Диссертация (785882), страница 53
Текст из файла (страница 53)
6.36, представляют собой сумму глобальных аэродинамических коэффициентов, которые были получены спомощью полноохватной ВГД-модели, и механических составляющих,3256.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУопределённых с помощью упрощённых подходов, описанных в разделе 3.5. Учёт механических составляющих коэффициентов жёсткости идемпфирования приводит к хорошему согласованию между расчётнымии экспериментальными данными.Для непосредственной оценки влияния уплотнений на динамикуротора была рассмотрена балочная модель простой роторной системы,показанной на рис.
6.37 (см., также, [42]).Данная роторная система представляет собой немного изменённуюконфигурацию динамического экспериментального стенда, на которомопределяются глобальные коэффициенты жёсткости и демпфирования.Два идентичных уплотнения расположены симметрично в средней части экспериментально вала.В табл. 6.6 сведены результаты расчёта критических скоростей вала с помощью разработанного пакета MRACE (см. раздел 5.4.2), а также отклика на дисбаланс для трёх вариантов конфигурации: без учётауплотнений; с трёхгребешковым ступенчатым лабиринтным уплотнением SSS-1; с щёточно-лабиринтным уплотнением SSB-1. Результаты приведены в процентах по отношению к конфигурации без уплотнений.Результаты демонстрируют, что лабиринтное уплотнение незначительно уменьшает первые три критические скорости вала вследствиеотрицательной прямой жёсткости. Как было показано выше, щёточнолабиринтное уплотнение имеет высокую прямую жёсткость, что приводит к заметному увеличению первых двух критических скоростей.
И лабиринтное, и щёточно-лабиринтное уплотнения обладают демпфирующими свойствами, что позволяет уменьшить максимальную амплитудуТаблица 6.6. Влияние уплотнений на динамику роторной системыБез уплотненияУплотнение SSS-1Уплотнение SSB-1Критическая1100%91.8%128.0%скорость2100%95.8%⋆132.0%⋆3100%99.7%100.4%4100%100.3%100.8%100%53.6%37.1%Макс. амплитуда3266.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУПлоскость приложения дисбалансаПодшипникПодшипникПоложение уплотненийРис. 6.37. Схема конечно-элементной модели простой роторной системыотклика на дисбаланс.
Однако щёточно-лабиринтное уплотнение имеет более высокие значения прямого коэффициента демпфирования, чтоприводит к более низкому значению максимальной амплитуды.Устойчивость роторной системы можно оценить по знаку действительной части комплексной собственной частоты, получаемой при модальном анализе. Вторая критическая частота для обоих уплотненийимеет положительный знак, что указывает на неустойчивость даннойформы (отмечены звездой в табл. 6.6).Для дальнейшего анализа устойчивости роторной системы был выполнен динамический расчёт методом прямого численного интегрирования. Задача Коши решалась с помощью метода Ньюмарка, реализованного в пакете MRACE.Расчётная траектория движения геометрического центра среднегосечения вала показана на рис.
6.38. Лабиринтное уплотнение являетсянеустойчивым, амплитуда колебаний за короткий промежуток временипревышает критическое значение, что в реальных условиях приведётк контакту между ротором и статором. Щёточно-лабиринтное уплотнение незначительно увеличивает амплитуду колебаний, но траекторияостаётся устойчивой. Однако при увеличении скорости вращения валащёточно-лабиринтное уплотнение также может привести к неустойчивости из-за возможного увеличения значений перекрёстного коэффициента жёсткости.Сравнение динамических коэффициентов щёточно-лабиринтных уплотнений SSB-3 и SSB-4, в которых используются контактные щёточныеуплотнения, приведено на рис. 6.39 и рис. 6.40.
Приведены данные для3276.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУРис. 6.38. Траектории движения вала с учётом влияния уплотненийслучае средней начальной закрутки потока (уплотнение SSB-3) и малойначальной закрутки потока (уплотнение SSB-4).Локальные коэффициенты жёсткости, приведённые на рис. 6.39 получены для скорости вращения ротора 6 000 об/мин. Величина эксцентриситета вала в расчётной модели есть 0.2 мм.
Отличия по локальномупрямому коэффициенту жёсткости, который принимает малые положительные значения, между двумя конфигурациями SSB-3 и SSB-4 являℓявляется положительным вются незначительными. Коэффициент щёточно-лабиринтных уплотнениях с контактным щёточным пакетом,что является существенным отличием по сравнению с конфигурациями SSS-1, SSS-3 и SSB-1, в которых локальные прямые коэффициентыжёсткости отрицательны.Проводя сравнение значений локальных перекрёстных коэффициентов жёсткости, можно отметить, что конфигурация SSB-4 имеет заметно более высокий локальный перекрёстный коэффициент по сравнению с уплотнением SSB-3. Локальный перекрёстный коэффициентℓжёсткости конфигурации SSB-4 сопоставим с коэффициентом лабиринтного уплотнения SSS-1 и даже превосходит его при высоких давлениях подачи и начальных закрутках потока газа.Сравнение теоретических и экспериментальных данных на рис.
6.39демонстрирует удовлетворительное согласование. В случае уплотненияSSB-3 теоретическая модель приводит к завышенным значениям коэф-3286.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУРис. 6.39. Локальные коэффициенты жёсткости узлов SSB-3 и SSB-4ℓфициента , тогда как для уплотнения SSB-4 модель показывает заℓв области высоких давлений пониженные значения коэффициента сравнению с экспериментальными результатами.Как обсуждалось выше, локальные коэффициенты жёсткости неучитывают области в щёточных пакетах и под гребешками, что объясняет довольно низкую локальную прямую жёсткость. По этой же причине высокие локальные перекрёстные коэффициенты жёсткости ещёне означают явное ухудшение влияния уплотнение на динамику ротора.Глобальные коэффициенты жёсткости и демпфирования щёточнолабиринтных уплотнений SSB-3 и SSB-4 с контактным щёточным пакетом приведены на рис.
6.40. Из-за ограничений магнитного возбудителядинамического стенда, экспериментальные данные по глобальным коэффициентам получены для относительно узкого диапазона перепадовдавления через уплотнение.Глобальный прямой коэффициент жёсткости принимает очень высокие положительные значения, тогда как глобальный перекрёстныйкоэффициент жёсткости довольно мал и в некоторых случаях отрицателен. Это является результатом суммарной жёсткости уплотнения, которая складывается из аэродинамической и механической составляющих.При этом механическая жёсткость контактного щёточного уплотненияпреобладает над аэродинамической жёсткостью щёточно-лабиринтногоуплотнения.3296.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУРис.
6.40. Глобальные динамические коэффициенты щёточно-лабиринтных уплотнений SSB-3 и SSB-4Наличие камеры между щёточным пакетом и упорным кольцом вуплотнении B-4 снижает трение в этой зоне, что приводит к небольшомууменьшению прямого коэффициента жёсткости в конфигурации SSB-4по сравнению с конфигурацией SSB-3.Теоретические результаты по глобальным коэффициентам жёсткости получены с использованием упрощённой механической модели щёточного уплотнения, описанной в разделе 3.5. Теоретические коэффициенты жёсткости представляют собой сумму аэродинамической составляющей, полученной из ВГД-расчётов, и механической составляющей.Механическая компонента перекрёстного коэффициента жёсткости оценивалась с использованием значения коэффициента трения 0.2.Полученные результаты показали, что доля механической состав3306.4.
Динамические коэффициенты узлов с ЩУляющей в суммарном расчётном прямом коэффициенте жёсткости составляет около 85% для области низких давлений и 55% для областивысоких давлений. Механическая компонента перекрёстного коэффициента жёсткости сопоставима с его аэродинамической составляющей.Анализ экспериментальных и теоретических глобальных коэффициентов жёсткости показывает, что теоретический подход с использованием упрощённой механической модели щёточного уплотнения позволяет получить уровень жёсткости, сравнимый с экспериментальнымиданными. Однако ограниченный набор результатов измерений не позволяет сделать выводы о поведении уплотнения и адекватности моделидля высоких давлений.Оценочные значения механической компоненты жёсткости не зависят от давления, что приводит к простому сдвигу функций коэффициентов жёсткости, полученных в ВГД-расчётах, вдоль оси ординат.
Экспериментальные данные указывают на зависимость механической жёсткости щёточного уплотнения от давления вследствие сжатия щёточного пакета. Данный эффект должен учитываться при разработке болеесложных механических моделей щёточных уплотнений.Выполняя сравнение значений глобальных перекрёстных коэффициентов жёсткости для различных конфигураций, можно отметить, чтоуплотнения со свободным радиальным зазором (SSS, SSB-1) имеют значительно более высокий коэффициент , чем конфигурации с контактными щёточными уплотнениями (SSB-3 и SSB-4).Подобно глобальным коэффициента жёсткости, уплотнения SSB-3и SSB-4 демонстрируют немного увеличенные прямые коэффициентыдемпфирования и отрицательные перекрёстные коэффициенты демпфирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
