Содержание к диссертации
Введение
1. Комбинированные опоры как объект исследования 14
1.1 Условия работы и требования к опорам роторов быстроходных машин 14
1.2 Обзор опубликованных работ в области исследований комбинированных опор 18
1.3 Классификация комбинированных опор 25
1.4 Выбор объекта и структура исследования 31
2. Расчет сил в элементах комбинированных опор 35
2.1 Математическая модель подшипника качения 35
2.2 Математическая модель подшипника скольжения 46
3. Характеристики комбинированных опор с разделением нагрузки 58
3.1 Ресурс, быстроходность и момент трения КОРН 58
3.2 Динамические характеристики КОРН 76
4. Характеристики комбинированных опор с разделением скоростей 84
4.1. Разделение скоростей, момент трения и ресурс КОРС 85
4.2. Динамические характеристики КОРС 95
5. Экспериментальные исследования динамических характеристик комбинированных опор 103
5.1 Описание экспериментального комплекса 103
5.2 Постановка и планирование эксперимента 114
5.3 Обработка результатов эксперимента 116
6. Вопросы проектирования комбинированных опор 123
6.1 Рекомендации по проектированию опорных узлов повышенного ресурса и виброустойчивости 123
6.2 Программное обеспечение для расчета КО 127
заключение 130
Список использованных источников
- Обзор опубликованных работ в области исследований комбинированных опор
- Математическая модель подшипника скольжения
- Динамические характеристики КОРН
- Динамические характеристики КОРС
Введение к работе
Актуальность темы. Надежная работа машин зависит от способности деталей и узлов выполнять свои функции. В роторных машинах одним из основных элементов, определяющим работоспособность всей машины, является опорный узел. В зависимости от условий работы и эксплуатационных параметров в качестве опор роторов используются подшипники качения, скольжения и электромагнитные опоры. Применение подшипников качения (ПК) для высоких скоростей вращения предъявляет к ним повышенные требования по точности изготовления, конструктивным особенностям, материалам и смазкам. Поэтому в высокоскоростных роторных машинах находят широкое применение подшипники скольжения (ПС), смазываемые рабочими жидкостями, которые практически не ограничены по предельной быстроходности и обладают рядом преимуществ по сравнению с ПК, Основным фактором, ограничивающим ресурс опор скольжения, является контакт поверхностей цапфы вала и втулки подшипника во время переходных режимов. Изменение геометрии втулки подшипника приводит к ухудшению рабочих характеристик опоры и может привести к потере работоспособности всей роторной системы.
Для роторных машин с многократными пусками и остановами (турбокомпрессоры химических топливных элементов электромобилей, турбоде-тандеры и различные виды насосов для криогенной техники и нефтехимической промышленности) актуальна задача обеспечения повышенной надежности, что предъявляет более жесткие требования к опорным узлам роторов такого рода машин. И когда ни один из существующих видов подшипников не удовлетворяет техническим требованиям роторной машины, как возможное решение данной проблемы рассматривают вариант совмещения опор различного принципа действия для повышения надежности опорного узла за счет разделения и дублирования функций подшипников. Одним из вариантов является совмещение в едином опорном узле подшипников качения и скольжения по различным пространственным схемам, что позволяет использовать достоинства и исключить недостатки, присущие каждому виду опор на различных режимах работы.
Анализ опубликованных работ, посвященных комбинациям подшипников качения и скольжения, позволяет сделать вывод о недостаточной освещенности данного вопроса. Большинство работ являются отражением результатов экспериментальных исследований какого-либо одного вида комбинированных опор (КО), отсутствуют комплексные методики расчета динамических (коэффициенты жесткости и демпфирования, АЧХ, области устойчивости) и статических (грузоподъемность, расход смазочного материала, потери мощности на трение) характеристик комбинированных опор и алгоритмы расчета ресурса опорного узла в целом.
Расчету подшипников качения и скольжения посвящено большое количество работ, их статические и динамические характеристики определяются известными методами упругогидродинамической теории смазки. Но каждый вид комбинированных опор представляет собой отдельный объект исследования, который, несмотря на идентичность его составляющих, различается по принципу работы, процессом и степенью улучшения динамических качеств и ресурса по сравнению с одиночным использованием того или иного вида опор. Соответственно определение статических и динамических характеристик, а также ресурса каждого вида комбинированных опор должно происходить по алгоритмам, учитывающим взаимовлияние силовых факторов подшипников качения и скольжения. Таким образом, изучение динамических качеств и ресурса опорных узлов, которые представляют собой совмещенные подшипники качения и скольжения является актуальной научной и практической задачей.
Настоящая работа выполнялась в рамках программ Министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (коды проектов 205.02.01.001, 205.02.01.056), 2001-2004 гг., гранта Министерства образования Российской Федерации для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов (код проекта АОЗ-3.18-164), 2003-2004 гг.
Объектом исследования являются опорные узлы роторов, которые представляют собой комбинацию радиальных подшипников качения и скольжения по различным пространственным схемам расположения.
Предметом исследования являются динамические, статические характеристики и ресурс различных видов комбинированных опор.
Цель исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование опор роторов путем выявления особенностей работы, разработки методики, программ расчета и рекомендаций по проектированию комбинированных опор, представляющих собой совмещенные в единый опорный узел подшипники качения и скольжения.
Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи: провести информационный поиск по отечественным и зарубежным изданиям в области опорных узлов роторных машин и базам данных патентов по классам подшипников качения, скольжения и их комбинациям; разработать математические модели по определению динамических, статических характеристик и ресурса двух базовых видов комбинированных опор с разделением нагрузок и скоростей; разработать программное обеспечение по определению динамических, статических характеристик и ресурса комбинированных опор; провести комплекс вычислительных экспериментов по оценке влияния рабочих и геометрических параметров роторно-опорного узла на динамические и статические характеристики комбинированных опор, а также оценить повышение ресурса по сравнению с одиночной постановкой подшипников качения и скольжения; провести экспериментальные исследования работоспособности и динамических характеристик базовых видов комбинированных опор на базе модернизированной экспериментальной установки; провести сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований; по результатам проведенных исследований разработать рекомендации по проектированию опорных узлов повышенного ресурса с использованием разработанного программного обеспечения.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что: разработаны математические модели и программное обеспечение для расчета ресурса, динамических и статических характеристик комбинированных опор различного принципа действия, учитывающие взаимное влияние сил подшипников качения и скольжения; для комбинированных опор, функционирующих по принципу разделения нагрузок выявлено уменьшение момента трения опорного узла при высоких значениях удельных нагрузок; теоретически обоснована возможность повышения ресурса и предельной быстроходности, входящих в комбинированную опору подшипников качения, обусловленная уменьшением эквивалентной нагрузки;
3) для комбинированных опор, функционирующих по принципу разделе ния скоростей теоретически обоснована возможность повышения ресурса вследствие уменьшения повреждающих нагрузок в сопряжении «вал — втулка ПС» и скорости вращения ПК, установлены особенности взаимного влияния сил подшипников качения и скольжения на динамические характеристики опорного узла; разработаны и запатентованы новые конструкции комбинированных опор повышенной надежности, конструктивные особенности которых позволяют более эффективно разделять функции подшипников качения и скольжения; научно обоснованы рекомендации по проектированию комбинированных опорных узлов роторных машин, основанные на обеспечении повышенного ресурса и виброустойчивости.
Методы исследования. Анализ динамических характеристик проводился в предположении, что вал с присоединенными деталями и опорами представляют собой единую динамическую систему. Исследование динамических характеристик основывалось на совместном решении уравнений упругогид-родинамической теории смазки. Системы уравнений движения жесткого ротора получены на основании базовых соотношений динамики твердого тела.
Оценка динамических характеристик роторов на КО базировалась на анализе влияния коэффициентов жесткости и демпфирования опорного узла на критические частоты ротора. Расчет подшипника качения основывался на аналитическом решении контактной задачи теории упругости. Характеристики подшипника скольжения определялись из уравнения Рейнольдса, численное решение которого проводилось методом конечных разностей. Математические модели определения ресурса подшипников качения и скольжения основывались на эмпирических методиках, отражающих процесс износа деталей подшипников в зависимости от различных рабочих и эксплуатационных характеристик машины. Расчет критических частот проводился в программе автоматизированных расчетов АРМ WmMachine, реализованным в ней методом конечных элементов.
Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке с использованием современного информационно-измерительного оборудования. Планирование исследований осуществлялось в соответствии с теорией инженерного эксперимента.
Программное обеспечение разработано в среде математического моделирования Matlab. Для регистрации и обработки экспериментальных данных использовалась среда визуального программирования LabView. Анализ расчетных и экспериментальных данных проводился в системе Matlab.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки и формализации задачи, обоснованностью используемых теоретических зависимостей, принятых допущений и ограничений, применением апробированных методов решения и анализа, что подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также внедрением результатов в промышленность.
Практическая значимость работы и внедрение результатов заключается в том, что разработанные методики расчета комбинированных опор и программное обеспечение позволяет определять их статические и динамические характеристики, а также оценивать возможность повышения ресурса при совмещении ПК и ПС по сравнению с их одиночной постановкой. Разработанные конструкции комбинированных опор позволяют повысить ресурс и на- дежность опорных узлов за счет более эффективного разделения функций подшипников посредством применения переключающих элементов.
Результаты работы внедрены и используются при проектировании опорных узлов компрессоров автомобильных двигателей с альтернативными источниками энергии на ОАО «Конструкторское бюро химической автоматики», г. Воронеж.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Прикладные задачи механики и тепломассообмена в авиастроении» (г. Воронеж, 2001); Международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (г.Курск, 2001, 2003), Международной дистанционной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (г. Орел, 2001); Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии-2002» (г. Пермь, 2002); Международной научно-технической конференции «Приборостроение-2002» (г. Алупка, 2002); Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (г. Казань, 2004); Международной научно-технической конференции «Надежность и ремонт машин» (г. Гагры, 2004); Международной научно-технической конференции, школе молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии» (г. Воронеж, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, включая 9 статей в научных сборниках и журналах, 2 тезисов докладов, 2 депонированные работы, 2 патента РФ и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений, имеет 132 страницы основного текста, 67 рисунков, 5 таблиц. Библиография включает 86 наименований.
Обзор опубликованных работ в области исследований комбинированных опор
В настоящее время ведущей отечественной школой по направлению комбинированных опор является Казанский авиационный институт им. Туполева. В источниках [16, 17, 18, 42] приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований совмещенных опор роторов, представляющих собой более широкие варианты совмещения подшипников качения, скольжения, электромагнитных опор, демпфирующих и уплотнительных элементов. Авторы предлагают формулировку необходимого условия для возможности совмещения подшипников различного способа создания несущей способности, а именно, когда ни один из известных видов подшипников не способен удовлетворить конструкторские запросы эффективным является путь совмещения различных подшипников, демпфирующих элементов, изменение геометрии деталей, материалов и другие возможные комбинации. Результаты экспериментальных исследований комбинированной опоры с разделением скоростей и внутренним расположением подшипника скольжения касаются влияния различных конструктивных и рабочих параметров на момент трения опоры, тепловыделение и перераспределение скоростей. Недостатком экспериментального стенда является невозможность исследования динамики ротора в комбинированных опорах. Отметим, что в работе [42] частично изложены основные результаты докторской диссертационной работы Л.В. Горюнова.
В работах [11, 35, 38, 62] в основном приводятся результаты исследований касающиеся одного из видов КО и носят зачастую экспериментальный характер для строго определенных геометрических и рабочих параметров опорного узла и турбоагрегата, И, что самое главное, результаты касаются моделирования подшипника скольжения, например, введения в уравнение Рейнольдса инерционных членов и оценка их влияния на его грузоподъемность, расход и другие характеристики. Но не затрагиваются вопросы касающиеся именно комбинации подшипников: разделение нагрузок или скоростей, что и является основной положительной характеристикой КО, тем самым исключается возможность применения результатов на основные положительные качества.
Все это свидетельствует о том, что расчет и проектирование КО носит разовый характер, отсутствуют какие-либо комплексные методики расчета ресурса, статических и динамических характеристик различных видов КО.
Подводя итоги данного раздела, можно констатировать факт наличия необходимости проведения исследований по изучению возможностей повышения динамических качеств и ресурса опорных узлов роторов путем совмещения подшипников качения и скольжения в единый узел.
Классификация комбинированных опор
Основной идеей комбинированной опоры является разделение функций подшипников качения и скольжения на различных режимах работы. Все многообразие запатентованных конструкций основывается именно на этом принципе, причем разделение функций осуществляется за счет различных промежуточных элементов (рисунок 1.6).
Радиальная комбинированная опора с разделением скоростей и автоматическим переключением под действием центробежных сил и давления питания (рисунок 1.6 а). Опора специально разработана в NASA для турбонасоса ракетного двигателя по перекачки жидкого кислорода с рабочей частотой вращения 87000 об/мин. Особенностью данного агрегата является то, что подача смазочного материала осуществляется от того же насоса, что и обуславливает наличие проблемы поддержания ротора в режимах разгона и останова, когда давления недостаточно для нормальной работы гидростатического подшипника. Основной идеей является то, что в периоды разгона и ротор опирается на роликовый ПК, по мере увеличения частоты вращения, т.е. центробежных нагрузок и давления питания лепестки втулки отжимаются, освобождая тем самым ПК из работы, упругие свойства промежуточного элемента рассчитаны таким образом, что на основном режиме работы лепестки полностью отжаты и ротор вращается в гидростатическом подшипнике.
Радиальная комбинированная опора с разделением скоростей (рисунок 1.6 б) применяется в аварийной системе магнитного подшипника. При аварийной ситуации в работе магнитного подшипника ротор вращается в ПК, одновременно обкатываясь во втулке ПС сухого трения, образованного втулками из антифрикционных материалов.
Математическая модель подшипника скольжения
Для радиального шарикового подшипника с предварительным натягом, воспринимающего незначительные осевые нагрузки, формула 2.28 примет вид (F -55 М =0.9-10-6 (3Fa-0.lF,)D0 + 2 -Ю-10 (vn)2nD20, (2.30) KcoJ здесь F - эквивалентная нагрузка на подшипник качения, определяемая по стандартным методикам, ее определение подробно рассмотрено в разделе 3.
Необходимо отметить, что для радиально-упорного подшипника коэффициенты, входящие в формулу 2.28, имеют другие значения, также имеются определенные нюансы при различных соотношениях радиальной и осевой нагрузки, которые изложены в справочной литературе по ПК, например [57]. Чтобы избежать простого копирования информации эти аспекты не описываются в тексте диссертации, но реализованы в контексте разработанного программного обеспечения.
Табличные данные, используемые в формулах 2.28 - 2.29, получены на основании экспериментальных исследований, проводимых в ведущих организациях по исследованию и производству подшипников качения (ВНИПП -Россия, SKF - Швеция и др.) [80 - 82].
Математическая модель подшипника скольжения
В основу расчета силовых факторов подшипников скольжения (ПС) положена классическая гидродинамическая теория смазки [29, 58 и др]. В качестве опор скольжения были выбраны радиальные полноохватные подшипники с жидкостной смазкой (рисунок 2.6). Базовыми вариантами стали гладкий гидродинамический подшипник и гидростатодинамический с точечными питающими камерами. Выбор данных видов опор скольжения был основан на следующих положениях: - анализ патентованных комбинированных опор показал, что именно эти виды ПС наиболее используемые в реальных конструкциях; — каждому виду подшипников скольжения присущи свои достоинства и недостатки, различный способ создания несущей способности в данных видах подшипников обуславливает разницу по жесткостным и демпфирующим характеристикам, моменту трения, что увеличивает широту исследований и область применимости результатов.
Основным преимуществом ГДП является его простота, отсутствие необходимости использовать источники питания повышенной мощности. Недостатком является износ поверхности втулки подшипника на переходных режимах (пуск, останов, касание поверхностей из-за неустойчивого движения ротора), что приводит к изменению геометрии подшипника и, соответственно его рабочих характеристик, причем ГДП более неустойчив, чем ГСДП. Для подшипников с гидростатическим механизмом создания несущей способности данная проблема выражена менее существенно, т.к. в моменты пуска и останова несущая способность создается давлением подачи, которая увеличивается за счет гидродинамической составляющей на основном режиме работы. Но это характерно для агрегатов, которые имеют отдельный насос системы подачи, для высокоскоростных турбомашин агрегатов ДЛА и ЖРД более часто используются компоновки роторов, когда колесо насоса системы подачи размещается на том же роторе. Соответственно для таких случаев грузоподъемность ГСДП, также как и для ГДП будет зависеть от скорости вращения ротора.
Параметры, характеризующие подшипник скольжения, можно разделить на 2 группы:
1) геометрические — длина Z,, диметр D, радиальный зазор при концентричном положении цапфы ротора и втулки подшипника ho, ширина и длина камеры Вк и LK;
2) рабочие — скорость вращения ротора &, давление подачи и слива ро, ра, температурный режим То, теплофизические свойства смазочного материала. Существенное влияние на распределение поля давлений в смазочном слое оказывает его толщина h, входящая в уравнение Рейнольдса и являющаяся функцией положения центра шипа и угловой координаты а (рисунок 2.7). Для случая эксцентричного положения цапфы в гладком цилиндрическом подшипнике при отсутствии перекоса оси ротора относительно оси подшипника функция радиального зазора в декартовой системе координат имеет вид h = h0 -Xsma-Ycosa, (2.31) а) гидродинамический гладкий цилиндрический подшипник с осевой подачей смазочного материала гдеХи Y координаты, определяющие положение центра цапфы в декартовой системе координат; а — угловая координата по поверхности подшипника, определяющая радиальный зазор.
Динамические характеристики КОРН
Но реализация такого оптимального варианта невозможна, так как на основном режиме работы ротор совершает колебания в пределах упругих деформаций тел качения и, соответственно, значение реакции гидродинамического подшипника будет постоянно колебаться в некоторых пределах, как по величине, так и по направлению. Необходимо отметить, что недостатком такого подхода определения долговечности является то, что не учитываются переходные режимы, когда эквивалентная нагрузка на подшипник качения будет близка к своему максимальному значению. Такая задача является актуальной для машин с частыми пусками и остановами. Предложенный в работе [59] подход к учету данного явления, основывается на определении интегрального значения параметра нагруженности и скорости вращения. Результаты расчетов по предложенной методики говорят о том, что разгружение ПК при постановке в КОРН позволяет понизить его требуемую нагрузочную способность в 13,9 раз. Такой результат ставит под сомнение правильность такого подхода, т.к. как уже отмечалось выше в процессе работы реакция ПС будет иметь непостоянное значение и нагрузка на ПК будет постоянно изменяться на установившемся режиме работы.
Основываясь на этом, автор предлагает использовать стандартный инженерный подход, а именно введения коэффициента незнания, который давал некоторый запас по сравнению с идеализированными теоретическими данными. А именно, чтобы статическая грузоподъемность ПК при постановке в КОРН выбиралась из равенства максимальной внешней нагрузки с некоторым коэффициентом запаса, для того чтобы избежать превышения предельных деформаций тел качения. Для того чтобы точно оценить работоспособность КОРН необходимо проведение полномасштабных экспериментальных исследований, дублирующих методики, применяемые при испытаниях подшипников качения [37,56,57]. Теоретически ПК может работать при частотах вращения превышающих его предельную быстроходность, на которых будет выполняться условие равенства по модулю реакции ПС и внешней нагрузки. Это связано с тем, что определение ресурса по формуле 3.1 не учитывает влияние центробежных сил комплекта тел качения на наружное кольцо подшипника, которые и являются основной причиной износа деталей ПК при высоких скоростях вращения. Для того, чтобы избежать ошибки в прогнозировании ресурса КОРН предлагается при ее проектировании оценить предельное значение частоты вращения подшипника качения из условия не превышения контактных нагрузок на кольцах подшипника величины 2000 МПа, что соответствует предельному состоянию перед разрушением [30]
Так для тех же условий получим для радиального подшипника №206, что предельная частота вращения ориентировочно равна 17000 об/мин. Это соответствует паспортному значению предельной частоты вращения для подшипников нормальной степени точности. Чтобы учесть при оценке предельной быстроходности различные степени точности изготовления ПК необходимо знать соответствующий им параметр предельной быстроходности DQ х п и разделить его на диаметр окружности, проведенной по центрам тел качения DQ.
Необходимо также принимать во внимание то, что полная нейтрализация внешней нагрузки будет иметь и отрицательный эффект, так как согласно данным по нормальной работе подшипников качения [36, 37, 57] необходимо, чтобы он был постоянно нагружен радиальной и/или осевой силой для исключения проскальзывания тел качения, что приводит к повышенному износу. Поэтому при проектировании комбинированных опор с разделением нагрузки необходимо учитывать условие, чтобы реакция подшипника сколь 66 скольжения была меньше радиальной нагрузки (при отсутствии осевой) на величину Fr тт. Frmm = kr(v-n)2n(D0/lOO)2, (3.8) где кг - коэффициент, зависящий от серии подшипника [36]. Минимальная осевая нагрузка Famin=kaC0 -КГ3 (и-D0 -Ю-5)2, (3.9) где ка - коэффициент, зависящий от серии подшипника [36].
Появление осевой нагрузки, превышающей величину в 20% от радиальной, снижает положительный эффект разделения нагрузок (рисунок 3.4). Например при осевой силе, составляющей около 10% от статической грузоподъемности и радиальной нагрузки, превышающей осевую в 5 раз коэффициенты влияния в формуле (3.6) будут равны X = 0.56, Y -1.99. То есть значительную часть эквивалентной нагрузки на подшипник качения составляет осевая сила. С этой точке зрения перспективным является исследование ра-диально-упорных комбинированных опор, т.к. осевые силы составляют достаточно большую часть нагрузки, особенно в насосных агрегатах. На рисунке 3.4 а показаны зависимости ресурса ПК при его работе в КОРН для различных значений отношения осевой силы к статической грузоподъемности ПК и соответствующие им изменения эквивалентной нагрузки (рисунок 3.4 б). Из графиков видно, что при определенных сочетаниях рабочих параметров роторно-опорного узла, когда осевая нагрузка составляет более 15% от статической грузоподъемности и отношение осевой нагрузки к радиальной превышает 20% эффективность комбинации радиальных ПК и ПС по параллельной схеме значительно уменьшается из-за существенного повреждающего влияния осевой нагрузки на ресурс ПК.
Динамические характеристики КОРС
В главе 6 приводятся рекомендации по проектированию КОРС, в основе которых положен итерационный процесс выполнения критерия виброустойчивости и обеспечения необходимого ресурса.
Демпфирующие свойства опорного узла будут целиком определяться ПС из-за малости демпфирования в ПК. По результатам исследований других авторов [75] можно отметить, что с учетом влияния демпфирования опорного узла при определении критических частот амплитуды колебаний ротора в зоне критических частот значительно ниже, чем при расчете недемпфированного спектра колебаний.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что спектр динамических характеристик опорного узла становится значительно шире при последовательной комбинации ПК и ПС, что позволяет обеспечить необходимый запас по критерию виброустойчивости за счет изменения как геометрических, так и рабочих параметров роторной системы.
Также предлагается обоснование механизма повышения устойчивости движения ротора по сравнению с его установкой в ПС. Известно, что механизм появления неустойчивости движения ротора в ПС заключается в появлении нескомпенсировашюй окружной составляющей реакции ПС при смещении центра цапфы с кривой подвижного равновесия. В комбинированной опоре с внешним расположением ПС границы устойчивости могут быть расширены за счет следующего механизма: появление дополнительной окружной силы увеличивает момент трения ПС, что приводит к повороту кольца ПК без отрицательного влияния на ротор. Для КО с внутренним расположением ПС будет работать другой механизм: при увеличении амплитуд колебаний в области минимального зазора будет наибольшее значение реакции ПС, которая в свою очередь действует на ПК, соответственно обуславливая его деформацию в том же направлении, тем самым, делая подвижным саму границу устойчивости. На переходных режимах повреждающее действие от контакта поверхностей, образующих опору скольжения будет меньше за счет дополнительного поворота в ПК.
Выбор между внешней и внутренней постановкой ПС определяется компоновочной схемой турбинного агрегата, а именно системой подачи ГСДП: со стороны корпуса или «из вала». Использование гидродинамических подшипников с осевой подачей смазки невозможно из-за сложностей конструктивного характера: необходимо уплотнение подшипника качения до полной герметизации, иначе большая часть смазки будет проходить через подшипник качения.
С целью проверки разработанных теоретических положений и полученных результатов был проведен ряд модельных экспериментов по изучению динамики роторов на комбинированных опорах.
Исследование в диссертационной работе сразу двух базовых видов комбинированных опор выдвигает требования модернизирования экспериментальной установки [55], которое позволило бы при наименьшем числе конструктивных изменений обеспечить моделирование роторно-опорного узла на комбинированных опорах с разделением нагрузок и с разделением скоростей. Также функциональность установки и информационно-измерительной системы должна обеспечивать определение физических параметров, которые позволят судить о работоспособности комбинированных опор и, которые можно будет сравнивать с результатами вычислительных экспериментов. В частности, представляют особый интерес следующие параметры и характеристики: 1) траектории движения центра цапфы ротора в ПК (для опоры типа КОРН) или зазоре ПС (для КОРС); 2) закономерности перераспределения нагрузок и скоростей; 3) грузоподъемность ПК и ПС; 4) распределение давлений в смазочном слое ПС; 5) расход смазочного материала; 6) динамическое поведение элементов КО на режимах пуска и останова, виброскорости и виброперемещения на корпусах ПС и ПК; 8) силы, передаваемые на фундамент агрегата и др. Судя по публикациям открытой отечественной и зарубежной печати, в настоящее время отсутствуют конструкторские решения экспериментального стенда для комплексных исследований в области динамики роторных систем с КО и их вибрационной диагностики.
