Использование цифровой модели вакуумного разгонно-балансировочного стенда для подготовки и планирования испытаний роторов авиационных двигателей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В работе представлена цифровая модель вакуумного разгонно-балансировочного стенда МАИ. Рассмотрен отечественный и зарубежный опыт использования вакуумных стендов для балансировки роторов и исследовательских целей. Описан пример использования представленной цифровой модели разгонно-балансировочного стенда для проработки схемы компоновки ротора высокого давления авиационного двигателя малой степени двухконтурности внутри стенда перед проведением испытаний. Показан пример использования конечно-элементной модели вакуумного стенда для выявления резонансных режимов, связанных с совместными колебаниями динамической системы «стойки – стенд». Рассмотрены вопросы учёта демпфирования при подготовке расчётных динамических моделей стенда. Представлена динамическая стержневая модель вакуумного стенда в DYNAMICS R4 для последующего использования в расчётах, связанных с расчётами динамики роторов. Рассмотрены вопросы подготовки и верификации расчётных моделей роторов на примере верификации стержневой модели ротора высокого давления по результатам виртуальных модальных испытаний, проведённых для основной силовой линии ротора на базе его твердотельной конечно-элементной модели. Описан принцип создания стержневой модели колебательной системы «ротор – опоры – оснастка – стойки – стенд». Показан пример использования динамической модели вакуумного стенда для планирования динамических испытаний ротора высокого давления на стенде, связанных с исследованием конструктивных мероприятий по сборке ротора на его виброактивность в диапазоне рабочих скоростей. Рассмотрен пример использования динамической модели стенда для подготовки к испытаниям, связанным с проверкой работы демпферов при испытании ротора на стенде.

 

Об авторах

Константин Владимирович Шапошников

Инженерно-консультационный центр по роторной динамике турбомашин ООО «Альфа-Транзит»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kvshaposhnikov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8464-0969
Scopus Author ID: 56582285300
https://www.researchgate.net/profile/Konstantin-Shaposhnikov

PhD, инженер-исследователь

Россия, 141402, Россия, Московская область, г. Химки, ул. Ленинградская, д. 1, офис 1119

Сергей Александрович Дегтярев

Инженерно-консультационный центр по роторной динамике турбомашин ООО «Альфа-Транзит»

Email: degs@alfatran.com

руководитель направления

Россия, 141402, Россия, Московская область, г. Химки, ул. Ленинградская, д. 1, офис 1119

Валентин Михайлович Рыженков

Московский авиационный институт

Email: balans@list.ru

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры 205 «Технология производства двигателей летательных аппаратов»

Россия, 125993, Россия, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

Михаил Константинович Леонтьев

Московский авиационный институт

Email: lemk@alfatran.com

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 203 «Конструкция и проектирование двигателей»

Россия, 125993, Россия, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

Список литературы

  1. РТМ 1.4.775-80. Сборка и балансировка роторов ГТД: Руководящий технологический материал – Москва: НИАТ, 1981. – 127 с.
  2. Рыженков, В. М. Погрешности балансировки роторов газотурбинных двигателей / В. М. Рыженков, В. В. Тихомиров // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2019. – Т. 15. – №. 2. – С. 145-150.
  3. ГОСТ 31320-2006 (ИСО 11342:1998). Вибрация. Методы и критерии балансировки гибких роторов. –Москва : Стандартинформ, 2008. – 28 с.
  4. Урьев, Е. В. Балансировка роторов турбоагрегатов на разгонно-балансировочном стенде / Е. В. Урьев, А. В. Урьев, М. И. Львов, В. И. Власов // Энергомашиностроение. – 1976. – № 4. – С. 24.
  5. Урьев, Е. В. Исследование вибрационной надежности ремонтных роторов ГТК-25И / Е. В. Урьев, С. В. Жуков // Газовая промышленность. – 2008. – №. 2. – С. 77-82.
  6. Урьев, Е. В. Балансировка роторов с развитыми консолями на разгонно-балансировочных стендах (РБС) / Е. В. Урьев, К. В. Шапошников // Тяжелое машиностроение. – 2011. – №. 6. – С. 14-21.
  7. Радчик, И. И. Оборудование и технологии, применяемые при балансировке роторов газоперекачивающих агрегатов / И. И. Радчик, А. В. Орехов, Е. В. Урьев // Газовая промышленность. – 2006. – №. 9. – С. 50-53.
  8. L’vov, M. Case history: response of a flexible rotor with a thermal bow caused by evaporation of water trapped in an axial bore / M. L’vov, A. Kistoychev, E. Uryev // Vibration Problems ICOVP 2011: the 10th International Conference on Vibration Problems. – ICOVP 2011 Supplement, 2011. – С. 371.
  9. Левит, М. Е. Балансировка деталей и узлов / М. Е. Левит, В. М. Рыженков. – Москва : Машиностроение, 1986. – 248 с.
  10. Левит, М. Е. Исследование и уравновешивание роторных систем авиадвигателей / М. Е. Левит // Уравновешивание роторов турбомашин : обзор отечественного опыта ; под общей редакцией профессора А.А.Куинджи. – НИАТ, 1965. – С. 4-21.
  11. Левит, В. А. Особенности уравновешивания роторов турбомашин / В. А. Левит // Уравновешивание машин и приборов: сб. статей. под ред. В. А. Щепетильникова. – Москва : Машиностроение, 1973.– С. 133-136.
  12. Цыдзик, П. В. Выбор схем и расчет вакуумной камеры стенда. / П. В. Цыдзик // Уравновешивание роторов турбомашин : обзор отечественного опыта ; под общей редакцией профессора А.А.Куинджи. –НИАТ, 1965. – С. 21-25.
  13. Зайдуллин, Д. А. Вопросы моделирования и расчета критических частот вращения роторов в программном комплексе ANSYS Workbench в 3D постановке / Д. А. Зайдуллин, А. С. Макарычев, А. Г. Терешко // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: материалы докладов междунар. науч.-техн. конф. 12-14 сентября 2018г. – Самара: Изд-во «Самарский университет», 2018 – С. 26-27.
  14. Зайдуллин, Д. А. Анализ причин дефекта с применением метода конечных элементов при решении задач роторной динамики / Д. А. Зайдуллин, А. С. Макарычев, А. Г. Терешко // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: материалы докладов междунар. науч.-техн. конф. 12-14 сентября 2018 г. – Самара: Изд-во «Самарский университет», 2018 – С. 61-62.
  15. Forland, C. Why phase information is important for diagnosing machinery problems / C. Forland // Orbit. Bently Nevada Corporation. – 1999. – С. 29-31.
  16. Zorzi, E. S. Power Turbine Dynamics: An Evaluation of a Shear-Mounted Elastomeric Damper / E. S. Zorzi, J. Walton, R. Cunningham // Proceedings of the ASME 1983 International Gas Turbine Conference and Exhibit. Volume 5: Ceramics; Structures and Dynamics; Controls, Diagnostics and Instrumentation; Education; Process Industries. Phoenix, Arizona, USA. March 27–31, 1983.
  17. Aschenbruck, E. FT8-55 Mechanical Drive Aeroderivative Gas Turbine: Design of Power Turbine and Full-Load Test Results / E. Aschenbruck, R. Blessing, L. Turanskyj // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – American Society of Mechanical Engineers, 1994. – Т. 78859.
  18. ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. – Москва : Российский институт стандартизации, 2021. – 11 с.
  19. Nicholas, J. C. Improving Critical Speed Calculations Using Flexible Bearing Support FRF Compliance Data / J. C. Nicholas, J. K. Whalen, S. D. Franklin // Proceedings of the 15th Turbomachinery Symposium / USA: Texas A&M University Press, 1986. – Р. 69–78.
  20. Вибрации в технике. Справочник: в 6 т. Т. 6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К. В. Фролова. – Москва : Машиностроение, 1981. – 456 с.
  21. Gunter, E. J. Introduction to Rotor Dynamics: Critical Speed and Unbalance Response Analysis / E. J. Gunter. – Charlottesville, VA : RODYN Vibration Analysis, 2001
  22. Справочник по балансировке / М. Е. Левит, Ю. В. Агафонов, Л. Д. Вайнгортин [и др.] ; под общ. редакцией М. Е. Левита. – Москва: Машиностроение, 1992. – 464 с.
  23. Шапошников, К. В. Верификация моделей роторов авиационных двигателей по результатам виртуальных статических и модальных испытаний / К. В. Шапошников, С. А. Дегтярев, М. К. Леонтьев, С. В. Анисимов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2024. – Т. 23, № 1. – С. 93-108.
  24. Вибрации в технике. Справочник: в 6 т. Т. 3. Колебания машин, конструкций и их элементов / Э. Л. Айрапетов, И. А. Биргер, В. Л. Вейц [и др.] ; под ред. Ф. М. Диментберга, К. С. Колесникова. – Москва : Машиностроение, 1980. – 544 с.
  25. Шапошников, К. В. Верификация численных моделей роторов авиационных двигателей для решения задач роторной динамики / К. В. Шапошников, М. К. Леонтьев // Авиация и космонавтика: тезисы 21ой международной конференции, Москва, 21–25 ноября 2022 года / Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет). – Москва : Издательство "Перо", 2022. – С. 178-179.
  26. ГОСТ Р 57700.10-2018. Численное моделирование физических процессов. Определение напряженно-деформированного состояния. Верификация и валидация численных моделей сложных элементов конструкций в упругой области. – Москва : Стандартинформ, 2018. – 12 с.
  27. ГОСТ ИСО 1940-1-2007. Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса. – Москва : Стандартинформ, 2008.
  28. Hidalgo, J. I. High speed balancing of rotors with overhangs: When is overhang likely to cause problems? / J. I. Hidalgo, A. K. Dhingra // Journal of Testing and Evaluation. – 2006. – 34(3). – P. 1-17.
  29. Гольдин, А. С. Вибрация роторных машин / А. С. Гольдин. – Москва: Машиностроение, 2000. – 344 c.
  30. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей / С. А. Вьюнов, Ю. И. Гусев, А. В. Карпов [и др.] ; под общ. ред. Д. В. Хронина. – Москва : Машиностроение, 1989. – 368 с.
  31. Лисицын, И. С. Уравновешивание роторов турбогенераторов / И. С. Лисицын // Вестник электропромышленности. – 1962. – №11.
  32. Левит, М. Е. Исследование полноразмерных ГТД на вакуумном виброизмерительном балансировочном стенде / М. Е. Левит // Труды КУАИ. – 1965. – выпуск XIX.– С. 427-438.
  33. Proctor, M. P. Stability Analysis of a High-Speed Seal Test Rotor With Marginal and Extended Squeeze-Film Dampers: Theoretical and Experimental Results / M. P. Proctor, E. J. Gunter // Fourth Biennial International Symposium on Stability Control of Rotating Machinery (ISCORMA-4). – 2007. – №. E-16048-1.
  34. Шапошников, К. В. Выбор конфигурации самоустанавливающегося сегментного радиального подшипника скольжения по результатам параметрического и ротординамического анализа. Часть 1 / К. В. Шапошников, С. А. Дегтярев, М. К. Леонтьев // Тяжелое машиностроение. –2024. – №3. – С. 29–37.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Шапошников К.В., Дегтярев С.А., Рыженков В.М., Леонтьев М.К., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».