Тарасевич Юлія Ярославівна. Розробка методів розрахунку вібраційоного стану роторів в шпаринних ущільненнях : Дис... канд. наук: 05.02.09 - 2006.
Анотація до роботи:
Тарасевич Ю.Я. Розробка методів розрахунку вібраційного стану роторів в шпаринних ущільненнях. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічніх наук за спеціальністю 05.02.09- «Динаміка і міцність машин». – Національний технічний університет «ХПІ».
Дисертація присвячена розробці методики розрахунку вібраційного стану ротора в шпаринних ущільненнях, що включає розв’язання задачі гидродинаміки 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 туску та їх моменти, що діють на стінки ущільнення з урахуванням усіх складових сил інерції та місцевих гідравлічних опорів. Для більш обгрунтованої 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.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі – розробці методів зниження вібрацій в насосних агрегатах. Розроблена уточнена методика розрахунку характеристик шпаринного ущільнення і розрахунку власних частот ротора в шпаринних ущільненнях. Практичну цінність складають розроблені математичні моделі шпаринного ущільнення і ротора в ущільненнях, методики розрахунків витратних і гідродинамічних характеристик ущільнення з урахуванням впливу випадкової зміни параметрів ущільнення, програмне забезпечення і проведені на їх основі дослідження.
Основні результати роботи полягають в наступному:
Проведений огляд існуючих методик розрахунку шпаринних ущільнень, на підставі якого зроблений висновок про те, що точність і достовірність визначення гідродинамічних характеристик шпаринних ущільнень та їх впливу на вібраційний стан ротора недостатня. Як правило, при розрахунку враховується вплив місцевих гідравлічних опорів тільки на гідростатичні складові витрати, сил і моментів; не враховується вплив конвективних складових сили інерції і випадкової зміни параметрів ущільнення.
Визначена повна витрата через шпаринне ущільнення як з урахуванням місцевих гідравлічних опорів, так і конвективних сил інерції для різних режимів течії в зазорі ущільнення. Розроблена методика розрахунку ймовірнісних характеристик витрати через шпаринне ущільнення з урахуванням випадкової зміни ексцентриситету, середнього радіального зазора і кута конусності ущільнення.
Визначені сили і моменти, що діють з боку рідкого шару на стінки ущільнення. Показано істотний вплив місцевих гідравлічних опорів і сил інерції на характеристики жорсткості та демпфірування коливань ротора в шпаринних ущільненнях.
Проведений чисельний аналіз гідродинамічних і витратних характеристик шпаринного ущільнення, в результаті якого встановлено, що сили інерції істотно впливають на амплітуди вимушених коливань ротора в шпаринних ущільненнях.
Одержані ймовірнісні характеристики (математичне очікування, середньоквадратичне відхилення, функція розподілу) власної частоти коливань одномасового ротора в шпаринних ущільненнях з урахуванням випадкової зміни середнього радіального зазора і конусності втулки ущільнення. При визначенні останніх врахована зміна середнього радіального зазора, обумовлена ерозійним зносом.
Проведені експериментальні дослідження коливань консольного ротора в шпаринних ущільненнях. Можливість застосування отриманих теоретичних результатів підтверджується їх задовільним узгодженням з експериментальними (розбіжність не перевищує 14%) і наявними в літературі даними (до 20%) .
Створена програма для розрахунку критичних частот багатомасових роторів з урахуванням гідродинамічних сил і моментів, що виникають в ущільненнях проточної частини. Програма дозволяє отримувати критичні частоти роторів з урахуванням випадкової зміни параметрів шпаринного ущільнення і зміни середнього радіального зазора з часом.
На основі аналізу впливу параметрів шпаринних ущільнень на динамічні характеристики ротора видані практичні рекомендації по проектуванню шпаринних ущільнень відцентрових насосів та можливостей їх викорстання, зокрема у якості опор з підвищеною несучою здатністю в конструкціях так званих «безвальних» насосів.
9. Розроблена методика уточненого розрахунку впроваджена в науково-дослідному і проектно-конструкторському інституті атомного і енергетичного насособудування «ВНДІАЕН» (м. Суми) та в навчальному процесі в Сумському державному університеті.
Публікації автора:
Тарасевич Ю.Я., Савченко Е.Н. Исследование гидродинамических характеристик плоского канала с колеблющимися стенками // Вісник Сумського державного університету. – Суми: Вид.-во Сумського державного університету. - 2000.- №19- С.16-22
Особистий внесок здобувача – розробка математичної моделі плоского канала з рухливими стінками, визначення гідродинамічніх сил та моментів.
Тарасевич Ю.Я. Нестаціонарний потік рідини в плоскому каналі з рухомою стінкою // Машинознавство. – Львів: Національний університет «Львівська політехніка». – 2003. - №1 – С. 31-35
Тарасевич Ю.Я. Исследование устойчивости колебаний стенки плоского канала при нестационарном течении жидкости // Вісник Сумського державного університету.– Суми: Вид.-во Сумського державного університету. -2003. - №3 –С.51-57
W. A. Marcinkowsky, J. Tarasewicz, C. Kundera Dynamika wirnika w uszczelnieniach szczelinowych // Вісник Технологічного університету Поділля. – Хмельницьк: Технологчіний університет Поділля.- 2003. - №6 – С. 205-209
Особистий внесок здобувача – визначення гідродинамічних сил в шпаринному ущільненні.
Тарасевич Ю.Я. Влияние щелевых уплотнений на вибрационные характеристики роторов центробежных насосов // Удосконалювання турбоустановок методами математичного і фізичного моделювання. – Харків: Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України. - Т.2, 2003. - С. 602-606
Тарасевич Ю.Я. Вероятностные характеристики расхода через щелевое уплотнение // Східно-Європейський журнал передових технологій. – Харків: Українська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту України, Технологічний центр. - 2005. - № 4. – С.70-73
Тарасевич Ю.Я.Ймовірнісні характеристики власних частот ротора в шпаринних ущільненнях // Машинознавство. – Львів: Національний університет «Львівська політехніка». – 2006. - №2 – С. 30-33
Тарасевич Ю.Я. Оценка устойчивости колебаний стенки плоского канала при нестационарном течении жидкости // Праці 10-ї Міжнародної науково-технічної конференції «Герметичність, вібронадійність та екологічна безпека насосного і компресорного обладнання» - «ГЕРВІКОН-2002». - Суми: Вид-во СумДУ. - 2002. – Т 2. – С.80-88
Тарасевич Ю.Я. Влияние технологических отклонений на гидродинамические характеристики щелевых уплотнений // Праці 11-ї Міжнародної науково-технічної конференції «Герметичність, вібронадійність та екологічна безпека насосного і компресорного обладнання» - «ГЕРВІКОН-2005». - Суми: Вид-во СумДУ. - 2005. – Т 2. – С. 274-284
