ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ЗАДАЧИ РАБОТЫ.
1.1. Методы ко1 ггроля вибраций роторных систем
1.2. Контроль вибраций в турбомашинах
1.3. Задачи диссертационной работы.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОПОРЫ КОМПРЕССОРНОГО СТЕНДА
2.1. Предварительный расчет трансмиссии стенда для начала рабочего
ПРОЕКТИРОВАНИЯ РОМЕЖУТОЧ1 юй опоры
2.2. Описание конструкции промежуточной опоры
2.3. Узлы и элементы промежуточной опоры.
2.4. Проектирование упругого кольца
2.5. Проектирование упругой втулки.
2.6. Расчет долговечности подшипников промежуточной опоры
2.7. Расчет управляюцего давления воздуха в думисной полости.
2.8. Конечноэлементный анализ упругой втулки
2.9. Экспериментальные исследования осевой податливос ти упругой
2 Выводы.
3. ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВАЛОПРОВОДА.
3.1. Моделирование динамической системы валопровода
3.2. Частоты и формы колебаний, анализ.
3.3. Идентификация математической модели по экспериментальным ДАННЫМ
3.4. Нестационарный анализ поведения валопровода при изменении жесткости.
3.5. Выводы
4. ИСПЫТАНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОПОРЫ В СОСТАВЕ КОМПРЕССОРНОГО СТЕНДА
4.1. Общая схема компрессорюго стенда с промежуточной опорой .
4.2. Основные блоки и узлы компрессорного стенда.
4.3. Результаты тестовых испытаний.
4.4. Выводы
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПОРЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ГТД.
5.1. Общие положе ия.
5.2. Ко струкция задней опоры КНД
5.3. Конструкция передней опоры КНД
5.4. Выводы.
6. ВЫВОДЫ.
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
ВВЕДЕНИЕ
Большая часть повреждений в газотурбинных двигателях ГТД происходит в результате возникновения в них вибраций. Вибрации возбуждаются периодическими или внезапно приложенными силами, действующими как самостоятельно, так и в сочетании с термическими, статическими и другими факторами.
Вибрации становятся особенно сильными в зоне резонансов, когда частоты возмущающих сил или моментов совпадают с частотами собственных колебаний системы. Вероятность возникновения резонансных режимов возрастает с увеличением быстроходности ГТД.
Борьба с вибрациями становится неотъемлемым условием обеспечения высокого качества ГТД. Она ведется на этапах проектирования, доводки, серийного производства и эксплуатации.
Для снижения вибраций проводятся различные мероприятия обеспечение соосности опор роторов, частотная отстройка от резонансных режимов, балансировка роторов. Уменьшение вибраций в деталях и узлах происходит также в результате демпфирования, как естественного, так и искусственного. Первое достигается вследствие внутреннего трения в материале и узлах конструкции и внешнего трения от взаимодействия колеблющейся детали или узла с внешней средой второе за счет применения специальных демпферных устройств.
Наиболее распространенным способом борьбы с вибрациями является частотная отстройка, заключающаяся в выведении критических частот вращения роторов из рабочего диапазона. В первую очередь это касается критических частот вращения, которым соответствует первая или вторая изгибные формы колебаний роторов.
Так как корпуса и ротора ГТД выполняются довольно податливыми изза требования минимальной массы, то вывести критические частоты выше
максимальной частоты вращения ротора в большинстве случаев не представляется возможным. Поэтому для частотной отстройки роторов авиационных ГТД применяют увеличение податливости опор с помощью специальных упругих элементов, снижающих критические частоты так, чтобы они были ниже частоты вращения малого газа. Формы колебаний для этих критических частот вращения являются балочными или близкими к ним, т.е. роторы и корпуса совершают колебания как жесткие тела на податливых опорах. При этом вся потенциальная энергия колебаний находится в опорных узлах роторов или подвеске двигателя. По отношению к этим формам колебаний роторы работают в закритической области и, следовательно, слабо реагирует на разбалансировку, которая возникает вследствие вытяжки дисков и лопаток, обжатия лопаточных замков, приработки разъемных соединений ротора и т.д. Поэтому частотная отстройка ротора позволяет снизить и сделать стабильным уровень вибраций ГТД в рабочем диапазоне режимов.
Подбором жесткостей опор удается также расширить диапазон между двумя смежными критическими частотами вращения и подобрать их так, чтобы они существенно отличались от рабочих скоростей вращения.
Вместе с тем следует отметить, что применение упругих опор сопровождается появлением ряда отрицательных свойств. Вследствие больших податливостей опор появляются большие статические радиальные перемещения ротора под действием сил веса, перегрузок во время полета, возможны ударные нагрузки при действии ограничителей перемещений. Большие деформации создают опасность задевания лопаток о корпус, врезания лабиринтных уплотнений и т. д.
При создании и доводке современных авиационных газотурбинных двигателей широко применяются стенды для автономных испытаний вентиляторов и компрессоров. Данные испытания требуют от стенда обеспечения работы в широком диапазоне частот вращения. При
необходимости охватить диапазон работы, например, до 0 обмин, остро встает вопрос об отстройке от критических частот вращения роторов трансмиссии стенда в этом широком диапазоне.
Для существующих низкооборотных стендов данная задача обычно решается их перепроектированием и изготовлением новой материальной части. Этот вариант требует немалых временных и финансовых затрат. Применение упругодемпферных элементов в конструкции опор не исправляет ситуацию, т.к. необходимый рабочий диапазон чрезвычайно широк. Часто в области рабочих оборотов находится не только первая, но и вторая критические частоты вращения роторов трансмиссии стенда.
Естественно, что подобная ситуация негативным образом сказывается на возможности проведения испытаний компрессоров. Повышенные вибрации отрицательно влияют на вибросостояние как испытуемой конструкции, так и узлов стенда. Часто вообще не удается пройти через резонансный режим и провести испытания компрессора на высоких частотах вращения.
Возможным решением данной проблемы может стать внедрение в конструкцию стендов опор роторов с изменяемыми в процессе работы жесткостными характеристиками. В этом случае затраты на доработку стенда будут минимальными, а сам стенд может быть использован как для низкооборотных, так и для высокооборотных компрессоров.
В соответствии с вышесказанным была определена и основная цель диссертационной работы создание опоры, позволяющей директивно менять свою жесткость и, тем самым, менять динамические характеристики всей роторной системы.
Актуальность
- Київ+380960830922