Программный комплекс для проектирования и вибрационной диагностики роторных систем с подшипниками скольжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Орловский государственный технический университет

Программный комплекс для проектирования и вибрационной диагностики роторных систем с подшипниками скольжения

Д-р техн. наук, проф. Савин Л.А.,

канд. техн. наук, докторант Соломин О.В.,

аспирант Пугачев А.О.,

студент Барг М.А.

г. Орел

Annotation

The description and basic features of the software created by authors for designing and vibration diagnostic of rotary systems with fluid-film bearings are presented in this paper. The structural diagram of the software and basic elements of user interface are described.

Основная часть

Применение опор с жидкостной или газовой смазкой становится традиционным подходом при проектировании роторно-опорных узлов высокоскоростных турбомашин и обусловлено многочисленными достоинствами такого типа опор. Вместе с тем, в настоящее время отсутствуют стандартные методы расчета произвольных подшипников скольжения, что обусловлено многообразием типов опор, конструктивных исполнений как самих опорных поверхностей, так и питающих камер, а также многообразием смазочных материалов, различием режимов работы роторно-опорного узла, разнообразием физических явлений и т.д. Поэтому в настоящее время наиболее перспективным подходом к изучению процессов, протекающих в опорах рассматриваемого типа, становится математическое моделирование. Построение адекватных математических моделей и разработка, на их основе программного обеспечения, предоставляет разработчику инструментальное средство, позволяющее выполнять проектировочные, оптимизационные и проверочные расчеты с необходимым уровнем точности и в приемлемые, для современного уровня проектирования, сроки.

Другим фактором, обуславливающим необходимость разработки программного обеспечения, служит необходимость расчета не только самой опоры, но и роторно-опорного узла в целом, что актуально, к примеру, при решении задач динамики и обеспечении вибрационной устойчивости роторной системы. Особенно насущной решение этой задачи становится в настоящее время, когда наблюдается тенденция к увеличению скоростей вращения и передаваемых нагрузок.

И, наконец, математическое моделирование и вычислительный эксперимент позволяют сформировать диагностические эталонные признаки и повысить качество процедуры вибрационной диагностики, сократив при этом существенно время и расходы на ее проведение. Речь идет о возможности формирования эталонных признаков на основе «внесения» дефекта в математическую модель с последующим его распознаванием в спектре вибрационных характеристик (виброперемещений, виброскоростей и виброускорений) или на основе анализа фазовых портретов. Такой подход к вибродиагностической процедуре дает, помимо всего прочего, возможность моделирования и распознавания практически любого дефекта, расположенного в произвольном месте и действующего в любой момент времени.

При проектировании опорного узла конструктору, прежде всего, нужно знать следующие основные характеристики опор жидкостного трения:

– Грузоподъемность, силовые факторы опоры скольжения силы и моменты;

– Расход смазочного материала;

– Потери мощности на трение и прокачку смазочного материала;

– Динамические характеристики подшипника скольжения.

Поскольку роторно-опорный узел представляет собой сложную систему, необходимо определиться с решением следующих основных задач динамики роторов:

– Определение критических скоростей роторной системы.

– Расчет реакции системы на дисбаланс и его оценка.

– Исследование устойчивости роторной системы.

– Анализ переходных процессов и неустановившихся реакций ротора

– Исследование переходных процессов и неустановившихся режимов.

– Решение задач анализа ударного и кинематического возбуждения колебаний.

– Решение задач идентификации, в т.ч. распознавание самовозбуждающихся, параметрических и хаотических вибраций в роторной системе.

В настоящее время разработкой программного обеспечения в области решения задач динамики роторов на подшипниках скольжения заняты различные исследовательские группы. Информация о них и адреса в Интернет представлены в таблице 1. Приведенный обзор не претендует на полноту охвата, но тем не менее представляет основные программные продукты на мировом рынке в данной области.

Таблица 1

Программное обеспечение для решения задач динамики роторов

Одним из существенных недостатков каждого вида программного обеспечения является невозможность для пользователя самостоятельного построения модели нового типа опор. Кроме того, отдельные виды программного обеспечения имеют явную направленность на решения узкоспециализированных задач.

В связи с этим возникла задача построения разработки программного обеспечения, позволяющего моделировать динамическое поведение роторной системы достаточно произвольной конфигурации. В основу построения данного программного комплекса положены принципы модульности и объектно-ориентированного подхода.

Моделирование опор скольжения основано на использовании понятия объектов. Это позволяет использовать для создания модели очередного нестандартного подшипника уже существующие решения для более простых геометрических форм. Так, модель гибридного подшипника, сочетающего в себе элементы гладкого полноохватного подшипника и многоклинового гидродинамического подшипника, строится на основе объединения каждого из объектов. Аналогично строятся и модели более сложных типов опор - с питающими камерами, с переменной геометрией и т.д. Схема построения классов используемых объектов представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Структура расчетного модуля

Построенное по такому принципу программное обеспечение "RotorTurbo" позволяет решать весь спектр рассмотренных задач и, тем самым, существенно ускорить процесс проектирования при одновременном повышении качества. На рисунке 2 приведен фрагмент пользовательского интерфейса разработанного программного комплекса "RotorTurbo", позволяющего решать следующие задачи:

– расчет подшипников различных типов и конструктивного исполнения с учетом возможных упругих или температурных деформаций, тепловых явлений и фазовых переходов в смазочном материале, турбулентности и нестационарности потока, переменности геометрии и т.п.;

– расчет динамических характеристик роторной системы: амплитудно-частотная характеристика, границы устойчивости движения ротора, траектории движения опорных частей ротора, а также характеристик переходных процессов

– анализ спектральных характеристик вибрационных процессов для решения задач вибрационной диагностики;

– идентификация самовозбуждающихся, параметрических и хаотических вибраций в рассматриваемой роторной системе.

Рисунок 2 Фрагмент пользовательского интерфейса "RotorTurbo"

программный обеспечение роторный подшипник

Разработанное программное обеспечение показало надежную и устойчивую работу в широком диапазоне рабочих и геометрических параметров. Программное обеспечение "RotorTurbo"и отдельные его элементы защищено свидетельствами о регистрации программ для ЭВМ [1 - 3] и используется при проектировании роторных систем с подшипниками скольжения на ряде промышленных предприятий.

Литература

1. Программа расчета характеристик подшипников скольжения с криогенной смазкой («Подшипник-Криоген») /Савин Л.А., Соломин О.В., Устинов Д.Е., Жидков С.А., Лазарев С.А., Корнеев А.Ю., Пугачев А.О. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2000610593. Зарегистрировано в Роспатенте 7 июля 2000 г.

2. Программа расчета основных характеристик высокоскоростных контактных и бесконтактных уплотнений роторов («Уплотнение-Криоген») /Савин Л.А., Соломин О.В., Устинов Д.Е., Жидков С.А., Корнеев А.Ю., Поляков Р.Н., Комаров М.В., Пугачев А.О., Салин М.И., Алехин А.В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002611656. Зарегистрировано в Роспатенте 25 сентября 2002 г.

3. Программа расчета динамических характеристик высокоскоростных роторных систем с подшипниками скольжения «Ротор-Граф» /Савин Л.А., Соломин О.В., Жидков С.А., Пугачев А.О., Салин М.И. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004610192. Зарегистрировано в Роспатенте 14 января 2004 г.

Размещено на Allbest.ru