Розробка методів розрахунку вібраційного стану роторів в шпаринних ущільненнях

Abstract

Дисертація присвячена розробці методики розрахунку вібраційного стану ротора в шпаринних ущільненнях, що включає розв’язання задачі гідродинаміки короткого кільцевого ущільнення, задачі визначення ймовірнісних характеристик витрати через ущільнення та впливу випадкової зміни параметрів шпаринних ущільнень на власну частоту коливань ротора. На основі рівняння Рейнольдса турбулентної течії рідини в короткому кільцевому ущільненні разом з рівнянням нерозривності отримані сили тиску та їх моменти, що діють на стінки ущільнення з урахуванням усіх складових сил інерції та місцевих гідравлічних опорів. Для більш обґрунтованої оцінки витратних характеристик шпаринних ущільнень визначені ймовірнісні характеристики витрати через ущільнення як функції випадкових величин. Проведені експериментальні дослідження, що підтверджують достатню точність запропонованої методики визначення гідродинамічних характеристик шпаринного ущільнення. Розроблена методика розрахунку ймовірнісних характеристик власної частоти ротора в шпаринних ущільненнях для одномасової та багатомасової моделі ротора. Визначення характеристик власної частоти ротора в шпаринних ущільненнях проводилося за допомогою створеної програми розрахунку. Проведено тестування запропонованої програми. На основі проведеного аналізу видані рекомендації по конструюванню шпаринних ущільнень. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3433

Диссертация посвящена разработке методики расчета вибрационного состояния ротора в щелевых уплотнениях, включающей в себя решение задачи гидродинамики короткого кольцевого уплотнения, определения вероятностных характеристик расхода через уплотнение и влияния случайного изменения параметров щелевых уплотнений на собственную частоту колебаний ротора. Исследуемыми объектами являются щелевые уплотнения и ротор в щелевых уплотнениях. Проведенный в работе анализ показал, что вибрационное состояние ротора насоса в значительной мере определяется гидродинамическими характеристиками щелевых уплотнений, достоверность определения которых зависит от принятой модели и допущений при решении уравнений движения жидкости в зазоре уплотнения. На основе решения уравнения Рейнольдса турбулентного течения жидкости в коротком кольцевом уплотнении совместно с уравнением неразрывности получены силы давления и их моменты, действующие на стенки уплотнения. При определении сил и моментов учитывались как локальные так и конвективные силы инерции жидкости, а влияние местных гидравлических сопротивлений учитывалось не только для гидростатических, но и для гидродинамических составляющих. Показано существенное влияние сил инерции на демпфирующие характеристики уплотнений. Вычислены составляющие полного расхода через щелевое уплотнение, обусловленные напорным течением и движением уплотнительных поверхностей для различных режимов течения. Для более обоснованного подхода к оценке расходных характеристик щелевых уплотнений определялись вероятностные характеристики расхода как функции случайных величин. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие достаточную точность предложенной методики определения гидродинамических характеристик щелевого уплотнения. Разработана методика определения вероятностных характеристик собственной частоты ротора в щелевых уплотнениях для одномассовой и многомассовой моделей ротора с учетом технологических отклонений геометрических параметров уплотнений и эрозионного изнашивания уплотнительных поверхностей. Для определения вероятностных характеристик собственной частоты ротора в щелевых уплотнениях разработана программа, проведено ее тестирование. На основе проведенного анализа колебаний ротора в щелевых уплотнениях даны рекомендации по проектированию щелевых уплотнений и возможности их использования в качестве вспомогательных узлов сложных уплотнительных систем и радиальных подшипников скольжения, в частности в конструкциях так называемых “безвальных” насосов. Результаты диссертационной работы в виде методик и программы расчета внедрены и используются для анализа влияния щелевых уплотнений на вибрационное состояние роторов центробежных насосов в практике проектирования на ОАО “Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт атомного и энергетического насосостроения “ВНИИАЭН”, а также в учебном процессе на кафедре общей механики и динамики машин Сумского государственного университета. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3433

Thesis deals with problem of development of calculation technique of rotor vibration state in annular seals. It consists of solving of the short annular seal hydrodynamic problem, determining of probabilistic characteristics of flow in the annular seal problem and effect of random changing of annular seal parameters on natural frequency of rotor oscillations. Forces and moments, acting on seal walls are determined on the basis of solution of Reynolds equation of turbulent fluid flow in a short annular seal with continuity equation solving. As forces and moments are determined the local and convective components of inertia fluid forces were taking into account and effect of local resistances was accounted. To obtain more adequate estimation of the flow characteristics in the annular seal, the probabilistic characteristics of flow through the annular seal are determined as a functions of random values. Experimental investigations have proved the suggested technique for determination of hydrodynamic characteristics. The method of probabilistic characteristics of the natural frequency of rotor running in the annular seals for single-mass and multi-masses model of rotor is developed. Solution of the problem of determination of the rotor natural frequency was made by special software. The testing of the software was performed. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3433