Метод определения значений неточностей изготовления валов газотурбинного двигателя, учитывающий их влияние на рабочий прогиб ротора


Авторы

Усманов А. Р.

Научно-исследовательский центр СтаДиО, 125124, Москва, ул. 3-я Ямского Поля, д.18 (БЦ "Золотой век"), 8 этаж, офис 810

e-mail: ysman2d@gmail.com

Аннотация

В статье приводится метод определения допусков при изготовлении вала ГТД, основанный на результатах математического моделирования его рабочего прогиба. Данный метод включает в себя результаты исследований, проведенных в предыдущих работах, в которых была показана важность учета неточностей изготовления валов при расчете их динамики. Например, в одной из работ были выведены выражения центробежной нагрузки, вызванной разнотолщинностью, биением наружной поверхности и биением посадочных поверхностей, и на тестовой задаче было показано, что такая нагрузка может дать значительный вклад в динамику вала. В другой работе был рассмотрен эффект двоякой изгибной жесткости, было выведено выражение центробежной нагрузки, учитывающее данный эффект, и было показано, что двоякая жесткость может дать значительный вклад в рабочий прогиб ротора для валов определённой формы. В данной работе проводилось математическое моделирование путем численного решения уравнений теории упругости во вращающейся системе координат методом конечных элементов в динамической постановке. В качестве исходных нагрузок задавались центробежные силы, вызванные неточностями изготовления валов.  Была построена конечно-элементная модель участка двигателя, включающего рассматриваемый вал, и определен рабочий прогиб данного вала в случае его изготовления по значениям допусков самого низкого класса точности. Сравнение результатов расчета с расчетом в балочной постановке показали хорошее соответствие двух разных подходов. Расчет был повторен для других классов точности и показано, что некасание деталей в процессе раскрутки обеспечивается при изготовлении рассматриваемого вала по значениям допусков десятого класса точности и выше.

Ключевые слова:

роторная динамика, допуск, дисбаланс, прогиб вала, центробежная нагрузка

Библиографический список

  1. Болховитин М.С., Ионов А.В. Повышение качества изготовления штамповой оснастки для компрессоров газотурбинных двигателей // Труды МАИ. 2013. № 71. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=46719
  2. Смирнов М.М., Малюгин А.С. Разработка гибридных композитов на основе синтетических смол, модифицированных наночастицами металлов и керамики. Создание опытного производства // Труды МАИ. 2010. № 38. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=14540
  3. Маннапов А.Р., Зайцев А.Н. Особенности вырезки массивов малоразмерных близкорасположенных выступов методом импульсной электрохимической обработки // Труды МАИ. 2010. № 38. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=14609
  4. Ендогур А.И., Кравцов В.А., Солошенко В.Н. Принципы рационального проектирования авиационных конструкций с применением композиционных материалов // Труды МАИ. 2014. № 72. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=47572
  5. Хаймович А.И., Болотов М.А., Печенина Е.Ю. Модель виртуального уравновешивания жестких роторов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022. № 21 (1). С. 99–109.
  6. Fegade R., Patel V., Nehete R.S., Bhandarkar B.M. Unbalanced response of rotor using ANSYS parametric design for different bearings // International Journal of Engineering Sciences & Emerging Technologies. 2014. Vol. 7, No.1. P. 506–515.
  7. Ahobal N., Ajit prasad S.L. Study of vibration characteristics of unbalanced overhanging rotor // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 577, P. 140. DOI: 10.1088/1757-899X/577/1/012140
  8. Longxi Zh., Shengxi J., Jingjing H. Numerical and experimental study on the multiobjective optimization of a two-disk flexible rotor system // International Journal of Rotating Machinery. 2017. URL: https://doi.org/10.1155/2017/9628181
  9. Леонтьев М.К., Иванов А.В. Модальный анализ динамических систем роторов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2005. № 3. С. 31–35.
  10. Clark W., Kim J., Marangoni R.  Active Control of Dynamic Bearing Loads in Rotating Machinery Using Non-Invasive Measurements // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air – American Society of Mechanical Engineers. 1994. Vol. 78873, P. V005T14A013.
  11. Брюханов С.А., Крисанов А.Е., Жариков В.В., Филянкин С.В. Влияние теплового дисбаланса на ротор насосно-компрессорного и турбинного оборудования // Евразийский союз ученых. 2015. № 12-5 (21). С. 35–37.
  12. Murillo-Marrodán A., García E., Barco J., Cortés F. Analysis of wall thickness eccentricity in the rotary tube piercing process using a strain correlated FE model // Metals. 2020. Vol. 21, No. 8. P. 1045.
  13. Choudhury T., Viitala R., Kurvinen E., Viitala R., Sopanen J. Unbalance estimation for a large flexible rotor using force and displacement minimization // Machines. 2020. Vol. 8 (3). P. 39. DOI: 10.3390/machines8030039
  14. Pennacchi P. Robust estimate of excitations in mechanical systems using M-estimators—Theoretical background and numerical applications // Journal of Sound and Vibration. 2008. Vol. 310 (4-5), P. 923-946. DOI: 10.1016/j.jsv.2007.08.007
  15. Nelson F.C. Rotor dynamics without equations // International Journal of COMADEM. 2007. Vol. 10 (3), P. 2.
  16. Zhao S., Ren X., Deng W., Lu K., Yang Y., Fu C. A transient characteristic-based balancing method of rotor system without trail weights // Mechanical Systems and Signal Processing. 2021. Vol. 148, P. 107-117. DOI: 10.1016/j.ymssp.2020.107117
  17. Усманов А.Р., Модестов В.С. Метод задания центробежных нагрузок валов при расчете дисбалансного поведения роторов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2023. № 16 (1). С. 132–139.
  18. Усманов А.Р., Модестов В.С. Центробежная нагрузка вала с учетом эффекта двоякой изгибной жесткости // Всероссийская научная конференция «Неделя науки ФизМех» (Санкт-Петербург, 3–7 апреля 2023): сборник статей. - Санкт-Петербург: Политех-Пресс, 2023. С. 316-318.
  19. Усманов А.Р., Модестов В.С. Влияние двоякой изгибной жесткости вала на его рабочий прогиб // XIII всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике (Санкт-Петербург, 21–25 августа 2023): сборник статей. - Санкт-Петербург: Политех-Пресс, 2023. С. 353-356.
  20. Usmanov A., Modestov V., Lukin A., Freidin A., Shtukin L., Yashchurzhinskaya O. Operational deflection of a three-dimensional shaft with dual stiffness // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2024. URL: https://doi.org/10.1080/15397734.2024.2428753



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход