Динамічні характеристики ротора відцентрового насоса з урахуванням особливостей гідродинамічних процесів в шпаринних ущільненнях довільної довжини

Abstract

У дисертаційній роботі виконано уточнення математичної моделі шпаринного ущільнення з урахуванням спірального руху робочої рідини, обумовленого як обертанням валу так і полем тиску рідини в шпарині. Розроблено аналітичний метод розрахунку в лінійній постановці складових радіальної сили. Проведено аналіз нелінійності гідростатичної сили, обумовленої радіальним зміщенням валу. Отримано, що дана сила має м’яку характеристику жорсткості. Проведений фізичний експеримент, який дав змогу оцінити вплив окружних перетоків рідини на величину гідростатичної сили. У відносно довгих шпаринах експериментально отримано явище самозбудження коливань необертового ротора. На модельному та натурному роторах проведено аналіз впливу шпаринних ущільнень на динамічні характеристики ротора.

В диссертационной работе предложена уточненная модель щелевого уплотнения с учетом спирального движения рабочей жидкости (модель щелевого уплотнения конечной длины), на основе которой разработан аналитический метод расчета возникающей в щелевом уплотнении радиальной силы. Проанализировано влияние окружных перетоков рабочей жидкости, обусловленных полем давления жидкости в щели, на величину составляющих радиальной силы в зависимости от геометрических размеров уплотнения. Построены диаграммы для безразмерных коэффициентов линеаризованных составляющих радиальной силы, которые дают возможность анализировать влияние геометрии щели на радиальную силу без дополнительных расчетов. В работе исследована нелинейность гидростатической силы, обусловленная радиальным смещением вала в щели. Показано, что данная сила имеет мягкую характеристику жесткости, что ухудшает динамические характеристики ротора. Проведены экспериментальные исследования гидростатической силы у относительно длинных щелевых уплотнениях. Сопоставление данных эксперимента и расчетов свидетельствует о хорошем совпадении результатов. Проведен анализ влияния щелевых уплотнений на критические частоты ротора центробежного насоса типа ПЭ. Расчеты показывают, насколько велико влияние щелевых уплотнений на критические частоты ротора и насколько существенно они снижаются из-за окружных перетоков рабочей жидкости в щели и угловой жесткости гидростатической силы в относительно длинном щелевом уплотнении, которым является цилиндрическая щель системы авторазгрузки.

The dissertation Project offers advanced model of the clearance seal with spiral movement of the fluid. Based on that model, author demonstrates new method to calculate radial force that arises in the seal. The work contains diagrams for dimensionless coefficients of linearized components of the radial force, which allow to analyze an influence of the geometrical shape on the radial force without additional calculus. Next, non linear hydrostatic force analysis is presented. Such forces appear due to radial dislocation of the rotor in the seal, and it is shown that such forces have low hardness’s characteristics, thus lowering dynamic characteristics of the rotor. The work presents experimental results of the nonlinear resilience force in relatively long clearance seals. Comparison of the theoretical and experimental parts proves the consistence of the model.