Отзыв оппонента3 (Щёточные уплотнения в роторных системах авиационных двигателей)

официального оппонента на диссертацию Александра Олеговича Пугачева <ЙЦеточные уплотнения в роторных системах авиационных двигателей», представленную на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05,07.05 — Тепловые, электроракетные двигатели и энергетические установки летательных аппаратов, Уплотнительные условия определяют эффекти~н~сть современных авиационных двигателей. Требования обеспечения минимальных зазоров в газодинамическом тракте, системе вторичных потоков и маслосистеме двигателя, уменыпения утечек и проблемы герметизации полостей привели к появлению новых конструкций уплотнений, среди которых следует отметить гибкие саморегулируемые уплотнения — щ6точные, пальчиковые и комбинированные.

Применение этих уплотнений в несколько раз снижает утечки и потери в газодинамическом тракте, повышая КПД узлов. Отметим, что проблема расчета параметров гибких уплотнений относится к задачам много- дисциплинарного математического моделирования.

Методы расчета и проектирования таких уплотнений в настоящее время находятся в стадии разработки. Однако, законченная методика, позволяющая получить проект уалотнительного узла со щеточиым уплотнением, отсутствует. В связи с этим тему диссертационной работы А.О. Пугачева следует считать актуальной. Содержание работы Диссертационная работа, изложенная на 498 страницах, включает: общую характеристику работы, семь глав, заключение, 44 страницы списка литературы из 399 наименований и 4 приложения на 33 страницах.

Зо введении приведена общая характеристика; указаны: актуальность работы, цели и задачи исследования, научная новизна, методы исследования, достоверность и практическая значимость результатов работы, сведения об апробации и публикациях, результаты н положения, которые автор выносит на защиту, В первой главе приведен обзор литературы, посвященной различным конструкциям уплотнений и современному состоянию вопроса, Отмечается, что щеточные уплотнения являются весьма перспективными, так как позволяют существенно снизить утечки по сравнению с традиционными типами бескон- тактных уплотнений. Так же автор сформулировал основные проблемы, стоящие перед разработчиками уплотнительных узлов. Причем, наибольшее внимание уделяется динамическим эффектам в системе ротор-корпус, вызванным как аэродинамическим демпфированием, так и неравномсрным распределением температур в материале вала. Приведенный автором обзор позволил ему сформулировать основные направления исследования и структуру диссертационной работы.

Во аиорой главе приведены классификация и принципы функционирования уплотнений в турбомашинах. Анализируя конструктивные особенности и параметры уплотнений автор, по сути дела, продолжает и развивает положения обзора литературы из первой главы. По моему мнению, материалы первой и второй главы можно было бы объединить в одну главу, что позволило бы исключить повторы. Кроме этого, на ряде рисунков, заимствованных из цитируемой литературы обозначения, часто не полные, приведены на языке оригинала, что затрудняет чтение работы.

Траты хааа посвящена обзору опубликованных в литературе различными авторами и разработанных автором теоретических моделей и методов расчета параметров уплотнений. Автор отмечает, что использование методов вычислительной гидродинамики является наиболее перспективным для расчета параметров щеточного уплотнения. Основываясь на известных соотношениях уравнений Навье-Стокса, автор разработал различные расчетные схемы применительно к расчету лабиринтных и щеточных уплотнений. Причем, щеточное уплотнение моделирует дискретный набор волокон.

Наряду с этим, автор рассмотрел возможность применения для расчета параметров щеточных уплотнений модели пористой среды и модели упругого деформирования волокна. Пористая среда включена как элемент в общую ВГД модель уплотнения. При этом автор модифицировал, основанную на законе Дарси, общепринятую модель пористой среды таким образом, чтобы учесть особенности течения газа через ряды волокон. Результатом этой главы являются: модель трехмерного сегмента щеточного уплотнения, которая в Главе 5 и далее используется для определения расхода; полноохватная модель уплотнения, предназначенная для исследования влияния эксцентриситета и определения динамических коэффициентов уплотнения; дискретная модель малого сегмента уплотнения, предназначенная для исследования особенностей течения газа через щеточный пакет. Автор рассматривает методику калибровки модели пористой среды для выбора адекватных эмпирических коэффициентов модели.

Эта глава носит, в основном, методический характер — автор разработал основные расчетные схемы ВГД, включающие сетки, граничные и начальные условия, предназначенные для дальнейшего исследования уплот- нений, В чииаержой главе диссертант рассматривает комплекс проблем, связанных с исследованием влияния уплотнении на динамику роторных машин, Дано описание балочной модели и трехмерной модели.

Однако основное внимание уделяется балочной модели, особенность которой при исследовании динамики ротора заключается в применении матриц жесткости и демпфирования конечного элемента балки Тимошенко. Необходимость исследования взаимодействия ротора и уплотнения вызвана тем, что они образуют связанную нелинейную систему, параметры которой — частотный спектр и амплитуды отклонений вала существенно влияют на работу уплотнения, а циркуляционные силы, возникающие в уплотнении, влияют на динамику ротора. Для расчета динамики ротора автор разработал в среде МАТЮКАВ собственный программный комплекс, использующий модель балки Тимошенко и применил систему АХБУБ, адаптировав с помощью скриптов элемент балки Тимошенко и «осесимметричный трехмерный» конечный элемент для исследования частот и форм колебаний ротора.

Применение упомянутых выше моделей продемонстрировано на примере расчета частот и форм колебаний и моделирования переходных режимов ротора малоразмерного ГТД. Отметим результаты исследования: динамики ротора ГТД с учет~м скольжения валов газогенератора и свободной турбины„влияния, установленного за турбиной газогенератора, масляного демпфера со сдавливаемой пленкой; учет эффекта взаимодействия бандажа турбины с уплотнением газодинамического тракта на корпусе.

Для учета демпфирования и жесткости уплотнительного узла при исследовании динамики ротора автор предложил применить: метод траекторий; подход аналогичный применяемому при расчете подшипников скольжения; метод круговой прецессии. Отметим, что также как и Глава 3 четвертая глава носит методический подготовительный характер для дальнейшего исследования. В мятой главе автор привел результаты анализа перечисленных выше моделей методов теоретических исследований и описал экспериментальные стенды и методики проведения экспериментов.

Наряду с обсуждением общеизвестных проблем, связанных с реализацией ВГД вЂ” качество сеток, учет граничных условий„выбор метода решения уравнений Навье-Стокса и т.д., автор разработал расчетные схемы для некоторых конструкций уплотнений и верифицировал результаты расчетов, используя различные комплексы СР0: АИБУБ СРХ, ИЛ3ЕМГ, Ореп РОАМ. Следует отметить, что материал этой части пятой главы представляет несомненную практическую ценность и научную новизну, Вторая часть главы посвящена описанию двух испытательных стендов Мюнхенского технического университета, где при участии диссертанта проводились экспериментальные исследования.

:0 шеаяай ыаае автор привел результаты исследования характеристик уплотнений с использованием разработанных методов и моделей. Параметры щеточных уплотнений сравниваются с параметрами коротких лабиринтных уплотнений. Рассмотрены различные конструкции таких уплотнений. Автор показал преимущество предложенной им улучшенной конфигурации лабиринтного уплотнения с наклонными гребешками по сравнению бажеой конструкцией. Аналогичное исследование выполнено для 2О гребешкового уплотнения. Результаты расчетов сопоставлены с экспериментами, выполненными в университете «Остин-Мартин» в Техасе под руководством Чилдса.

Различные конфигурации щеточных уплотнений рассчитаны автором, и результаты сопоставлены с экспериментами, выполненными с его участием. Следует отметить удовлетворительное соответствие между результатами экспериментальных исследований и расчетов, как распределений давлений, так и динамических кОэффициентОв. ВыпОлненные параметрические иссле" дования, подтвержденные экспериментально, представляют несомненную практическую значимость и отличаются новизной. Седьмая ааааа содержит практические рекомендации и инженерные методы для определения параметров щеточных уплотнений. На основе результатов главы б и анализа известных опубликованных экспериментальных результатов автор привел для сравнения обобщенные результаты по коэффициентам жесткости, перепадам давлений, демпфированию, расходам для различных конструкций уплотнений.

Дано описание особенностей деформнрования щеточного пакета. Определенный интерес представляет обсуждение вопросов проектирования узлов со щеточными уплотнениями: учет трибологических характеристик, требования к покрытиям валов, анализ конструктивных решений. Замечании 1. Диссертационная работа переразмерена. Половину текста работы составляют методические материалы, объем которых можно было бы со- кратить, предоставив при редактировании место для более подробного освещения результатов автора. Выводы по главам, заключение и формулировки научной новизны работы размыты и неконкретны.

Имеет место неполнота представления результатов. Так, например„в таблицах 5.11 и 5.12 приведены параметры, описание которых в тексте работы отсутствует. При каких условиях проводилнсь статический н динамический анализы? Что такое «крутильные» напряжения (стр.257)? 4, На ряде рисунков и схем, например, рис.