Підвищення несучої здатності, герметичності та динамічної стійкості роторних систем турбомашин

Abstract

Теоретичні основи розрахунку та моделювання складної спіральної течії в довгих ущільненнях-опорах, що за допомогою числових методів планування експерименту дозволило встановити границі переходу від переважаючої осьової течії в короткому шпаринному ущільненні до переважаючої спіральної течії в довгому шпаринному ущільненні. Показано, що коефіцієнт прямої жорсткості ущільнювального шару суттєво залежить від співвідношення осьової і окружної швидкостей течії в ущільненні. Числове визначення несучої здатності і динамічної стійкості при великих ексцентриситетах вала і втулки ущільнення-опори на перекачуванному рідкому середовищі. Встановлено, що при мінімальному зазорі, за рахунок гідродинамічного ефекту, значно підвищується несуча здатність, але при певному співвідношенні величин геометричних розмірів (довжини, діаметру і зазору) і робочих параметрів (вхідного тиску і швидкості обертання) ущільнення-опори можлива втрата як статичної, так і динамічної стійкості ротора відцентрового насоса. Методика числового розрахунку динамічних характеристик двох-, та трьохшпаринних ущільнень-опор, яка дозволяє враховувати вплив особливостей течії у з’єднувальних камерах. Показано, що статична і динамічна нестійкість ротора в багатошпаринних ущільненнях-опорах пов’язана здебільшого з недостатньою симетричною перехресною окружною течією в з’єднувальних камерах. Результати числового аналізу несучої здатності і роторної динаміки в радіально-осьових ущільненнях-опорах з гідростатичним і гідродинамічним розвантаженням в безпідшипникових відцентрових насосах. Показано, що динамічні коефіцієнти жорсткості і демпфування спільних радіальних і осьових коливань в залежності від подачі насоса можуть мати як позитивні, так і негативні значення. Методи електроіскрового легування та нанесення квазибагатошарових антифрикційних покриттів. Показано, що за рахунок застосування мідної основи та спеціальної пастоподібної суміші елементів, до складу якої входять карбід вольфраму і нікель, досягається підвищення зносостійкості і надання необхідної шорсткості сталевих поверхонь тертя, що забезпечує надійну роботу ущільнень-опор в моменти пуску і зупинення насосного агрегату.

Theoretical bases of calculation and modeling of complex spiral flow in long bearings-seals, which, with the help of numerical design of experiment methods, made it possible to establish the boundaries of the transition from the prevailing axial flow in a short annular seal to the prevailing spiral flow in a long annular seal. It is shown that the coefficient of direct stiffness of the sealing layer significantly depends on the ratio of axial and circumferential flow velocities in the seal. Numerical determination of the bearing capacity and dynamic stability at large eccentricities of the shaft and bushing of the seal-bearing on the pumped liquid medium. It was found that with a minimum clearance, due to the hydrodynamic effect, the load-bearing capacity increases significantly, but with a certain ratio of geometric dimensions (length, diameter and clearance) and operating parameters (input pressure and shaft rotation speed) of the seal-bearing, a loss of both static and dynamic stability of the centrifugal pump rotor is possible. The method of numerical calculation of dynamic characteristics of two- and three-annular seals-bearings, which allows taking into account the influence of flow characteristics in the connecting cavities. It is shown that the static and dynamic instability of the rotor in multi-annular seals-bearings is mostly related to the insufficient symmetrical cross-circular flow in the connecting cavities. Results of numerical analysis of bearing capacity and rotor dynamics in radial-axial seals-bearings with hydrostatic and hydrodynamic unloading in bearingless centrifugal pumps. It is shown that the dynamic coefficients of stiffness and damping of joint radial and axial vibrations, depending on the pump supply, can have both positive and negative values. Methods of electrospark alloying and application of quasi-multilayer antifriction coatings. It is shown that due to the use of a copper base and a special paste-like mixture of elements, which includes tungsten carbide and nickel, it is possible to increase the wear resistance and provide the necessary roughness of the steel friction surfaces, which ensures the reliable operation of the seals-bearings during the start and stop of the pump unit.