Результаты использования эксклюзивных компьютерных программ для исследования динамики роторных систем и проектирования виброустойчивых подшипников скольжения опубликованы в журналах “Двигателестроение”, ”Компрессорная техника и пневматика”, “Journal of Vibration and Acoustics ” ASME.
Применение методик “Турбоком” обеспечивает не только восстановление, но и повышение надёжности и ресурса турбокомпрессоров в сравнении с указанными в инструкциях по эксплуатации.
Нашими специалистами поддерживаются следующие направления проектирования и расчёта судовых газотурбонагнетателей, автомобильных и автотракторных турбокомпрессоров и турбин:
(1) Оптимизация систем наддува на основе анализа и согласования характеристик двигателей и турбокомпрессоров для обеспечения требований заказчика по форсировке, снижению расхода топлива и экологическим показателям дизелей.
 Рис.1. Колесо центробежного компрессора |
(2) Профилирование колёс центробежных компрессоров для агрегатов наддува дизелей на степени повышения давления до πк=4,5. Проектирование проводится с использованием результатов многолетних экспериментальных исследований компрессорных колёс турбокомпрессоров. Электронные модели колёс объёмного профилирования создаются на базе современных численных методов. Инструментарий программного комплекса профилирования ООО “Турбоком” включает: В качестве примера на рис.1 показана, восстановленная в конструкторском пакете, модель колеса компрессора турбокомпрессора ТК25, спроектированного по заказу ОАО “Пензадизельмаш”. Приведённое на рисунке реактивное колесо имеет загнутые назад лопатки с эллиптическими входными кромками. Вынужденная вибрация и динамические напряжения в материале колеса минимизированы “отстройкой” собственных частот колеса от гармоник возмущающих газовых сил. |
|
(3) Проектирование виброустойчивых подшипников скольжения на основе численного моделирования динамики ротора. Разработанный в ООО “Турбоком” программный комплекс анализа роторных систем турбокомпрессоров идентифицирован по результатам стендовых испытаний судовых газотурбонагнетателей, тепловозных турбокомпрессоров и турбин дизелей большегрузных и карьерных автосамосвалов. В программной реализации используются: - 2D и 3D конечно-элементные модели гибкого ротора и втулок с гироскопическими эффектами. Рис.2. иллюстрирует “упругую” часть модели роторной системы на примере судового газотурбонагнетателя ГТН R3 с массой 8 кг и скоростью вращения 700 Гц. |
 Рис. 2. Модель ротора газотурбонагнетателя ГТН R3 |
 Рис. 3. Модель опорно-упорного подшипника судового газотурбонагнетателя ГТН R3 |
- конечноразностные модели слоёв смазки опорных и упорных подшипников и демпферов. На рис.3. дан разрез опорно-упорного подшипника газотурбонагнетателя R3, иллюстрирующий гидродинамическую часть модели. В левой части рисунка показаны осевые, радиальные и кольцевая канавки для подвода масла. В правой - эпюры давлений на несущих поверхностях втулки в осевом, рабочем и демпферном радиальных слоях смазки. |
|
На рис. 4, 5 показаны мгновенные поля давлений в осевом и связанных (внутреннем и демпферном) слоях смазки подшипника автомобильного турбокомпрессора массой 0,15 кг и скоростями вращения ротора до 3000Гц, втулок – до 700Гц. Упорный подшипник турбокомпрессора имеет трёхчастную клиновую поверхность с 3-я отверстиями для подвода смазки. Вращающиеся опорные втулки с цилиндрическими рабочими поверхностями (на рис.5 даны их развёртки) снабжены 4 отверстиями для подачи смазки, значения диаметральных зазоров в подшипниках 0,03 -0,06 мм. Максимумам эпюр давлений отвечают “горячие” цвета, минимумам – “холодные”, давлению подачи смазки - синий цвет. |
|
 Рис. 4. Давление в упорном подшипнике автомобильного турбокомпрессора |
 Рис. 5. Давление в связанных радиальных слоях смазки опорного подшипника автомобильного турбокомпрессора |
|
- пошаговые методы интегрирования уравнений движения вращающегося ротора турбокомпрессора в подшипниках скольжения при дисбалансе, осевой и других видах нагрузки ротора, - частотный и модальный анализ траекторий. Построение форм прецессий ротора турбокомпрессора на масляной плёнке. |
Рассчитываются амплитудно-частотные характеристики, реакции, температуры и потери в подшипниках турбокомпрессора. Проводится анализ движения ротора с учётом типовых моделей износа подшипников для оценки пригодности их к дальнейшей эксплуатации. Роторные системы турбокомпрессоров с подшипниками скольжения, спроектированные с использованием методик ООО “Турбоком, отвечают требованиям виброустойчивости (отсутствие автоколебаний ротора на масляной плёнке), имеют высокую несущую способность, ресурс и малые потери. |
|
(4) 2D и 3D конечно-элементное моделирование теплового, напряжённо-деформированного состояния и вибрации деталей и узлов турбокомпрессоров. Оптимизация роторных систем турбонагнетателей на основе расчёта собственных частот и форм колебаний, статической и динамической прочности роторов, колёс турбин и компрессоров. |
 Рис. 7. Главные напряжения σ1 в материале вращающегося колеса центробежного компрессора |
 Рис. 8. Динамические напряжения на резонансе в материале лопатки с ёлочным замком и бандажной полкой |
 Рис. 9. Главные напряжения σ1 в материале вращающегося колеса осевой турбины с пакетным бандажом |
ООО «Турбоком» осуществляет расчет и проектирование судовых газотурбонагревателей, автотракторных и автомобильных турбин и турбокомпрессоров. Благодаря применению новаторских технологий при расчете и проектировании турбин разного назначения становится возможным оптимизировать процессы их производства. Кроме того, наши программы позволяют гарантировать возможность восстановления турбин и турбокомпрессоров, увеличение их надежности и ресурсных характеристик по сравнению с заводскими установками.
Применение методик от «Турбоком» обеспечивает не только восстановление, но и повышение надежности и ресурса турбокомпрессоров в сравнении с указанными в инструкциях по эксплуатации. Специалисты ООО «Турбоком» придерживаются определенной схемы проектирования и расчета турбин и турбокомпрессоров. Схема включает в себя:
- Анализ системы наддува и ее оптимизация. Дополнительно осуществляется согласование характеристик двигателей и турбокомпрессоров. Этот этап обеспечивает точное выполнение требований, которые поступают от заказчика. Требования относятся к форсировке, к экологическим параметрам и к снижению расхода топлива.
- Проектирование профилированных компрессорных колес турбокомпрессоров:
- Процесс основывается на многочисленных исследованиях и экспериментах, проводимых нашими специалистами, и осуществляется для оборудования наддува дизелей с определенной степенью повышения давления (до конкретного значения).
- Для проведения операции используются современные методы исчисления, посредством которых создаются электронные модели компрессорных колес.
- Процесс профилирования опирается на набор определенных программных инструментов (3D-интерполяция рабочих поверхностей колеса, визуализация разных характеристик колес на мониторе, уточнение геометрии входных кромок лопаток в автоматическом режиме после использования данных определенной конфигурации и т.д.).
- Создание проекта виброустойчивых подшипников скольжения. В своей работе специалисты по проектированию на данном этапе опираются на метод моделирования динамики ротора:
- В основе самого метода лежит специальный программный комплекс, который разработан нашей компанией. Программа базируется на испытаниях, проведенных на реальных судовых газотурбонагнетателях, дизельных турбинах, турбокомпрессорах и т.д.
- Реализация проекта включает в себя создание 2D- и 3D-моделей ротора и втулок; моделей слоев смазки разных типов подшипников и демпферов; анализ траекторий работы ротора; анализ и использование данных по разным видам нагрузок ротора (вращение в подшипниках скольжения при дисбалансе, осевые нагрузки и т.д.).
- В этот этап проектирования также включены анализ различных реакций в подшипниках, изменения температур в них, характеристик частоты и амплитуды, работы ротора в ситуациях с износом подшипников и их ремонт.
- Конечный этап расчета и проектирования – это создание 2D- и 3D-моделей элементов и узлов турбокомпрессоров в различных рабочих состояниях и в состоянии вибрации. Сюда же относится процесс оптимизации работы роторов в турбонагнетателях, который основывается на расчетах определенных характеристик и параметров турбин и компрессоров (например, прочность роторов или колебание лопаток колёс).
Расчет и проектирование различных турбин в большинстве своем основаны на собственных методиках ООО «Турбоком», что позволяет гарантировать выпуск деталей (подшипников скольжения, например), отвечающих всем техническим требованиям и стандартам:
- соответствие требованиям по виброустойчивости;
- соответствие требованиям по несущей способности;
- соответствие требованиям по экономии ресурсов.
ООО «Турбоком» предлагает воспользоваться уникальными в своем роде методиками расчета и проектирования турбин, турбонагнетателей и турбокомпрессоров для проведения максимально точного расчета технических характеристик, используемых для производства. Результаты экспериментальных исследований и опытов по проектированию виброустойчивых подшипников, турбин, роторных систем и т.д. были нами использованы и для публикаций в прессе – в журналах «Двигателестроение», Journal of Vibration and Acoustics “ASME” и пр.
Нашими услугами уже воспользовались многочисленные компании и партнеры, среди которых:
- ООО «Лентрансгаз»
- ОАО «Коломенский завод»
- ОАО «Пензадизельмаш»
- ОАО «Звезда»
- компании морского и речного флота РФ
- ЗАО «НИЦ «Керамические тепловые двигатели им. А. М. Бойко» и др.
RSS Feed