Математическое моделирование динамического поведения двухроторных систем турбомашин с межвальным подшипником

Авторы

Дудаев М. А.^*, Пыхалов А. А.^**

Иркутский государственный университет путей сообщения, ИрГУПС, ул. Чернышевского, 15, Иркутск, 664074, Россия

*e-mail: dudaev_ma@mail.ru
**e-mail: pykhalov_aa@mail.ru

Аннотация

Решение актуальной задачи повышения характеристик экономичности, приемистости и других рабочих параметров газотурбинных двигателей (ГТД) авиационного и наземного назначения обусловило применение в них многороторной (многокаскадной) компоновки роторной системы (РС), реализация которой чаще всего связана с использованием межроторных (межвальных) подшипников. Цель представленного в работе исследования заключается в дальнейшем развитии математического моделирования анализа динамического поведения РС ГТД, построенной с использованием двухроторной компоновки ее конструкции, и состоящей из роторов низкого (РНД) и высокого давления (РВД), между которыми расположен межвальный подшипник, служащий опорой турбины РВД на вал РНД. Математическая модель анализа динамического поведения РС ГТД построена на основе метода конечных элементов (МКЭ) и решения контактной задачи теории упругости, позволяющей учитывать в конструкциях роторов условия сопряжения деталей; реализованная в виде комплекса программ (решателя). С применением представленной математической модели получены амплитудно-временные (частотные) характеристики (АВХ) роторной системы конструкции современного газотурбинного двигателя, а также картина деформированного состояния и поля динамических напряжений.

Сравнительный анализ результатов динамического поведения РС без учета влияния межвального подшипника и с учетом этого влияния показывает, в частности, появление дополнительных гармоник в рабочей области частот вращения РС, а также интерференцию колебаний в виде «размытия» АВХ.

Ключевые слова:

газотурбинный двигатель, роторная система, метод конечных элементов, контактная задача, роторная динамика

Библиографический список

1. Хронин Д.В. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1989. – 565 с.
2. Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. - Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. – 1204 с.
3. Боровиков Д.А., Ионов А.В., Селиверстов С.Д., Яковлев А.А. Анализ влияния дополнительной осевой ступени компрессора на характеристики малоразмерных турбореактивных двигателей // Труды МАИ. 2017. № 96. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=85718
4. Хронин Д.В. Теория и расчет колебаний в двигателях летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1970. – 412 с.
5. Иноземцев А.А. Нихамкин М.А. Динамика и прочность авиационных двигателей и энергетических установок. – Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2008. – Т. 4. – 199 с.
6. Болховитин М.С., Боровиков Д.А., Ионов А.В., Селиверстов С.Д. Разработка испытательного стенда для малоразмерных газотурбинных двигателей // Труды МАИ. 2016. № 91. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=75612
7. Равикович Ю.А., Холобцев Д.П., Архипов А.Н., Шахов А.С. Расчетно экспериментальное исследование динамики и прочности основных деталей ГТД с учетом геометрических отклонений // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2023. Т. 27. № 1 (99). С. 47-59.
8. Большаков Р.С., Гозбенко В.Е., Выонг К.Ч. Математическое моделирование динамических состояний вибрационных машин // Труды МАИ. 2023. № 133. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=177652
9. Bathe K.-J. Finite element procedures. Upper Saddle River, New Jersey, Prentice Hall, 1996, 1037 p.
10. Chen Z. Finite Element Methods and Their Applications, Berlin, Germany, Springer, 2005, 411 p.
11. Пыхалов А.А. Контактная задача статического и динамического анализа сборных роторов турбомашин: дис. …д-ра. техн. наук. – М.: МАИ, 2006. – 405 с.
12. Дудаев М.А., Пыхалов А.А. Контактная задача в анализе динамического поведения сборных роторов турбомашин // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2015. № 3. С. 113-129. DOI: 10.17212/1814-1196-2015-3-113-129
13. Pykhalov A.A., Dudaev M.A., Kolotnikov M.Ye. and etc. Dynamics of Assembled Structures of Rotor Systems of Aviation Gas Turbine Engines of Type Two-Rotor // Vibroengineering Procedia, 2016, no. 22, pp. 316-321.
14. Vedeneev V.V., Kolotnikov M.E., Mossakovskii P.A. and etc. A Comprehensive Solution of the Problems of Ensuring the Strength of Gas Turbine Engine Compressor at the Design Stage // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 302 (1), pp. 012079. DOI: 10.1088/1757-899X/302/1/012079
15. Тимошенко С.П., Янг С.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. – М.: Машиностроение, 1985. – 472 с.
16. Genta G. Dynamics of Rotating Systems. New York, USA, Springer, 2005. 661 p.
17. Нахатакян Ф.Г. Влияние зазора в роликовых подшипниках на силовой контакт между его элементами // Труды МАИ. 2020. № 115. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=119901. DOI: 10.34759/trd-2020-115-04
18. Дудаев М.А. Математическая модель балочного конечного элемента Тимошенко // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2023. № 3(31). С. 94-102. DOI: 10.25729/ESI.2023.31.3.009
19. Милов А.Е. Контактная задача динамики сборных роторов турбомашин: дис. …канд. техн. наук. - Иркутск, Иркутский государственный университет путей сообщения, 2007. – 174 с.
20. Дудаев М.А. Конечноэлементный решатель задачи роторной динамики одно и двухвальных турбомашин с контактным взаимодействием деталей и межвальными связями. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 29 2019617798, 20.06.2019.

Скачать статью