Диссертация (785882), страница 43
Текст из файла (страница 43)
5.12.В отличие от случая свободной турбины, результаты приведены толькодля формулировки теории Тимошенко с одномерным жёстким диском,которые были получены с помощью программ MRACE и RACE. Колёса компрессора и турбины высокого давления являются довольно широкими восевом направлении. Поэтому использование модели Бернулли-Эйлераи точечной модели диска приведёт к неадекватным результатам. Максимальные значения крутильных и эквивалентных напряжений находятсяв хорошем согласовании между MRACE и RACE. Однако программа MRACEвыдает значительно более высокие изгибные напряжения, чем программа RACE. Отличия для первых 4 собственных частот, а также критических скоростей малы.2575.4.
Моделирование роторной системыТаблица 5.12. Влияние балочной модели на результаты анализа роторной системы газогенератораMRACE ТимошенкоRACEДиск 1DДиск 1D [кг]1.0381.038 [МПа]32.4316.48[МПа]24.2324.28[МПа]41.9642.05112269122872174721765833896440503469872685065113010139787114397144472158631597334140442522 [об/мин] [об/мин][мм]КомпрессорТурбинаКомпрессорТурбина0.0130.0080.0080.004Программа MRACE выдает для колёс компрессора и турбины высокого давления более высокие значения максимальных амплитуд. Этоможет быть связано с тем, что программы используют неодинаковыевекторы частоты возбуждения при проведении гармонического анализа.
Тогда как в программе RACE используется равномерное распределение частот от нуля до номинальной скорости вращения, то в программеMRACE распределение частот является более плотным в резонансной области, т. е. там, где возникают максимальные амплитуды. Размер вектора одинаков для двух программ и для приведённых результатов составляет 120 частот.Для роторной системы свободной турбины ТВД также полученыдополнительные результаты при проведении прямого численного интегрирования уравнений движения. Расчёт, результаты которого показаны на рис.
4.14, был повторён в программе MRACE с использованием встроенных в MATLAB функций для решения задач Коши (функции2585.5. Экспериментальные исследованияode45 и ode15s).Использование стандартной функции для решения задачи Кошиode45 не привело к результатам из-за слишком жёсткой системы решаемых уравнений. Применение специальной функции ode15s для жёстких систем с формулами численного дифференцирования высокого порядка, которые используются по умолчанию, привело к очень малымзначениям автоматического шага по времени.
Расчёт для случая отсутствия дополнительного демпфирования в модели свободной турбины сиспользованием ode15s оказался непрактичным. Результаты, полученные с формулами низкого порядка, продемонстрировали хорошее согласование между ode15s и методом Ньюмарка. Поэтому можно сделатьвывод, что использование формул численного дифференцирования низкого порядка улучшает эффективность функции ode15s. Тем не менеевремя расчёта с функцией ode15s и в этом случае заметно превышаетвремя расчёта с использованием метода Ньюмарка, реализованного впрограмме MRACE.5.5. Экспериментальные исследования5.5.1. Экспериментальные стендыДля экспериментальных исследований различных характеристикузлов с лабиринтными и щёточными уплотнениями в рамках даннойработы использовались два стенда, расположенные на кафедре энергетических систем Мюнхенского технического университета (ТУМ).Принципиальные схемы беспрецессионного и динамического стендов ТУМ показаны на рис.
5.18. В первую очередь экспериментальныестенды используются для изучения расходных характеристик и динамических коэффициентов уплотнений.Отличиями двух стендов являются компоновка роторной системы,диапазон рабочих параметров, методика измерений сил, возникающихв каналах уплотнений.В беспрецессионном стенде короткий жёсткий ротор опирается наподшипники качения. Схема стенда обеспечивает отсутствие вибраций2595.5.
Экспериментальные исследованияМагнитный возбудительУзел с уплотнениямиУзел с уплотнениямиМ1М2Короткий жёсткий валОпоры каченияДлинный гибкий валОпоры скольженияРис. 5.18. Схемы беспрецессионного (слева) и динамического (справа)стендов для исследования уплотнений(прецессии) вала при проведении экспериментальных исследований. Измерения выполняются для варьируемых значений статического эксцентриситета вращающегося вала.
Аэродинамические силы, возникающиев каналах уплотнений, определяются путём численного интегрированияраспределений давления газа, измеренных в окружном направлении вдвух камерах исследуемого уплотнительного узла.В динамическом стенде длинный гибкий вал опирается на подшипники скольжения. Во время проведения эксперимента вал может свободно прецессировать в зазоре опор. Для идентификации динамическихкоэффициентов жёсткости и демпфирования уплотнений используетсямагнитный возбудитель.Ниже приведено описание беспрецессионого и динамического экспериментальных стендов ТУМ. Дополнительная информация по стендам может быть найдена в [381; 383]. Информационно-измерительнаясистема экспериментальных стендов построена в программном окружении LabVIEW с использованием различных модулей NI, а также другогоизмерительного оборудования (см.
ниже).Основные рабочие параметры двух экспериментальных установоксведены в табл. 5.13.Верхние границы допустимых рабочих параметров для динамического стенда в значительной степени зависят от поведения тестируемогоуплотнения. Ограничения связаны с силами, возникающими в уплотне-2605.5. Экспериментальные исследованияТаблица 5.13. Рабочие параметры экспериментальных стендов ТУМБеспрецессионныйДинамическийДавление на входе в уплотнениеМПа0.1 – 1.20.1 – 1.2⋆Входная закрутка газам/с100 – 300100 – 300⋆Скорость вращения валаоб/мин0 – 12000500 – 1500⋆Относ. эксцентриситет вала—0–1—⋆Верхняя граница зависит от характеристик тестируемого уплотненияниях при прецессии вала, и возможностями магнитного возбудителя.Например, максимально допустимое давление во входной камере может составлять 0.25 МПа при тестировании отдельных видов щёточныхуплотнений (см.
ниже).Процедура идентификации динамических коэффициентов уплотнений на экспериментальных стендах базируется на описанной в главе 4упрощённой динамической модели уплотнительного узла, включающейв себя четыре независимых динамических коэффициента жёсткости идемпфирования:⎧⎨ / = − + Ω,(5.6)⎩ / = − Ω.5.5.2. Беспрецессионный стенд на жёстких опорахСхема основной части беспрецессионного стенда ТУМ показана нарис. 5.19. Симметричный короткий жёсткий ротор опирается на подшипники качения, которые представляют собой высокоточные, закрытые шарикоподшипники с пластичной смазкой, установленные в паре.В средней части роторной системы располагается узел с тестируемыми уплотнениями. В качестве привода используется электродвигатель постоянного тока с максимальной скоростью вращения 20000 об/мин.
Максимальная скорость вращения вала экспериментального стенда ограничивается подшипниками качения и составляет 12000 об/мин.Узел с тестируемыми уплотнениями выполнен по симметричнойсхеме и состоит из кожуха подачи воздуха, расположенного по центру, идвух идентичных уплотнений, расположенных по обе стороны кожуха.2615.5. Экспериментальные исследованияТестируемыеуплотненияКожух подачиОпоры каченияОпоры каченияРоторГидравлические цилиндрыРис. 5.19. Схема беспрецессионного стенда ТУМТестируемый узел размещен на горизонтальной плите, оснащённойсистемой гидравлических цилиндров. Гидравлические цилиндры позволяют перемещать статор (т. е. узел с тестируемыми уплотнениями икожухом подачи) в горизонтальном направлении.
Гидравлические цилиндры используются для установки заданного значения статического эксцентриситета статора по отношению к ротору. Точность установки эксцентриситета контролируется с помощью датчиков перемещений,расположенных в различных плоскостях в корпусе статора.Нагрев подшипников качения при проведении эксперимента можетпривести к заметным отклонениям в выставленном положении ротораотносительно статора. Температура подшипников непрерывно контролируется с помощью термопар. Во избежание перегрева опор используется система воздушного охлаждения узлов подшипников качения.Общая компоновка узла с тестируемыми уплотнениями показана нарис.
5.20. Сжатый воздух подается по центру тестируемого узла во входную камеру через каналы кольца закрутки. В зависимости от значенийпараметров клапанов воздушной магистрали часть подаваемого воздуха выпускается через каналы тестируемых уплотнений в окружающуюсреду, оставшаяся часть попадает обратно в систему через отводной ка-2625.5.
Экспериментальные исследованиянал (см. рис. 5.21).Кольцо закрутки во входной камере имеет 40 отверстий, через которые закрученный поток воздуха под давлением попадает во входнуюкамеру (см. рис. 5.21б). Для проведения экспериментальных исследований используется одно кольцо с постоянным углом наклона входныхотверстий. Однако конфигурация воздушной магистрали стенда позволяет варьировать входную закрутку потока в пределах 100. . . 300 м/свне зависимости от давления во входной камере (см.
ниже).Схема воздушной магистрали экспериментального стенда показанана рис. 5.22. Сжатый воздух поступает из внешней магистрали. Давление в воздушной магистрали стенда контролируется с помощью клапана (1). Два пропускных клапана (2) используются для регулировкимассового расхода поступающего воздуха, что необходимо при работе суплотнениями с сильно отличающимися расходными характеристиками(например, лабиринтные уплотнения и контактные щёточные уплотнения). Датчик расхода (3) расположен во входной части воздушной магистрали перед системой генератора закрутки газа. В зависимости отожидаемой расходной характеристики используется один из двух имеющихся датчиков, которые отличаются диапазонами работы. Для гашения возможных скачков давления во внешней и внутренней магистралях используется воздушный резервуар (4) ёмкостью 500 литров.В зависимости от параметров регулирующих клапанов (6) частьвоздуха направляется в тестируемый узел, а другая часть остаётся в системе генератора начальной закрутки.
Циркуляция воздуха в системегенератора закрутки осуществляется с помощью компрессора (5). Комбинация регулирующих клапанов (6) и компрессора (5) позволяет устанавливать величину закрутки потока, входящего в уплотнения, вне зависимости от входного давления и с использованием лишь одного кольца закрутки газа.При проведении измерения расхода через уплотнение необходимовначале достигнуть стационарного режима, при котором из внешнеймагистрали во внутренний контур поступает только та часть воздуха,которая была потеряна как расход через два одинаковых уплотнения.Беспрецессионный стенд оснащён различным оборудованием для2635.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
