Mathematical Modelling of Dynamic System Rotor-Groove Seals for the Purposes of Increasing the Vibration Reliability of NPP Pumps

Abstract

Groove seals are considered as hydrostatic bearings capable of effectively damping rotor vibrations. In order to determine the dynamic characteristics, a model of the rotor-groove seals system is considered. The radial forces and moments in groove seals had been estimated. Expressions of joint radial-angular rotor vibrations in groove seals had been obtained. Formulas had been proposed for constructing amplitude and phase frequency characteristics. An example of calculating the dynamic characteristics of a centrifugal machine rotor model is presented. The directions of increasing the vibration reliability of NPP pumping equipment by purposefully increasing the rigidity of groove seals are determined.

Однією з важливих і складних проблем машинобудування є проблема герметизації роторів відцентрових насосів, у яких під високим тиском перекачується рідина. У таких системах завжди бувають протікання рідини через наявні нещільності (зазори) між обертовим і вібруючим валом та нерухомим корпусом. Зі зростанням таких параметрів обладнання, як тиск ущільнюваного середовища і швидкість обертання ротора, зростають і проблеми, пов’язані із забезпеченням ефективності його герметизації. Особливо актуальні ці питання для ущільнень роторів насосного обладнання АЕС, яке входить до систем, важливих для безпеки. Тому ущільнення роторів насосів АЕС постійно ускладнюються, перетворюючись у складні, багатоланкові гідромеханічні системи. Крім, власне, герметизації, системи ущільнення все більшою мірою впливають на загальну експлуатаційну безпеку насосного обладнання, особливо вібраційну. Щілинні ущільнення розглядаються як гідростатодинамічні опори, здатні ефективно демпфувати коливання ротора. Для визначення динамічних характеристик розглянута модель системи роторщілинні ущільнення, моделі однодискових роторів, розрахункова схема щілинного ущільнення з рухомою втулкою. Проведено оцінку радіальних сил і моментів у щілинних ущільненнях. Наведено отримані аналітичні залежності для розрахунку динамічних характеристик гідромеханічної системи, що описують радіальнокутові коливання ротора відцентрової машини в щілинних ущільненнях, а також формули для розрахунку амплітудних частотних характеристик як відношення амплітуд відповідних коливань до амплітуд зовнішніх збуджень. Наведено приклад розрахунку динамічних характеристик однієї з моделей ротора відцентрової машини. Визначено напрямки підвищення вібраційної надійності насосного обладнання АЕС завдяки цілеспрямованому підвищенню жорсткості щілинних ущільнень.