Диссертация (531291), страница 29
Текст из файла (страница 29)
имеют место и тот и другойвид колебаний. Измельчение конечноэлементной сетки не вносит качественных изменений в полученную картину, следовательно, искажений, связанных с неточностью расчетов, в данном случае нет.Причина такого поведения системы в том, что в связи с близостью собственных частот крутильной и изгибной форм лопасти характер их колебаний определяется примыкающей к лопасти небольшойзоной диска. Если, согласно граничным условиям, через эту зону проходит узловой диаметр, то провоцируются крутильные колебания лопасти, а если лопасть расположена вблизи пучности, то возникают изгибные колебания лопасти в аксиальном направлении.
Кроме того, на225каждом секторе диска между соседними узловыми диаметрами будетразличное число лопастей, причем по-разному расположенных относительно узловых диаметров и пучностей. В зависимости от положения лопасти относительно узловых диаметров, она может совершатьколебания принципиально различной формы.Рис.
5.19. 5-я форма колебаний модельного диска при граничныхусловиях, соответствующих 14-ти узловым диаметрам,построенная с использованием свойств циклической симметрии(частота колебаний 6167 Гц)Появление такой комбинации двух форм колебаний обусловленослабой связанностью системы и делает общую форму колебанийпринципиально не подчиняющейся циклическому характеру. Возможно, именно такой случай имел место при исследовании колебаний рабочего колеса компрессора в работе [190]. В таких ситуациях предпочтительнее расчет полной модели, без учета свойств циклическойсимметрии, хотя расчет полной модели дает практически такие же ре226зультаты: отклонение по частоте менее 0.02% , а отличия форм колебаний оценить визуально очень сложно.
Однако ключевым фактором ввыборе методики расчета является связанность системы, а не кратность числа узловых диаметров порядку циклической симметрии.Анализ точности расчетов путем измельчения конечноэлементнойсетки показал, что в этом случае, в отличие от систем с «сильной»связью, расчеты полной модели дают более точный результат.Введение дополнительных связей (бандажные полки, демпферные проволоки) может исключить появление подобных комбинацийформ колебаний.По результатам проведенных исследований можно сформулировать критерии корректности использования свойств циклической симметрии в динамических расчетах:1. Расчет собственных форм колебаний с учетом свойств циклической симметрии корректен и дает более точные результаты, чемрасчет полной модели, за исключением случаев с числом узловыхдиаметров, не кратным порядку симметрии в сочетании со слабойсвязанностью системы для этих форм.2.
При слабой связанности системы, о чем свидетельствуют почтигоризонтальные участки частотных функций, формы резонансныхколебаний могут существенно отличаться от форм собственныхколебаний. Это необходимо учитывать при динамическом анализенезависимо от того, каким способом производился расчет.Что касается расчета систем, незначительно отклоняющихся отциклической симметрии, то для каждого конкретного случая, вероятно, следует оценить погрешность, вызванную пренебрежением такимиотклонениями, и преимущества от возможности учитывать мелкие детали, которую дает использование свойств циклической симметриипри наличии ограничений на вычислительные ресурсы.
Поэтому ответ227на вопрос о корректности использования рассматриваемой методики втаких случаях неоднозначен.В заключение хочется добавить, что анализ корректности применения свойств циклической симметрии при решении задач динамики был бы неполным без упоминания целого класса механизмов, только на первый взгляд соответствующих каноническому определениюциклически симметричных систем [96]. При более глубоком анализестановится понятно, что, несмотря на полную циклическую симметрию кинематической схемы, а, следовательно, и инерционных параметров, на ряде режимов работы такие механизмы не являются циклически симметричными.Одним из ярких примеров таких механизмов являются зубчатыепланетарные передачи с горизонтальными осями вращения.
Режимыработы, на которых циклическая симметрия их статического нагружения и динамической системы (симметрия возмущающих и диссипативных сил, жесткостная симметрия) нарушаются, – это режимы передачи малых крутящих моментов, когда передаваемые зубчатымизацеплениями нагрузки сопоставимы с собственными весами зубчатыхколес и элементов их «плавающих» подвесок. Очевидно, что при расчетах таких конструкций использование свойств циклической симметрии ограничено.5.5.
ВыводыИспользование собственных программ позволило автору применить и модифицировать собственные алгоритмы расчета, апробировать разработанные КЭ высшего порядка, показать их достоинства иобъяснить причину отсутствия подобных элементов в библиотекахкоммерческих продуктов. В процессе разработки и отладки собственных программ приобретен опыт оценки корректности получаемых результатов и поиска возможных ошибок. Полученная таким образом228практика численных исследований позволяет с большей уверенностьюоценивать точность и достоверность получаемых результатов как прииспользовании своих, так и при использовании коммерческих программ.В результате проведенных работ:1.
Выполнен обзор публикаций, посвященных исследованию колебаний лопаток, рабочих колес и применению МКЭ в динамическихрасчетах подобных систем.2. Разработан и внедрен на производстве программный комплексдля расчета собственных колебаний рабочих колес турбоагрегатов.3.
На примере разработанного комплекса даны некоторые рекомендации по созданию отечественного узкоспециализированного импортозамещающего программного обеспечения.4. Исследована корректность использования в расчетах свойствциклической симметрии. Сформулированы критерии корректности использования данных свойств.5. Предложено учитывать связанность системы при оценке формрезонансных колебаний (справедливо не только для циклически симметричных систем).6. Предложено оценивать степень связанности циклически симметричных систем по их частотным функциям.2296.
ЗАКЛЮЧЕНИЕОсновные итоги выполненных исследований и рекомендацииВ работе разработаны математические модели, алгоритмы и программные реализации численного моделирования динамики главноготурбозубчатого агрегата (ГТЗА) и его компонентов. Решен ряд задач,позволяющих снизить уровени вибрации ГТЗА на этапе акустическогопроектирования. Проведены рассчетные исследования, на основаниикоторых предложены и частично внедрены рекомендации позволяющие снизить уровень вибраций и шума ГТЗА на 6-10дБ. Таким образом, в работе решается важная научная проблема – снижение уровня вибрации ГТЗА.
Реализация предложенных технических решенийспособствует повышению обороноспособности ВМФ.−Разработаны нового поколения динамическая и математическаямодели двухступенчатого планетарного редуктора ГТЗА, позволяющие исследовать влияние большого количества различных конструктивных параметров на динамику системы. Это открывает новые возможности для исследования динамики ГТЗА и находитьоптимальные технические решения.−Выяснена причина возникновения дополнительных осевых колебаний в планетарном редукторе с шевронными зубчатыми зацеплениями, обусловленная деформированием водила редуктора и предложен путь ее устранения (рекомендуется делать щеки водила болеежесткими или изменить их геометрию).−Предложен комплекс мероприятий для снижения вибраций, вызванных процессом пересопряжения зубьев второй ступени редуктора, которые вносят основной вклад в виброшумовые характеристики ГТЗА (рекомендовано смещать полушевроны солнечнойшестерни относительно полушевронов эпицикла, а также продолжить работы по выравниванию нагрузки по сателлитам).230−Сформулированы и подтверждены численными экспериментамирекомендации, направленные на снижение уровня максимальныхконтактных напряжений (на 5-8%) в зацеплениях второй ступенитиповой конструкции редуктора производства ОАО Калужский турбинный завод.
(Рекомендуется откорректировать геометрию осейсателлитов по результатам расчетов сателлитного узла с учетомконтактных взаимодействий.)−В составе творческого коллектива разработан специальный программный комплекс для расчета собственных колебаний рабочихколес турбоагрегатов. В разработанном программном комплексе используются высокоточные конечные элементы третьего порядка.Отсутствие подобных элементов в универсальных коммерческихпрограммах связано с проблемами генерации конечноэлементнойсетки.
Лично автором разработаны генераторы конечноэлементнойсетки для лопаток, дисков, замковых соединений, математическоеядро для использования элементов с линейно-кубической аппроксимацией перемещений, и ряд подпрограмм графической визуализации результатов расчетов.−Дан ответ на вопрос о корректности использования свойств циклической симметрии динамической модели при анализе резонансных колебаний рабочих колес турбин и компрессоров.−На конкретных примерах расчетов компонентов ГТЗА и рабочихколес турбоагрегатов показаны методы исследования динамическиххарактеристик и оценки корректности получаемых результатов.Внедрение.− Разработанный программный комплекс, адаптированный для расчета рабочих колес турбин, используется на Калужском турбинномзаводе и Калужском моторостроительном заводе.
Часть программных модулей передана в Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедры «САПР» и «Турбиностроения».231− Разработанные методики моделирования и построенная модельпланетарного редуктора РП18 переданы на Калужский турбинныйзавод для проектирования перспективных изделий.− Полученные в результате исследований рекомендации вошли в«Правила акустического проектирования основных механизмов исистем перспективных кораблей ВМФ. Роторные машины», выпущенные НПВП «Турбокон» по теме «Кустик-4».Перспективы дальнейшей разработки темы− Разработанные в работе модели не являются идеальными.
При ихразработке был сделан ряд допущений. Часть параметров была получена методом идентификации по результатам экспериментов.Совершенствование моделей позволит получить более точные результаты и, возможно, новые сведения о динамике подобных систем.− Проведенные исследования типовой конструкции ГТЗА выявиливозможность возникновения резонансных колебаний в первой ступени, которые на практике пока не выделяются из общего шума.По мере снижения общего уровня вибрации и ужесточения требований к виброшумовым характеристикам ГТЗА данные процессымогут превратиться в серьезную проблему, для решения которойнеобходимо продолжать начатые исследования.− Похожие редукторы используются в авиационных двигателях. Нопроблема там заключается в обеспечении надежности при снижении веса и повышении мощности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
