• Цель работы
  • Научная новизна
  • Реализация работы
  • Структура и объем работы
  • Содержание работы Во введении

  • Скачать 14.52 Mb.


    страница1/6
    Дата17.01.2018
    Размер14.52 Mb.
    ТипАвтореферат

    Скачать 14.52 Mb.

    Общяя характеристика работы


      1   2   3   4   5   6

    На правах рукописи

    Фомина Ольга Николаевна




    Управление динамическим поведением роторов ГТД посредством опоры с регулируемой жесткостью

    Специальность 05.07.05

    ”Тепловые двигатели летательных аппаратов”

    Автореферат
    диссертации на соискание учёной степени
    кандидата технических наук

    Москва 2010

    Работа выполнена в Московском авиационном институте (государственном техническом университете).

    Научный руководитель доктор технических наук, профессор

    Леонтьев Михаил Константинович
    Официальные оппоненты доктор технических наук

    Коровин Борис Борисович


    кандидат технических наук

    Карасев Виктор Афанасьевич

    Ведущее предприятие ММП им. В.В.Чернышева.

    Защита диссертации состоится “__” _______ 2010 года на заседании диссертационного совета Д 212.125.08 Московского государственного авиационного института (технического университета) по адресу: 125871, Москва, ГСП, Волоколамское шоссе, д.4, тел. 7 499 158-58-62.


    С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института.
    Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью, просьба присылать по адресу: 125871, Москва, ГСП, Волоколамское шоссе, д.4, Ученый Совет МАИ.
    Автореферат разослан “__” ________ 2010 г.

    Ученый секретарь

    диссертационного совета д.т.н. Зуев Ю.В.

    ОбщАя характеристика работы

    Актуальность темы – при создании и доводке современных авиационных газотурбинных двигателей широко применяются стенды для автономных испытаний вентиляторов и компрессоров. Данные испытания требуют от стенда обеспечения работы в широком диапазоне частот вращения. При необходимости охватить диапазон работы, например, до 30000 об/мин, остро встает вопрос об отстройке от критических частот вращения роторов трансмиссии стенда.

    Для существующих низкооборотных стендов данная задача обычно решается их перепроектированием и изготовлением новой материальной части. Этот вариант требует немалых временных и финансовых затрат. Применение упруго-демпферных элементов в конструкции опор не исправляет ситуацию, т.к. необходимый рабочий диапазон чрезвычайно широк. Часто в области рабочих оборотов находится не только первая, но и вторая критические частоты вращения роторов трансмиссии стенда.

    Естественно, что подобная ситуация негативным образом сказывается на возможности проведения испытаний компрессоров. Повышенные вибрации отрицательно влияют на вибросостояние как испытуемой конструкции, так и узлов стенда. Часто вообще не удается пройти через резонансный режим и провести испытания компрессора на высоких частотах вращения.

    Возможным решением данной проблемы может стать внедрение в конструкцию стендов опор роторов с изменяемыми в процессе работы жесткостными характеристиками. В этом случае затраты на доработку стенда будут минимальными, а сам стенд может быть использован как для низкооборотных, так и для высокооборотных компрессоров.

    Актуальность работы определяется необходимостью:

    - обеспечения исследования рабочих характеристик компрессора низкого давления (КНД) двигателя АЛ-55И во всем рабочем диапазоне;

    - решения конкретной задачи по снижению уровня вибраций компрессорного стенда “НТЦ им. А.Люльки” ОАО “НПО “Сатурн”;

    - снижения временных и финансовых затрат на переоборудование стенда;

    - поиска, исследований и разработки новых решений конструкций опорных узлов авиационных двигателей новых поколений.

    Цель работы - создание опоры позволяющей директивно менять свою жесткость и тем самым менять динамические характеристики всей роторной системы.

    Задачи работы -

    1. Проведение анализа вибрационных характеристик валопровода стендового комплекса, определение места расположения дополнительного опорного устройства, схемы управляющего воздействия, а также необходимых значений жесткостных параметров конструкции опоры.

    2. Разработка конструкции дополнительного опорного устройства валопровода (в дальнейшем промежуточной опоры) с необходимыми жесткостными и прочностными параметрами, позволяющей управлять его жесткостными свойствами.

    3. Проведение статических расчетов и испытаний упругих элементов промежуточной опоры. Сравнение результатов.

    4. Моделирование роторной системы испытательного стенда, проведение линейного и нестационарного анализа при изменении жесткостных свойств системы.

    5. Проведение экспериментальных исследований в составе автономного компрессорного стенда, сравнение расчетных и экспериментальных результатов динамического анализа.

    6. На базе полученных результатов разработка опоры с изменяемыми в процессе работы жесткостными характеристиками для авиационных газотурбинных двигателей (117С).

    Научная новизна - заключается в том, что предложена новая схема управления жесткостными параметрами роторных систем для перехода через резонансные режимы, впервые разработана и испытана конструкция опоры, реализующая эту схему управления.

    Особенностью новой схемы и разработанной конструкции является изменение жесткости опоры за счет изменения осевой нагрузки. Такой опорой служит опора с шарикоподшипником, воспринимающая суммарную осевую силу ротора. Увеличение осевой нагрузки на опору приводит к изменению податливости опоры (за счет образования контакта по посадочной конической поверхности). Это является необходимым условием для изменения значения критических частот вращения ротора, что необходимо для отстройки системы от резонансных режимов работы.



    В работе приведено теоретическое и экспериментальное исследование данной опоры. Ее применение позволяет стендовой установке эффективно работать на закритических режимах, существенно расширяя охватываемый при испытаниях диапазон частот вращения без переборки или изменения конструкции. Проверка работоспособности опоры в условиях стенда создало базу для применения подобной конструкции и в авиационных двигателях.

    Автор защищает – возможность и целесообразность применения опоры данной конструкции в составе трансмиссии испытательных стендов различного назначения, а также в составе авиационных ГТД. Методы расчета опоры, позволяющей непосредственно во время работы директивно менять свою жесткость.

    Практическая ценность - Применение опоры данной конструкции позволяет стендовой установке эффективно работать на закритических режимах, существенно расширяя охватываемый при испытаниях диапазон частот вращения без переборки или изменения конструкции. Незначительное увеличение массы и габаритов относительно стандартных вариантов упруго-демпферных опор не является критичным при создании стендовой установки и окупается увеличением возможностей испытательного стенда, сокращением материальных и временных затрат на возможные перемонтажи стенда, связанные с постановкой нового испытуемого узла.

    Реализация работы – Разработанный опора и метод управления вступили в эксплуатацию на испытательном стенде Т-4 ОАО «НПО «Сатурн».

    Апробация работы – Отдельные результаты работы докладывались НТС предприятия, а также на следующих конференциях:

    1. Доклад на международной научно-технической конференции “Динамика, прочность и ресурс машин и конструкций”. Украина, г. Киев, 2004 г.

    2. Доклад на XIII международной научно-технической конференции “Компрессорная техника и пневматика в XXI веке”. Украина, г. Сумы, 2004 г.

    3. Доклад на международной научно-технической конференции “Динамика, прочность и ресурс машин и конструкций”. Украина, г. Киев, 2005 г.

    4. Доклад на ХІV International colloquium “Mechanical Fatigue of Metals”. Болгария, г. Варна, 2008 г.

    5. Доклад на XIV международном конгрессе двигателестроения. Украина, п. Рыбачье, 2009 г.

    Публикации – По результатам выполненных исследований имеется 5 печатных работ, в том числе одна работа опубликована в ведущем рецензируемом научном издании «Вестник МАИ», три публикации в тематических сборниках и трудах конференций, и один патент.

    Структура и объем работы – Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов к главам, общих выводов и заключения. Список литературы включает 65 наименований. Диссертация изложена на 109 страницах, содержит 59 рисунка и
    10 таблиц.

    Содержание работы

    Во введении обоснована актуальность темы исследования, основные положения и проблемы снижения уровня вибраций высокоскоростных вращающихся роторов, и в частности, трансмиссии испытательных стендов узлов ГТД, охарактеризована научная новизна и практическая значимость.

    В первой главе Представлен обзор и анализ научных работ по теме диссертации, в результате, которого сформулированы основные задачи.

    Практически во всех фундаментальных работах и монографиях, исследующих колебания машин рассматриваются базовые положения к управлению вибрационным состоянием роторных систем посредством изменения подшипниковых сил, а значит и динамических свойств всей роторной системы.

    Как отдельную тему можно выделить снижение амплитуд изгибных колебаний при прохождении через резонанс. Разработке соответствующих методов решения этой задачи посвящены многочисленные работы. Конструкторские решения базируются на двух основных направлениях:

    - конструкции, использующие пассивный способ изменения вибрационных свойств роторной системы для перехода через резонанс;

    - системы с активным управлением силами в роторных системах (внешними или внутренними), демпфирующими резонансные амплитуды, либо меняющими динамические свойства системы (положения резонансных режимов).

    Анализ методов и решений, используемых для решения проблемы перехода через резонансные режимы роторных систем, позволил выделить основное направление модификации инженерной конструкции компрессорного стенда “НТЦ им. А Люльки”


    ОАО “Сатурн”, в частности, его трансмиссии (валопровода). Этим направлением является включение в валопровод стенда конструкции, позволяющей дискретно через управляющее воздействие с помощью осевой силы менять его динамические свойства в процессе работы.

    Во второй главе отмечены основные этапы проектирования промежуточной опоры с изменяемой жесткостью.

    1. Первоначально проводится параметрической анализ роторной системы и определяются необходимые значения жесткости для обоих вариантов – с начальной жесткостью при наличии зазора и жесткостью, когда зазор отсутствует. Условие для выбора жесткости – отсутствие резонансных режимов в рабочих диапазонах (до 30000 об/мин).

    2. Полученное значение жесткости делится между упругим кольцом и/или масляной пленкой и упругой втулкой.

    3. Проектируется упругое кольцо из условий необходимой податливости, величины упругого хода, статической и динамической прочности.

    4. Определяется величина осевой силы, позволяющей выбрать зазор при минимальном давлении “думисной” полости и расхода воздуха.

    5. Проектируется упругая втулка из условий требуемой радиальной податливости (зазор присутствует), крутильной и осевой податливости необходимой для выборки зазора, с учетом статической и динамической прочности.

    6. Проводятся статические испытания упругой втулки для проверки полученных в проектировании результатов.

    7. Проводятся испытания разработанной конструкции опоры в составе компрессорного стенда.



    На рис.1 показана конструкция стендового варианта промежуточной опоры для проведения испытаний компрессоров. Особенностью опоры является наличие упругих элементов, обеспечивающих изменяемую жесткость опоры, и “думисной” полости управляющего переменного давления для создания осевой силы.

    Рис. 1 Конструкция промежуточной опоры с изменяемой

      1   2   3   4   5   6

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Общяя характеристика работы

    Скачать 14.52 Mb.