Дисбаланс ротора турбомашины вследствие эффекта присоединенной массы масляного слоя в подшипнике скольжения


Авторы

Дунаев В. И.1*, Бунякин А. В.2**, Степанов М. С.1***

1. Кубанский государственный технологический университет, Краснодар, Россия
2. Филиал Майкопского государственного технологического университета в поселке Яблоновском, Республика Адыгея, Россия

*e-mail: dunayev1964@bk.ru
**e-mail: alex.bunyakin@mail.ru
***e-mail: m.s.stepanov@mail.ru

Аннотация

При технической диагностике турбомашин возникает проблема анализа их вибрационного спектра. При этом важно выделять и численно оценивать величины динамического воздействия и соответствующие частоты каждого отдельного элемента турбомашины, составляющие в целом, весь его вибрационный спектр. Поскольку на турбомашинах, как на приводе, так и на центробежном нагнетателе установлены подшипники скольжения, интересна динамика течения масляного смазочного слоя между валом и вкладышем подшипника. Скорость течения масла в этом слое близка к окружной скорости на поверхности вала (более десяти метров в секунду), а амплитуда его смещения – порядка десятков микрон, соизмерима с толщиной самого масляного слоя. Поэтому эффект присоединенной массы (в аэро-гидро-упругом приближении) при «плавании вала» в смазочном слое весьма существенный, и дает вклад в общий вибрационный фон агрегата. В работе представлены результаты математического моделирования и численные оценки этого эффекта. Принятые в математической модели допущения выделяют указанный эффект, поскольку пренебрегается вязкостью и сжимаемостью смазочного слоя (приближение идеальной жидкости). Вызываемый эффектом присоединенной массы циклический дисбаланс создает в материале вкладыша касательные напряжения, приводящие к накоплению усталостных повреждений, которые понижают рабочий ресурс подшипника.

Ключевые слова:

диагностика подшипников скольжения; гидродинамика масляного слоя; эффект присоединенной массы; дисбаланс ротора

Список источников

  1. Wambsganss M.W., Chen S.S., Jendrzejczyk J.A. Added mass and damping of a vibrating rod in confined viscous fluids: Technical Memorandum ANL-CT-75-08 / Argonne National Laboratory. — Argonne, IL, 1974. — 29 p.
  2. Wang H., Shan W., Yu C. Study on the added mass effect in squeeze-film dampers. Journal of Mechanical Science and Technology. 2018. V. 32 (6), 2889–2895. DOI 10.1007/s12206-018-0544-7
  3. Miranda W.M., Machado L.H.J., Faria M.T.C. Some insights into the dynamic response of flexible rotors supported on fluid film bearings / International Congress of Mechanical Engineering ABCM. Ouro Preto, MG. 2005. P. 1771. DOI 10.13140/2.1.4142.9449
  4. San Andres L.A., Vance J.M. Effects of fluid inertia on finite-length squeeze-film dampers // A S L E Transactions. 1987. V. 30 (3). 384–393. DOI: 10.1080/05698198708981771
  5. Smolík L., Byrtus M., Dyk Š., Hajžman M. Dynamic behaviour of rotors supported by fluid-film bearings operated close to fluid-induced instability / International Conference of Engineering Vibration (ICoEV 2017). Sofia, Bulgaria. V. 148. DOI 10.1051/matecconf/201814804003
  6. Bandyopadhyay A.K., Mazumder S.K. Stability of flexibly supported finite oil journal bearing considering fluid inertia effect and influence of pressure dependent variable viscosity. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). 2021. V. 10. Issue 01. http://www.ijert.org (V10IS010191)
  7. Dakel M.Z., Baguet S., Dufour R. Nonlinear dynamics of a support-excited flexible rotor with hydrodynamic journal bearings. Journal of Sound and Vibration. 2014. V. 333 (10). 2774–2799. DOI 10.1016/j.jsv.2013.12.021
  8. Hamzehlouia S., Behdinan K. A Study of Lubricant Inertia Effects for Squeeze Film Dampers Incorporated into High-Speed Turbomachinery. Lubricants. 2017. V. 5 (43). 1–29. DOI 10.3390/lubricants5040043
  9. Javorova J.G. Effect of convective fluid inertia on the EHD lubrication of journal bearings. 2004. Proc. of 5-th Intern. Conf. Math. Probl. Eng. and Aerospace Sci. "ICNPAA 2004". 315–322. DOI 10.13140/2.1.2062.8801 (Journal of Theor. & Appl. Mech. 2005. V. 35 (1). 3–16)
  10. Уфлянд Я.С. Биполярные координаты в теории упругости. — Москва, Ленинград: Гос. изд-во техн. - теорет. лит., 1950. — 232 с. черт.; 20. — (Современные проблемы механики/Под общ. ред. проф. А.И. Лурье и проф. Л.Г. Лойцянского).
  11. Бунякин А.В. Вихревая ячейка с вращающимся внутри цилиндром на поверхности крылового профиля при больших числах Рейнольдса. Изв. РАН «Механика жидкости и газа» 2001. Т. 36 (4). 87. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=13922198 (Bunyakin A. V. Vortex cell with a cylinder rotating inside it on the surface of an airfoil section at high reynolds numbers. Fluid Dynamics. 2001. V. 36 (4). 602–607. DOI 10.1023/A:1012393630468)
  12. Лаврентьев М.А. Методы теории функций комплексного переменного [Учеб. пособие] / М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат. — 6-е изд., стер. — М.: Лань, 2002. — 688 с. ил.; 22. — (Учебники для вузов. Специальная литература); ISBN 5-9511-0014-3.
  13. Bunyakin A.V., Chernyshenko S.I., Stepanov G.Yu. High-Reynolds-number Batchelor-model asymptotics of a flow past an aerofoil with a vortex trapped in a cavity. J. Fluid Mech. 1998. V.358. 283–297. DOI 10.1017/S0022112097008203
  14. Степанов М.С., Бунякин А.В., Гилаев Г.Г., Дунаев В.И. Моделирование влияния неравномерного распределения отложений в проточной части нагнетателя на прецессию его ротора. Вест. Тюмен. гос. ун-та. 2024. Т. 10 (4). 79–94. DOI 10.21684/2411-7978-2024-10-4-79-94
  15. Sun L., Shi J., Jiang T., Li Z., Xie Q., Liu Z., Xu W. Stability Analysis of the Rotor-Journal Bearing System Considering Shear and Gaseous Cavitation. Lubricants. 2024. V. 12 (2). 48. DOI 10.3390/lubricants12020048

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход