Підвищення надійності автоматичних урівноважуючих пристроїв відцентрових машин

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-практичної задачі підвищення герметичності та надійності автоматичних систем осьового урівноваження роторів відцентрових машин за рахунок застосування запірно-врівноважуючого пристрою як складної гідромеханічної системи автоматичного регулювання, яка складається з двох підсистем – гідроп’яти і регулятора перепаду тиску – і одночасно виконує функції кінцевого ущільнення та гідростатичного підшипника з саморегульованими торцевим зазором і витратами. У роботі проаналізована надійність традиційних конструкцій автоматичних систем осьового урівноваження за середнім напрацюванням до відмови в області допустимих витоків робочої рідини, а також розроблена пропозиція до її підвищення шляхом застосування запірно-врівноважуючого пристрою. Створені математичні моделі процесів, що перебігають у сучасних конструкціях автоматичних систем осьового урівноваження роторів відцентрових машин з урахуванням різних режимів руху середовища у дроселях. Розроблені методика і програма автоматизованого розрахунку запірно-врівноважуючих пристроів роторів багатоступінчатих відцентрових насосів і компресорів, які дозволяють виявити залежності між основними параметрами: тиском нагнітання і величиною торцевого зазору та витратами запірного середовища, частотою обертання ротора і амплітудою його осьових коливань. Проведена імовірнісна оцінка статичної, витратної і амплітудних частотних характеристик автоматичних систем урівноваження осьових сил та побудовані довірчі області. Експериментально визначені коефіцієнти місцевих гідравлічних втрат і втрат на тертя по довжині торцевого дроселя, а також уточнені провідності дроселів автоматичної системи осьового урівноваження методами теорії оцінювання. У цілому, отримані теоретичні та експериментальні результати досліджень дозволяють створювати нові автоматичні системи осьового урівноваження роторів відцентрових машин – запірно-врівноважуючі пристрої,– що можуть використовуватись підприємствами насосного і компресорного машинобудування. Результати роботи впроваджені у процес розробки і модернізації насосних агрегатів у ВАТ «Науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут атомного та енергетичного насособудування «ВНДІАЕН» і ПАТ «Сумське машинобудівне НВО ім. М. В. Фрунзе», а також використовуються у навчальному процесі в Сумському державному університеті студентами напряму «Механіка» та спеціальності «Комп’ютерна механіка». При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/36689

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-практической задачи повышения герметичности и надежности автоматических систем осевого уравновешивания роторов центробежных машин за счет применения затворно-уравновешивающего устройства как сложной гидромеханической системы автоматического регулирования, которая состоит из двух подсистем – гидропяты и регулятора перепада давления – и одновременно выполняет функции концевого уплотнения и гидростатического подшипника с саморегулирующимися торцовым зазором и расходом затворной среды. В работе проанализирована надежность традиционных конструкций автоматических систем осевого уравновешивания по средней наработке до отказа в области допустимых протечек рабочей среды, а также разработано предложение к её повышению путем применения затворно-уравновешивающего устройства. Созданы математические модели процессов, протекающих в современных конструкциях автоматических систем осевого уравновешивания роторов центробежных машин с учетом различных режимов движения среды в дросселях. Разработаны методика и программа автоматизированного расчёта затворно-уравновешивающих устройств роторов многоступенчатых центробежных насосов и компрессоров, которые позволяют выявить зависимости между основными параметрами: давлением нагнетания и величиной торцового зазора и расходом затворной среды, частотой вращения ротора и амплитудой его осевых колебаний. Проведена вероятностная оценка статической, расходной и амплитудных частотных характеристик автоматических систем уравновешивания осевых сил, а также построены доверительные области. Экспериментально определены коэффициенты местных гидравлических потерь и потерь на трение по длине торцового дросселя; уточнены проводимости дросселей автоматической системы осевого уравновешивания методами теории оценивания. В целом, полученные теоретические и экспериментальные результаты исследований позволяют создавать новые автоматические системы осевого уравновешивания роторов центробежных машин – запорно-уравновешивающие устройства,– которые могут использоваться предприятиями насосного и компрессорного машиностроения. Результаты работы внедрены в процесс разработки и модернизации насосных агрегатов в ОАО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт атомного и энергетического насосостроения «ВНИИАЭН» и ПАО «Сумское машиностроительное НПО им. М. В. Фрунзе», а также используются в учебном процессе в Сумском государственном университете студентами направления «Механика» и специальности «Компьютерная механика». При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/36689

Thesis deals with scientific and technical problem of increase tightness and reliability of the automatic axial rotor-balancing devices of the centrifugal machines by applying the locking automatic balancing device as a complex hydromechanical automatic control system, which consists of two subsystems – traditional design and the regulator of pressure difference – and simultaneously performs the functions of the end seal and the hydrostatic bearing with self-adjusting gap and leakage. The reliability of traditional designs of automatic axial rotor-balancing systems was analyzed by mean time to failure for allowable leakages of the working environment, and developed a proposal to its increase by using the locking automatic balancing device. Mathematical models of the processes occurring in the modern designs of automatic axial rotor-balancing systems of centrifugal machines taking into account different modes of fluid flow in throttles are created. A technique and computer aided design program for locking automatic rotor balancing devices of multistage centrifugal pumps and compressors are designed to identify the relationship between the main parameters: the discharge pressure and the mechanical gap value and flow leakage, angular velocity and the amplitude of axial vibration of the rotor. Carried out a probabilistic analysis of the static, flow and amplitude frequency characteristics of automatic balancing systems and trusting areas were built. Experimentally determined coefficients of local hydraulic losses and friction losses along the length of the axial gap; conductivities of throttles by methods of the estimation theory were refined. In general, theoretical and experimental results of the research allow to creating new automatic axial rotor-balancing system of centrifugal machines – the locking automatic balancing device – which can be used by enterprises of pump and compressor engineering. Methods and computer program are used to designing of automatic balancing devices on practice of JSC “Research and design institute of atomic and power pump building “VNIIAEN”; PJSC “Sumy Frunze machine-building research and production association”, and also on educational process of the Department of general mechanics and dynamics of machines of Sumy State University in the direction “Mechanics” and specialty “Computer mechanics”. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/36689