм колебаний, радиальных и осевых газодинамических нагрузок, способов балансировки двухконсольных роторов ТМ повышают их вибрационную надежность и позволяют сократить сроки проектирования и доводки ТМ.Результаты исследования указанных авторов, а также последние работы, выполненные Буглаевым В.Т., Евгеньевым С. С., Потаповым С. Д., Савиным Л. А., Урьевым Е. В. и другими авторами показывают: - повышение вибрационной надежности является главной задачей конструктора уже на стадии проектирования и зависит от совершенства применяемых методов моделирования динамики системы «ротор - подшипники»; Расчетная схема двухконсольного ротора турбомашины и векторные диаграммы прогибов и сил, возникающих при его движении x, y, z - неподвижная система координат; ?, ?, ? - вращающаяся система координат, жестко связанная с ротором; x - направление вдоль оси вала; Тх, Ту - внешние осевые и радиальные силы; F? - возмущающая сила; Fc - упругая реакция вала; Fr, Fk - упругая и демпфирующая динамические реакции в центре шипа вала в сечении В; S - центр массы сечения ротора; ? - смещение центра масс РК; r - динамический прогиб консоли; ?пр - угловая скорость прецессии оси ротора; ? - частота вращения ротора; t - время, СА, СВ, КА , КВ - коэффициенты жесткости и демпфирования масляного слоя опорных подшипников, СУА, СУВ, КУА , КУВ - коэффициенты жесткости и демпфирования масляного слоя упорных подшипников, RA , RB - реакции ротора в опорах А и В, соответственно. Условием сопряжения между соседними участками ротора с номерами соответственно i и i 1, разделенными диском, является равенство перерезывающих сил R, изгибающих моментов M, перемещений и углов поворотов сечений где Gi, Gi, - проекции изгибающих моментов на оси, соответственно, y и z, - компоненты моментов и сил, действующих на ротор в точке i 1 , определяемые соотношениями где m - масса насаженного диска; К0 - полярный (осевой) момент инерции насаженного диска; К1 - экваториальный (диаметральный) момент инерции диска относительно центральной оси. В работе предложены уточненные выражения для элементов матрицы [Y] i , учитывающие гироскопические моменты дисков, вес ротора, коэффициенты жесткости и демпфирования опорных и упорных подшипников, внешние газодинамические и механические силы, действующие на ротор, что повысило точность математической модели.