Общий подход к моделированию бесконтактных уплотнений и их влияние на динамику ротора центробежной машины

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2022.01.032
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Выпуск Том 25, № 1, 2022 (март)
Страницы 32–39

 

Автор

С. С. Шевченко, Институт проблем моделирования в энергетике им. Г. Е. Пухова НАН Украины (03164, Украина, г. Киев, ул. Генерала Наумова, 15), e-mail: shevchenkoss@nas.gov.ua, ORCID: 0000-0002-5425-9259

 

Аннотация

Потребности в повышении параметров оборудования, таких как давление уплотняемой среды и скорость вращения вала, постоянно растут. Однако с ростом параметров становится все труднее обеспечить эффективность герметизации. Кроме того, уплотнительные системы влияют на общую безопасность эксплуатации оборудования, особенно вибрационную. Бесконтактные уплотнения рассматриваются как гидростатодинамические опоры, способные эффективно гасить колебания ротора. Для оценки влияния этих уплотнительных систем на колебательные характеристики ротора исследуются модели импульсного и щелевого уплотнений, модели систем ротор-уплотнения и ротор-авторазгрузка, модель безвального насоса. Получены аналитические зависимости для расчета динамических характеристик импульсных уплотнений, гидромеханических систем ротор-уплотнение и ротор-авторазгрузка, а также безвальных насосов. Эти зависимости описывают радиально-угловые колебания ротора центробежной машины в уплотнениях-опорах. Приведены уравнения для расчета амплитудно-частотных характеристик. Определены направления повышения эксплуатационной безопасности ответственного насосного оборудования за счет целенаправленного повышения жесткости бесконтактных уплотнений, что приводит к повышению виброустойчивости ротора.

 

Ключевые слова: импульсные уплотнения, щелевые уплотнения, авторазгрузочное устройство, уплотнения-опоры, математическая модель, радиально-угловые колебания, частотные характеристики.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Марцинковский В. А., Шевченко С. С. (2018). Насосы атомных электростанций: расчет, конструирование, эксплуатация. Сумы: Издательство «Университетская книга», 2018. 472 с.
  2. Shevchenko S., Chernov A. Development of pulse mechanical seal calculation methods on the basis of its physical model construction. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol. 3. No. 2 (105). P. 58–69. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206721.
  3. Pavlenko I., Simonovskiy V. I., Demianenko M. M. Dynamic analysis of centrifugal machines rotors supported on ball bearings by combined application of 3D and beam finite element models. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 233. Paper ID 012053. https://doi.org/10.1088/1757-899X/233/1/012053.
  4. Симоновский В. И. Оценка коэффициентов математических моделей колебательных систем. Саарбрюккен: ALAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. 215 c.
  5. Павленко И., Симоновский В., Питель Ю., Демьяненко М. Динамический анализ роторов центробежных машин с комбинированным использованием трехмерных и двухмерных конечно-элементных моделей. Люденшайд: RAM-VERLAG, 2018. 427 c.
  6. Ishida Y., Yamamoto T. Linear and nonlinear rotordynamics: A modern treatment with applications, second edition. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2012. 355 p. https://doi.org/10.1002/9783527651894.
  7. Yashchenko A. S., Rudenko A. A., Simonovskiy V. I., Kozlov O. M. Effect of Bearing Housings on Centrifugal Pump Rotor Dynamics. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 233. Paper ID 012054. https://doi.org/10.1088/1757-899X/233/1/012054.
  8. Jin C., Xu Y., Zhou J., Cheng C. Active magnetic bearings stiffness and damping identification from frequency characteristics of control system. Shock and Vibration. 2016. Vol. 2016. Article ID 1067506. https://doi.org/10.1155/2016/1067506.
  9. Zhang K., Yang Z. Identification of load categories in rotor system based on vibration analysis. Sensors. 2017. Vol. 17. Iss. 7. Article ID 1676. https://doi.org/10.3390/s17071676.
  10. Pozovnyi O., Deineka A., Lisovenko D. Calculation of hydrostatic forces of multi-gap seals and its dependence on shaft displacement. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2020. P. 661–670. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_66.
  11. Pozovnyi O., Zahorulko A., Krmela J., Artyukhov A., Krmelová V. Calculation of the characteristics of the multi-gap seal of the centrifugal pump, in dependence on the chambers’ sizes. Manufacturing Technology. 2020. Vol. 20. Iss. 3. P. 361–367. https://doi.org/10.21062/mft.2020.048.
  12. Pavlenko I., Simonovsky V. I., Pitel’ J., Verbovyi A. E., Demianenko M. M. Investigation of critical frequencies of the centrifugal compressor rotor with taking into account stiffness of bearings and seals. Journal of Engineering Sciences. 2017. Vol. 4. Iss. 1. P. C1–C6. https://doi.org/10.21272/jes.2017.4(1).c1.
  13. Марцинковский В. А. Щелевые уплотнения: теория и практика. Сумы: Сумской государственный университет, 2005. 416 с.
  14. Kundera C., Marcinkowski W. The effect of the annular seal parameters on the dynamics of the rotor system. Int. Journal of Applied Mechanics and Enginerering. 2010. Vol. 15. Iss. 3. P. 719–730.
  15. Djaidir B., Hafaifa A., Kouzou A. Faults detection in gas turbine rotor using vibration analysis under varying conditions. Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2017. Vol. 55. No. 2. P. 393–406. https://doi.org/10.15632/jtam-pl.55.2.393.
  16. Марцинковский В. А Динамика роторов центробежных машин: монография. Сумы: Сумской государственный университет, 2012. 562 с.
  17. Martsynkovskyy V., Zahorulko A., Gudkov S., Mischenkod S. Analysis of buffer impulse seal. Procedia Engineering. 2012. Vol. 39. P. 43–50. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.006.
  18. Martsinkovsky V. A., Zhulyov A., Kundera C. Static and dynamics of a pump impeller with a balancing device Part II: Dynamic analysis. International Journal of Applied Mechanics and Engineering. 2014. Vol. 19. Iss. 3. P. 621–631. https://doi.org/10.2478/ijame-2014-0043.
  19. Gorovoy S. A. Experimental studies of the pump with self-aligning impeller. Oil and Gas Mechanical Engineering. 2019. No. 2. P. 36–40.
  20. Shevchenko S., Shevchenko O., Vynnychuk S. Mathematical modelling of dynamic system rotor-groove seals for the purposes of increasing the vibration reliability of NPP pumps. Nuclear and Radiation Safety. 2021. No. 1 (89). P. 80–87. https://doi.org/10.32918/nrs.2021.1(89).09.

 

Поступила в редакцию 17.03.2022