книги / Численное моделирование колебательных 2FSI-процессов в компрессорах газоперекачивающих агрегатов

Таблица 2.17

Значения максимальных амплитуд перемещений конструкции при учете газодинамики РУ (2FSI)

81

Таблица 2.18

Сравнение работы газодинамических сил от времени в 1FSI- и 2FSI-постановках при учете газодинамики РУ

Анализ аэроупругих колебаний ротора компрессора ГПА (учет всей конструкции и газодинамики РУ) показал, что по результатам проведения 2FSI-расчетов на всех режимах работа газодинамических сил не изменила знак. Вместе с тем, в 2FSI-подходе исчезла высокочастотная составляющая характера изменения работы от времени,аамплитудаколебанийуменьшилисьв1,5...2раза.

82

По максимальным значениям амплитуд перемещений ротора на различных режимах вращения (см. табл. 2.17) построены критические области работы системы с учетом газодинамики РУ.

Критическая область работы системы с учетом газодинамики РУ ограничена допустимыми с точки зрения условий эксплуатации (до 40 мкм) [40–46, 75] значениями перемещений, и представлена на рис. 2.29.

Рис. 2.29. Гистограммы максимальных перемещений при различных скоростях вращения ротора ГПА при учете газодинамики РУ

в 2FSI-постановке (Ux, Uy – радиальные направления, Uz – осевое направление): а – на границе контакте РУ с зазором лабиринтного уплотнения РУ, б – в центре торцевого сечения РУ, в – на оси вращения вала

На оси вращения вала осевые перемещения значительно больше радиальных и составляют до 8 мкм. При учете газодинамики РК без газодинамики РУ осевые перемещения составляли до 19 мкм, т.е. даже отдельный учет РУ при относительно небольших массово-габаритных размерах вносит существенный вклад в колебания вала ротора компрессора ГПА. Характер перемещений вблизи лабиринтного уплотнения РУ и в центре торцевого сечения РУ близок, а максимальное значение не превышает 10 мкм, что меньше предельного 40 мкм, обусловленного эксплуатационными особенностями ротора компрессора ГПА [40–46, 75].

83

2.9. ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОУПРУГИХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ОДНОСТУПЕНЧАТОМ ВАРИАНТЕ КОНСТРУКЦИИ КОМПРЕССОРА С СОВМЕСТНЫМ УЧЕТОМ ГАЗОДИНАМИКИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА,ЛАБИРИНТНОГО УПЛОТНЕНИЯ

И РАЗГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА.ВЗАИМОВЛИЯНИЕ 2FSI-ПОДСИСТЕМ ПРИ РАЗДЕЛЬНОМ И СОВМЕСТНОМ УЧЕТЕ ГАЗОДИНАМИКИ РК,ЛУ,РУ

При исследовании колебательных процессов ротора с учетом газодинамики рабочего колеса (РК), лабиринтного уплотнения (ЛУ) и разгрузочного устройства (РУ) учитывались следующие элементы:

–вал;

–опоры;

–рабочее колесо;

–лабиринтное уплотнение;

–разгрузочное устройство;

–газодинамика рабочего колеса;

–газодинамика лабиринтного уплотнения;

–газодинамика разгрузочного устройства.

Расчеты проведены в 2FSI-постановке для режимов 4200, 5160, 6000 об/мин. Моделируемый отрезок времени составил 0,01 с с шагом 5·10–5 с.

На рис. 2.30, 2.31 представлены поля скорости, давления и линии тока в газодинамической области ротора на скорости вращения компрессора 5160 об/мин.

На следующем этапе был проведен спектральный анализ следующих динамически изменяющихся внутренних переменных, отражающих поведение 2FSI-системы:

– реакции опор в подшипниках (АЧХ представлены

втабл. 2.19, 2.20);

–перемещения конструкции ротора в точках (рис. 2.32): на лопатке РК – точка 1, на границе контакта ЛУ с зазором ЛУ – точка 2, на границе контакта покрывного диска РК с зазором ЛУ –

84

точка 3, на границе контакте РУ с зазором лабиринтного уплотнения РУ – точка 4, в центре торцевого сечения РУ – точка 5, и на оси вращения вала – точка 6 (максимальные значения амплитуд перемещений при раздельном и совместном учете РК, ЛУ, РУ представлены в табл. 2.21);

–работа газодинамических сил, определяемая суперпозицией по направлениям произведений газодинамических сил, действующих на РК, ЛУ, РУ и перемещений ротора в точке на оси вращения вала. Приращение работы за период показывает возрастание или затухание колебательных процессов, что важно для оценки виброустойчивости роторов компрессора ГПА (графики при раздельном и совместномучетеРК,ЛУ, РУпредставленывтабл.2.22).

Граничные условия представлены в табл. 2.7–2.8.

Рис. 2.30. Распределение газодинамических параметров

вгазодинамической области ротора: а – поле скорости,

б– поле давления (ANSYS CFX-Post 18.0)

Рис. 2.31. Распределение 3D-линий тока в газодинамической области ротора (ANSYS CFX-Post 18.0)

85

Таблица 2.19

АЧХ реакций опоры подшипника со стороны РУ при учете газодинамики РК, ЛУ, РУ (2FSI)

Fx

Fy

Fz

Таблица 2.20

АЧХ реакций опоры подшипника со стороны трансмиссии при учете газодинамики РК, ЛУ, РУ (2FSI)

Fx

Fy

Fz

86

Точка 6

Рис. 2.32. Расположение точек в твердотельной модели ротора при учете газодинамики РК, ЛУ и РУ (ANSYS Mechanical 18.0)

Таблица 2.21

Значения максимальных амплитуд перемещений конструкции при раздельном (подразд. 2.6–2.8) и совместном (настоящий раздел) учете газодинамики РК, ЛУ, РУ (2FSI)

87

Продолжение табл. 2.21

88

Окончание табл. 2.21

Таблица 2.22

Сравнение работы газодинамических сил от времени при раздельном (подразд. 2.6–2.8) и совместном (настоящий раздел) учете газодинамики РК, ЛУ, РУ (2FSI)

89

Продолжение табл. 2.22

90