автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка методов расчета и проектирования опорных узлов двигателей летательных аппаратов

РГ6 од

О V ХАРКШСЬКИЙ АВ1АЦ1ЙНИЙ 1нститут

и

¡м. м. е. жуковського

удк 621.454.2.: 621.822.(572+574)

На правах рукопису

Доцеико Володимир Миколайович

розробка мет0д13 розрахуику i проекту вання опорних вузл1в двигуню л1талышх апарат1в

Спещальтсть 05.07 05 - Теплсип двигуни лггалышх апаратт

. Автореферат дисертацп на здобутгя вченого ступеня доктора техшчних наук

Харшв -1998

Дисертащя с рукопис.

Роботу виконшю на кафсдр1 "Детал1 машин 1ТММ'' Харивського ав1а-щнкого шституту ¡м. М. С. Жуковського.

Науковий консультант: доктор техжчпих наук, професор, заел ужений дшч науки Укра!ш М. П. Артеменко;

Оф1щйн1 опоненти: доктор техшчних наук, професор В. А. Марцинковський; доктор техшчних наук, професор В. А. Задонцев;

доктор техшчних наук, професор М. В. Белан.

Провщна уст анова: Дншропетровське конструкторське бюро "ГПВДЕННЕ".

Захисг вщбудеться "_" _1998 р. о 14 годиш на засщаши

спец1ал13овано'1 ради Д 02.27.05 при Хармвському шиацШиому шетигул за адресою: 310 070, м. Харюв, вул. Чкалова, 17.

Просимо пршшэтн участь в обгоаоренш дисертацн або надклатн ввднш на автореферат засв1дчений петткою.

С днеертацню можна ознакомится в б1бл;отсщ Харызського аышуйного шетитута.

Автореферат розклано"_"_1998 р.

Вчеиий секрсгар спе1уа.«13овано1 ради Д 02.27.05

кандидат техшчних наук, професор ^Юрнтоь Г Л

загальна характеристика роботи

Актуалмпсть теми. Сучасний р1пень розпипсу ракетно! 1а космишо! технки характеризуешь створешым надпотужних снлових установок л1талыч<х апараттв на баз1 киснево-водневих рщшших ракепгих двигуш'в (РРД), олш!м из основних елеметтв яких е насосна система паливоподач1 з турбилтм приводом - турбона-сосшш агрегат (ТНА). Нов1 завдання, шо стоять перед розробниклми РРД, поляга-ють в забезпечент тдвищегак ресурсов роботи, багаторазовост! вклгачень, вико-ристаши ыапов'язких високоенсргетичних палив. Подальше знижепня. маси та збшьгаення енергоемкосп агрегата РРД тоже йти гаьки шляхом значксго шд-вищення швидкоетел обертання ротор1в.

У виршснш вказаних завдаш> важливе М!сце поста с розробка та дооладжен-ня нових типш опорних врлт роторт ДЛА. Псрспектквними опорами ротор1в ДЛА па сучаснэму еташ е опорш вузли з шдшилникамн ковзаипя' пдростатоди-нашчного типу та пружнодемпфершши елемептами, ям, на ш'дмшу вид традишК-них шарикошдашшникових опор, не маюгь обмежень за параметром шв»дко.<иу1<>-сп.-

Розробка методов розрахунку та проектувания вказашк опорних вузл1в по--требуе проведешш комплексшос теоретичних та експериментальннх дослцршиг. У .ироцса1х пиконашш мшоть бути враховаш специф1чш умови роботи розглндува-них опорних вузл1в: пикористания як змазувалыюТ речовини опор крюгыших компонентов палива, наяшис-л. знашшх тегшових потош'в м1ж елементами опорного вузла, можлшнсть закштання змазувалыгоТ речопиии та виникнення двофазних течШ в тдпшпнику, висок! швидкосп обертання ротор ¡в ДЛА, згачш динамгац та в5братйш навантажешш.

Тшьки на ошсв1 такою шдходу можна одержати задовиьш практичш результата на шляху створешш працездатпих та економншпх оперт : вушв для су-чаетшх ДЛА. Тому проблема розробкк методов розрахунку та проектуваши нов их типш опоршк вузл1в на основ; комплексного досл'джеиня р1згак аспекта Гх роСо-ти як опор ротор1п ДЛА с актуальною.

Завдашвши дослщятоп, були:

- розробка мстодт розрахунку сгатичшк I дштлмчннх характеристик опор-ких вузлш ДЛА, до складу яких в-одять шростатодшшнчш або газостатэди-нам1чш тдшипники копзишя та пружнодемпферш елементи, а також снстеми ротор - опори;

- розрахунок показшдас працездатносп розглядувашк опоршк вузлш та 1х експеримс'ггальиз дослщжешм на лабораторних установках 1 у склящ натурного ТНА з метою визначешм рацюналыпк режимних параметров робот опор, особ-

ливостей IX конетрукнн, оптимальних геометрнчних стввщношень елеме!тв опорного вузла; ^

- розробка рекомендацШ щодо проектувшшя опорних вуз л ¡в ДЛА на пщстав! анатзу одсржаних лапих теоретичного та експериментглыюго дослщження.

Наукова новизна днеерташйноУ роботи полягае в тому, що в шй вперше розроблсио теоретичш осиови 1 методи розрахунку та проектування опорних вузл!в з гадростатодинамришми шдшииникачи та нружнодемпферними елемептами з урахуванпям осповиих особливоетей Тх роботи в склад! агрегат1в ДЛА.

Одшсю ¡з важлпвих почитпиних рис запропонованих ршень с створення на основ1 розроблепих тсоретичилх моделей у загальненоУ методики розрахунку дос-ладжувапих опор для пииадкт однофазно! (рщнпноУ, газово'У) та двофазно! (газорщинноУ) тсчп> змаз\нал1>нв1 речовинн.

Запропоиоваш меюди ¡ннрахунку та проектування включають так! складов!.

1.Визначсння 1к«мп тискш га температур в несучому шар| пдростатоди-намтного пишишшка, коли змазувалыюю речов-чюю служагь ршика, газ або двофлзна сумин. Днофазш течи у шдишпнику розглядаються на шдстав1 гомогенно? (одношвидмсноУ ) модели в яюй нараметрн двофазного змазування визнача-ютьея виповщпимн значениями параметрш рщини та газу на лнш иасичсиия 1 ступенем сухост и Л", який характертуе вщносний вм1ст газовоУ та ршипноУ фази в двофазному поюц!.

2. Розв'язання спряженоУ задачи яка дозволж визначати поля тисгав та температур в змазувалыюму шар!, температур у пту.пп шдшшшнка та елементах ротора.

3. Внзиачення нггегралышх характеристик опорного вузла 4 Ух анал1з. Вна-сл1Док аишизу характеристик опор при Ух робот! в режимI двофазно? змазки показало, то в залежноеп ви ртпя газовм1сту у змазувалыюму шар| можливе як деяке тдвишенпя вцигажошдномиосН опори, так . УУ рше падшпя.

4. Метод розрахунку дштнчних характеристик пружннх елеменпв, виго-товлених у вигляд! металевих юропод1бних наппшлець. Через нелпийшеть вказа-них характеристик розглянуто задачу про напружено-деформований стан оболон-ки, що розв'язусться за допомогою метода прямнх.

5. Розв'язання задач! про вимушеж колнвання ротора па опорах з додаткови-ми пр)жнодемпферними елемептами та без шгх. Низначсиня амплитудно-частогних характеристик системн роюр - опори проведено шляхом чиселыюго розв'язання ршпянь руху ротора та втулки шдшипника.

Створено ушкальш ексиеримент&зьш стенди, на якн\ винчено вшив закипания змазувальноУ речовини, наявносп двофатих течш 1а теилообмшу в гид-

шиготку на його характеристики, проведено пор1вняльш пипробування опор з пружнодемпфернимн елементами та без них.

Новими також е результат« чиеельного та експериментальиого визначення характеристик опорних пузлш, одержаш на ocuoni виконаних доанджень.

Практична цштсть. Розроблеш методи розрахунку рса/нзовано у вигляд1 комплексу програм, яю дозволяють визначити ocmobim показники працездатносп опорних вузлт з урахувашшм сиешфки tx робота в двнгунах лггалышх анарапв. Результати комплексш!х теорегичних та ескпериментальних дослщжень м|'стять ROBi, ву'клив1 для проектування, вщомосп про роботу опор в зош переход зь.азу-вапьно1 речоаини з рщинного стану в гчзопод|бннй, то дозволило видшгти дьчян-ки, не рекомендован! для роботи у склад1 крюгенних ТНА РРД. Показано еф'' ек-тившеть використання нових тишв п, ужнодемиферних елсуагпв у cnjiaoi опорних пузлш з точки зору полшшення Tx ; „птнчних характеристик.

На шдсташ результатов достджень занропоновано рекомендован! при проек-туватн рашоналын сшввщношення геомстричних та режимних iiapawcipin опор та ротора. Hi рекомендацн ,гтзволяють зменшити сумарну витрату змазуналыю'1 рсчо-вшш, втрати потужност! на тертя та прокачування, а також зннзитн амшнтуди ви-мушених коливанъ i поширити д1лянку стШкоТ роботн ротора.

Oi .зацьоваш методики та результата розрахунюв i ексиернмснталышх досльшень впроваджено в практику проектування та доводки опорних вузл1в ТНА РРД у Воронежському КБ "Х1мавтоматика", Днтропетровському КБ "Швденне", КБ "XiMMam" (м.Корольов Моск. обл.), опор турбин АЕС Харкшською PAT "Турбоатом".

Доспшршсть та обгрунтуващ'сть основних положень та результата дисер-тацм гадтверджуеться використанням для побудови розрахунмвих моделей фундаментальных законов i класичних теоретичннх положень, провсдсним апалпом ал-ropirrMiD та комплека'в програм, застосувапням в експерименталышх досл!джен-нях Еисокоточно! БимфювальноК апаратури та сучас!шх метод in обробкн одержа-них результат, задовшьнкм узгодженням результата обчислень з данимн експе-риментальних доонджень опорних вузлт у склад1 лабораторннх установок та натурного турбонасосното агрегату.

Апробащя. Результата po6ir за темою дисертаци доповщалнсь на II Konrpeci двигунобущшшюв Укра'йш з ¡ноземною участку "Прогрес - Технология - Я)ист:>" (КиТв - XapifiB - Рибаче, 1997 р.), галузевпЧ конференцн по шбрацшпшй доводид турбомашин (ЩАМ, Москва, 1989 р.), Республжанськш науковш конференип "Проблемп ислплйних коливанъ мехашчних систем" (Кшв, 1978 р.), Всесоюзшй науково-техшчшй конференип' "Проектування, виготовлення, експлуаташ'я та Д1агностика вузлт тертя в машинобудувант" (Рнбшськ, 1983 р.), Всесоюзшй нау-

KOuO-техн'-'нШ конференци "Тертя та спрацьовашсть в машинах" (Челкбшськ,Ч983 p.), VIII Bcecoio3iiiíí науково-техшчшй конференци "ГОдвищсння техшчногс pimw, иадШносп та довговишосп KoMiipccopia та компресорних установок" (Казань, 1985 р.), Всссоюзшй науково-техшчшй конференци "ГНдвищення ресурсу вузл)в тертя, як! працюють в екстремальних умовах " (Москва, 1985 р.), ошзшй cecií Науково'1 Ради АН СРСР по тертю та спрацьованост! (Cohí, 1986 р.), галузевому ceMÍnap¡ "Досвщ розробки та дослщження газових опор турбомашин" (НВО ЦКТ1, Ленш-град, 1986 р.), Всесоюзна! пауков¡й конференип "Пугеищешш ефективносп, надШ-HOCTI та довготчиоеп Ko.MiipccopÍB i компресорних установок" (Казань, 1987 p.), III Ьсссоюзшй науково-техшчшй конференци "Пщвшцения надшпос :i та дов-roBÍ4HocT¡ машин та споруд" (ЗапорЬюиЯ, 1988 p.), VIII Всесоюзшй науково-техшчшй конф peimií "Старения компресорних машин та установок, що :абеше-чують »гтенешший розвиток галузей палнвно-енергетичного комплексу" (Сум», 1989 р.), Всесоюзшй ь^уково-координа. ,.ишй парада "Гачове змазування в машинах i приладах" (Ростов-на-Дону, НоворосШськ 1989 р.), двох семшарах секцн "Газове змазування" мЫапдомчсм науково? ради по трибологп' при АН СРСР (Москва, Ростов-на-Дону, 199Ü р., Ростов-на-Дону, 1991 p.), IV РеспублжанськШ науково-техшчшй конференци "Шдвшцешш над!йност! та доегтшчносп машин та споруд" (Кшв, 1991" г,), МЬкнародшй науконо-техшчнШ конференци "Насоси-96" (Суми,, 1996 р.), Першому Всеукрашському з'пд. "ТММ та техносфера Украиш XXI столЬтк" СХаркш, 1997 р.), ШостШ мЬкнародшй конференци "Hobí технологи а машньобудуранш" ГРибаче - Харкш, 1997 р.), КНжиародшй науково-техшчшй конференци 'Чнформащйш технологи наука, техшка, технологш, оевгга, здоров'я" (XapKÍB, Мишкольц, Магдебург, 1997 р.), а також на науковнх семшара.. та розши-рсному зас!даши ка<редри "Детал! машин та ТММ" Харювського ашашйгого шетигуту.

ПублжащЧ. За матер1алами дисертацн опубликовано колективну ыонографйо, 19 статей та 5 текст!в доповций, ¡з них - 6 без сшвавторш, 15 тез доповщей, ¡з 1:их 1 - без criÍBaBTopÍB, 2 авторських евщоцгва та один навчальний иоабник.

R них особисто автором запропоновано комплексний пщхщ стосовно дос.шдження оиорннх вушп ДЛА з урахуванням спеиафш! 1х робота, розроблено метода розрахунку характеристик доошджуваних опор при 1х робот! в режим! радинного,- газорщинного та газового змазувэдшя, динашчних характеристик опорного вузла з пружнодемпферними елемеитами, наиружено-деформованого стану ocramiix, вимушен.л коливань систем« ротор - с ори.

Автору наиежить 1дея моделювання режимш закипания та двофазш« течШ в опорних вузлах ДЛА'на фреоновому cieiwi, а також проведения попередшх випро-бувань турбонасосного агрегату на noBnpi, ним розроблено та реалповано методн-

ку проведения експсрименталышх дослщжень у склад! декшькох сксперименталъ-них установок та натурного турбонасосного; ¡регату.

Кргч того, автором проведено анашз одержаних результатов теоретичного та експериментального доел1'дженпя, видшено рекомендован! д!апазо»П1 режимних парамегр1в роботи опорннх вузл!в ДЛЛ, визначеио Ух ращональш геометрнчн! сшввщношення.

Структура та обеяг роботн. Днеертацш складаеться з! вступу, 7 роздЫв, заключения та висповк!в, списка використаннх джерел, якнй включае 197 наймсну-вань. Работа м!стпть 254 стор!нки машинописного тексту, 116 рисункт, 7 зб.лщь, всього 343 сторшкн.

ЗМ1СТРОБОТИ

У встут дано обгрунтув1чня актуальност! пибраио.о напрямку та зфор-мульовано Гюго мету, подано загальну характеристику роботи.

У першому розд!л! викопано анал!з опорннх пузл!в, ям використов;~отт>ся у ней час для ротор!в ДЛА (турбонасоЫв РРД, турб!н та компресорт ав!ац!йних дви-гушв) та шших швидко-идннх турбомашин. Розгляиуто практику викорнстапня, тендепцн' та перспектипи Ух роза' тку. Зазначено, що як у РРД, так ! в ат'апШних дин гулах як опори ротор!в в основному застосоиуються опорш вузлн з шдшнпнн-ками кочення. Пщсищення пимог до характеристик спор, пов'язаке з! згпьшепнрч частот обсртання ротор|'в, значним зростанпям иотр!бного ресурсу двигупа при за-безиеченш Гюго високоУ над!йност!, диктуе чеобхщшсть розробки та досладжетм повнх тншв опор»"« вузл!в ДЛЛ з тдшипникамн ковзання, то . у що використс лня традишйннх шарикоп!дшипнииовнх опор обмежусться дог.<ггнутил" на ней час. параметром швидкохщносп ((1 п) = (2,6 ... 2,8) •10<> мм-об/хв.

У зв'язку з вшцевказаним у нових розробках проввдних амернкаиських та росШських ф|'рм, як! займаються створгчням РРД, шдвшцена увага прндшяегься опоршш вузлам з шдшипниками ковзанш. Спец;|ф1'ка умов роботи опор у склад1 • ТНА РРД (особливо крюгенних) накладас обмеження на виб!р типу годшнпника коазання, його парам етр1в, а гакож ¡пших, сумгаю працюючих в опорному вузл!, елемс.тв. Показано, що в таких умовах пелт переаги мшоть гщростатнчш або г!дростатодинамнчн! (газостагодинам!чш) гпдшитшки (ГСП) з пружнодемпфер-1шми елементамн, а також комбшоваш опори, що складаються з паралельно або посл!довно встановленнх тдашпниюв кочення й-ковзання.

При розгляд! публ1кац1й, що стосуються стану дослщжень опорннх вузл1в з тдшигашкамн ковзання та Д1там!чних характеристик системи ротор - опори, осо-бливу увагу прид!лено питаниям, пов'язаним ¡з особливостями умов роботи таких опор у склад! двигунних установок л^альннх апарат!в.

Анагз показав, що е позитивий досвщ при вивченш окремих аспектов розглядувано! проблеми створеиня методов розрахунку та проектування огэрних вузлш ДЛА. Розгляную пщходи рЬних авгор1в шодо дослдакення опор ковзаиня в рамкач виршекня ¡зотерм1чно'1, не13отерм!чно'1, термог1дродинам1чно'1 та термо-пружногщродинамгагаТ задач змазування. Серед них вдаи'чено ггши Малахов-сыого С. С., в яких вперше шпсорнстано р!вняш1я пдродинамК ю! теори змазування для визначення характеристик пдростатичних шдшнпшшв, пращ Максимова В. А. та Рухлинсвкого В. В., присвячеш дсслщженгао опор з урахувашшм теп-лообмн!у м1ж елементами опорного вузла.

Особлшй ¡атерес являють собою пращ, пов'язши з дослщженшм крюгенних ГСП (американських авторт Редюнфа, Вора, Брауна та ш.), а також шдшипшшв, що працюють на неоднофазши змазувалышх матер!алах. Серед останшх слад В1дмп-.ти виконашу р^зний час праху 1Чейнберга С. А., Иваново! Н. Г., Максимова В. А.

Динамшш харакгеристики опор з тдшшшиками ковзання та динамжа си-стеми ротор - опори в рамках лшШно* та нелпшшо! постановки задач! розглянуго в працях Позняка Е. Л., Сергеева С. I., Токаря I. Я. та ¡нших ачтор1'в, а також, сто-совно до пдросгатодинам1чних тдшшиншв, в працях, виконаних шд кер1вниц-твом Артеменко М. П. та Бслоусова А. I. У працях Сергеева СЛ., Кельзона А. С. та щ. показало, що ефективним засобом для покращанш дшшичниз характеристик опорного »узла с використання пружнодемпферних елсмент1в в опорь

Проведений аншиз евщчигь, що виконаш теоретичш та експеримешгальш дослщжснкя торкаються лише окремих питань, пов'язаних з р^зрахунком та проек-тувагашм опорних вугт ДЛА. 1снуюч1 методи розрахунку не враховують або на-повною м1ро.о враховують особяивосп Гх роботи, а наявш опублйсоваш дан| про експернменталиШ дослщження опорних вуз;пв з шдшипниками ковзаиня для ТНА РРД (зокрема, крюгенних) надто обмежеш.

У зв'язку з цнм для створеиня надштк методов розрахунку: _ проектування розглядасмих опорних вузл1в ДЛА була запропонована методика проведения ком-плекс-их теорегичних та експерименталъних доот'джень, яи враховують головш осс ~ливо<лз умов роботи просктованих опор у склада ДЛА.

В цШ робот1 наведено результат такого комплексного доевдження в1дп0в!д>10 до 01 зр ТНА РРД, ям змазуються крюгенними роботами речовннами, складов! якого зображено на рис. 1.

У другому роздцн викладено теоретичш основ! розрахунку 1 проектування опорних сучлш, що дослщжуюгьск. Головннми показннками 1х нрацездатносп (характеристиками) с вантажотдйомшегь, витрати змазувал ю! речовшш, вчрати потужносп на тертя, динамимш характеристики онори, як! визначають амнлпуди

Pist.l

Комплексний тдхщ до дослщженич i проеетувшшя перспестнвних опорни* вузлй ТНА РРД

вимушених коливань ротора та режими йо-. го спйко1 роботе.Пщ час визначення вказа-них характеристик розглядаем опориий вузол як складову частицу динампно! система рогор-опори. На ги'дстав! практики використаиня та скс-плуатаци РРД для теоретичного анэ>пзу з певною м1рою при-пущення можна вкко-ристовувати динамь чпу модель "жорсткий ротср-шддатлши опори". Спрощену модель розглядуваного ротора -на пружнодемп-ферних елемсптах подано на рис-.2.

Яшцо з диочих навантажень перева-жаючими будугь вщ-

(Е

т,

Рис.2 Схема розрахуику ротора на опорах з рухо-мою втулкою

(О

центров! сили вщ нсзбалансованих мае, то рух ротора та втулки пщшипника опи-суеться системою, що складасгься з чотирьох ртнянь /я,*, + Л,*, + С|Дг, - 1 simp + Jcos<p - О т\9\ + + - I cosqy -Jsitup = Q т +2(1 sinip- J los<p) = mar & cosoj l mp2+2(1 cosp+Jsing>)= ina)2bsina>l.

де

m, m\- вщпов1дно мгсаротораi втулки; • s

X\, yi - координати цешра мае втулки подшипника ковзания;

Ci.A'i- коефщюгш жорсткост! та демнфуваиня пружиодемпферних елсмеитш;

/, J - проекди Ндродинампших сил у подшипниках;

tp -кут положения jitni'i uciiTpie шина та втулки;

jt2, vj - координати центра мае ротора;

У

Д - злИщення центра мае ротора в1д геометрично! ось

Основна трудш'сть при розв'язанш дано> системи полягае у внзначешп вн-раз1в для пдродннам1Чшгх сил / I У, а також дннамтшх характеристик до-даткових пружнодемпферних елеменг/в, що входя гь до складу опорного вузла.

Внзначення пдродипам1чних сил пов'язапо п знаходженням функшТ розпо-дшу тисюв 1 теператур у змазувальному шар! гмдшнпника.Оснозою длл 1х визна-чення е р1внян]1я пдромехашки, яга внражшоть закони збережешш импульсу, масн 1 енергн:

- р1вняння руху в'язко! стнсливо! радини- р1вняння Нэв'с-Стокса

- ртняння нерозришосп

- р!вия1шя баланса eneprií

OV ,

p-~^-graap+tiAv\ (2)

et

divpv = Q; (3)

(4>

. При припущеннях, як! звнчайно приймаються в пдродинамишШ теорй змазування, pisiwinm (2) и (3) зводяться до р!нияння Рейнольдса

\tikj дх) dz\ ик2 а:) ох

дх

де U и V - nepeM¡HH¡ граничш умови, як! залежать В1"д швидкостей шипа та втулки.

Одержане ршнняня (5) розв'язуеться разом з р1-внянкям eneprií (4), до ккого входять перемшш властивосп змазувалыгоГ речовини - в'язшеть р, густнна р, енталыня i та теплоемкость Ср ,ak¡ с нелпийними функциями thckíb i температур. У дашй робой jji залежное п одержано апрокшмашао табличннх значень за допомс-гою спещальних гидпрограм.

Граничш умови для тискш задано на зовшшньому кош-ypi иесучо? повепхш гадшипшпеа га на KOinypi живильних камер, причому на осташйх вонн заздалепдь невщсм1, а вюначаються в npoueci розв'язання Í3 системи р1внянь балансу витрат для кожно! з камер тдшипника.

При розв'язант р)вняння енергп задано значения ентальпп на зовшшньому контур! тдшипника, на Koirrypf живилытх камер, а на обмежуючих змазувальшш шар поверхнях задано граничт умови третього роду.

Коефвденти кх i кг, яга входять до pimvuHH (5),. дозволяють врахувати неламшарп режими течи змазувально! ргдшш, хараетернх для розглядусмах малов'язких змазувальних речовин i високих швидкостей обертання роторов. Один з тдроздгшв роздшу 2 присвячено короткому anairáy метод!в математичного опи-су неламшарних режим! в течн змазувально! речовини та обгрунтуяашпо внбо-

ра методу, що внкористовусться в шй робот!, який базусть^я на залежност! коефодатв турбулентшпт вщ сшвЫдношс-.шя чисел Рейнольдса, зумовдеиих теч!ями зсуву та напору, 1 ищпошдних критичних значеиь. '

Докладно дослужено робог)' опор при закипаиш зиазувалыю! речовшш в гщравл|'чних трак, ах пщшипника та появ1 двофазних теч!й у пцпиишшку.Там дослщження не мають аналопв ссред ¡снуючнх методт розрахунку опорних вугшв. Для онису вказаних пронести було застосовано гомогениу модель гечн, в якШ розглядасться кипляча рмина як р1вноважна сумш двох фаз. Це суттево спрощуе розв'язання задач! I разом з тнм дозволяс одсржати результати, якт добре узгоджуються з даиими експерименту.

При розглядд закошв збереження :ласи, ¡мпульсу та енергн' стосовно до двофазно! течп • з умиви одчошвидюсно! (ртноважноТ) модсл1 течи вони зве,"еш до р1вняшш Рейнольдса вщносно функцп розподшу тиску 1 до узагальненого р1шшиш еисрл'1 у вигляд!

2 ~ 12цкх дх) \др) „ дх + ' дх Р

Р

.дР*

12цкг дг

Р' п .

+ рЬ

ур)„ ¿>1

1 <?/

(6)

\Jhdp . и3 , . .

2 дх п

У випаДку однофазно! течи параметры П1 П\ набувають значения Т '\ср, для двофазного потока П \ П\ вщловишо доршнюють X \ г. Величии! 1 Ч ет-ш характеризую«, теплообмш у шдииипнику аа иовсрхиях вала 1 тулки, \цо обмежують зма^вальний шар.

Особлива увага придтена визначенню властипстей змазувального середовнща для киплячого дг-разного потока. Усерсднеш параметпи гомогешю! течи' визначалися залежно ви властивосгей фаз на лни! насичешш О як функш» тиску та масового газовлн'сту (ступеня сухост!

X) у розглядувашй точш двофазного потоку.

Ентальп1я та питомий об'см с екстенснвними величинами, виасладок чого для них справедлгаи сгиввщношення

у„=уж(/-*) + ^а; (7)

- /^(1 - А')+ • (8)

3 формули (8) визначасгыя ступшь сух осп:

у _ ~

(9)

В'язюсть даофазного середовшца, величина якоГ залежить вщ багатьох фактор1в, знаходилась за допомогою емтр1-чт;х стввотгошень, котр1 мали phiuui Birr ляд в залежнослт В1Д копцентраца фаз.

Зони одно- i двофазно! теш'? знаходяться за стуиенем cyxrcri X, що визнача-егься зар1внянням (9). Для однофазно! течи рщшш А-0, газа - Л-1, при доофазнШ течи 0 < X <1.

Впливашя теплообмену мЬк змазувальним шаром та елементами гадшшшика розглянуто на модели подашй на рис. 3. Модель складаеться з диска ), корпуса 2, втулки 3, вала 4, ущшьнення 5 ( у даному випадку як приклад розглянуто опору, розташовану бшя турбнш, хоча зам!сть диска в модсл» може бути й робоче колесо насоса).

За довжкною вал було подшено на три дмянки: на д^шпсах I i II з1Д.бувасться теплообмш тшьки на цилш-дричтй, а на дтянщ III - на цшпндричшй та торцевш по-верхиях.На дшянках I i III ко-ефМенти теплов!ддащ прнй-нято сталими.Вва;хшоться bi-домими температуря злазу-в'алыюГ речовини в коле-KTopi 6 перед и подачею в несучий шар 7, а також у Micui стику вала 4 i диска

О

и

III

1 ,LB

и

о

Рис. 3 Схема розрахунку опори ТНА РРД

(перерез 0-0 ). У розглядувашй модел1 В1сь г спрямована вздовж ос: тдшнлннка з початком на торщ диска.

Для випадку, що аналгзуеться, разом з р1внянням енергй розглядаються ршняпня теплопровщюст! Д1я втулки та шипа:

v2r = о

AV2T=pecU-~-г д<р

(10) (П)

Як граничш для р1шгянь (10) 1 (11) прийнято умови иерюдичпосп для вала 1 втулки Т ТI температура вала Тк у перерш 0-0 , а таксж грашяш' умовн третьего роду для вала 1 втулки, яга визна^ають велнчшг/ теплових потоков м1ж валом, втулкою, змазувальшгм шаром 1 навколиипим ссредовищсм.

Одержана при сшлъному р:шенш р1вчяш, Рейнольдса 1 енергн функцш розподшу тиску на опоршй поверхш шдшигашка с базою для вгоначеиня його ¡нтегралышх характеристик:

-вантажошдиомносп

I = \ Р(.х,=)со$(х-<р)с15 , J = ¡P(x,z)sin(Зc-<p)c¡S (12)

А' 5

- об'смних та масових витрат

/ ^ V Ре,

- втрат на тсртя, зумовлених обертанням шипа"

К>кр=<оП\т*8 . (14)

£ И 2 д х

У третьому розлЫ викладено методики визначення пол ¡в тисмв 1 температур у досшджуваних опорних вузлах для випадюв стацюнарно! та нестацюнарно1 течШ змазувальноУ речовипи. Для стацюнарного випадку задачу розв'язано з урэхузашшм ьпливу закипания змазувалыю! речовинн 1 наявиосгп теплообм1ну М1Ж змазувалышл? шаром та елементами шдшишшка. Поряд з цим розглянуто ад1'абат!шп випадок, коли гсплообмшоч з навколишшм середэвшцьм 1 тепловпдпс.чням у шдшиппику можиа знехтуваш. Нестащонарна задача змаування для ш^шипникт з рухомою 1 нсрухомого тулкою розглянута для однофазно! течи змазувальноУ речовини.

.У зв'язку з тнм, шо аналогично рс>зи'я;аип" дифсренфаш.них ршнянь, ям складаюч ь математичиу модель розгляда«;их оиорпих вуз/пв для вказаних вшце випадюв, з урахуваиням нелшшносп вЫе? задач!, утруднено,.широко використано чиссльш мет оди.

Для опорноУ поверхш тдшипшжа роза'язувалася двовим1рна задача (значения тисюв 1 температур по товщтн змазувального шару усередшовалпся). У цьому випадку накладалася ортогональна спгка в кодовому (Ах) та осьовому (Д :) напрямках таким чином, що центри живилышх отворив (жиклср!в) зб!галися з вузлами розм1рно1 стси. Вал I втулку також було розподшено на дшянки в трьох напрямках: Ах, А г 1 Дг. ГПсля перетворення ршняння Рейнольдса (5) на скш-ченно-р1зшщевнй вигляд одержано систему р1внянь вщносно значень тисмв у вузлах С1тки р, (, яка розв'язуеться методом прогонки.

Величини тискш у камерах шдшшншка, ям е граничними умовами для р!вияння Рейнольдса, заздалепдь невщом! та вкзначаються в процси розв'язання ¡з системи р!вшшь балансу витрат для кожиоГ з камер. Вики також зводиться до системи ршнянь ввдносио ра. Ртияпня енерп! для змазувального шару га р!виян-ня теплопровщносп для шипа 1 втулки також,зведено до сюнченно-рпницевогс вигляду: • '

- для змазувального шару - вшносно ентальпи у вузлах с'тки / ц ;

- для вала 1 тулки - вщносно поля температур Т (^ в кодовому, рад!альному та осьовому нгпрлмках.

Одержат система вщносно тисюв 1 температур розв'.-пувх'шся разом з викорнстанням спкових методш.

Прогнашзозано метода визиаччння коефшптв тепловидг™ I вибрагп з них найприйнятншн для врахування особлтюстей задач!, то розглядаегься.

Схему опорного вузла при розрахунку теплообмшних процест подано на рис. 4. Косфксент тетлов)'ддач1 на цилшдричннх дпянках вала 1 поза ш'дшишшком втначаються залежно зщ величшш коюпоУ шаидкосп рала. При розгляд! теплообм;ну в тдшкпнику (на поверхнхх 2 I 3) косфщкпти тепловщдач! вшначялгсь окремо для нагьрннх 1 колозих течн!, а попм знаходився сумарний когфвдшт.

Ыг торш вала 4 1 торвдх втулки 5 розглядаеться модель те-плообм1!1у з иаикочшшпм середо-вищем, що рухасгься вшыго, 1 кое-фщенти теплоз1ддач1 втначаються залежно вщ режиму течи (ла-ышарний або турбулентний). Для колектора (позерхня 6) задано гра-ничну умову першого роду -прийнято, що температура зсз:н-1шао1 поверхн! втулки доргашое температур! эмазувалыю? речови-!Ш на вход! в гадшштник.

^ 1: 1ч;1.

Рнс.4.Схема дня розрахунку nponecie. теплообмнгу в пщшипнику.

Визначешга когфщвскпв тепловадач! при киш'шн базуегься на емшричтшх залежностях, в хгагх кипшня враховуеться введениям поправочных коефтщшпв, яш характеризуют кснзективний рух речовнни та теплове навантаження. Розраяунок коефщ!С1гпв теплов!ддач1 являс собою нелшШну задачу га погребу с .^оргашзгцЙ додапсових ггерацШ.

Показано, що при незрахувант теплоьбмшних процест для крюгештх ко'мпонентга тешювидшення у змазувалыгому mapi незначне, i в цьому внпадку етгтальпио можна прийматн пошйною i такою, що доршшое Е значению на входа. Тод! ирсцес однофазного змазушшя може бути описаний за допомогою pieiwinw Рейнольдса, залежностей, яю зв'язують власгавосп змазувального середошнцар i и з тостом i температурою, i ршиосп i(p,T)~ '(р0,Тй). Це дозволяе суп сто спрстпгга програму розрахунку та змепшнти обсяг обчислень.

Кестащонарний процес т?чИ змазувалыга! речовннн для розглядуваного опорнэго аузла з рухомого втулкою ггроанаш'зозано з деякими припу .деннями, яю

дозволили суттсво спростши розв'язання поставлено')' задач! та сдержати вйсмосп иро дина.шчш' характеристики системи ротор - опори .при прий11ятних витратах машинного часу.

Розглянуто однофазну темю змазувально* речовини без урахувашш теплообм!ну в гадшипнику, шо для малов'кзких змазувальних речовин дае !,.o;rcjuisicib виринувати задачу розлодшу теку в змазувальному uiapi як 1зстерм1чну. KpiM того, прийчято, що з дточих при високих швидкоспх обертання ротора ГНА переважними е вадиентров! сили в!д незртноиаженосп. Taxi при-пущешш дозволяють при розв'язанш системи piBiwin. руху ротора i втулки перейти В1д системи дифер-лацальних до системи алгебра'!чних piBiwin.. У цьому вшадку рух ротора витэы'дас прлмШ синхронжй npeuecii, а втулка здшенюе прецеа'йний коливалышй рух на пружних опорах. To;;i система (1) пере-творюсться до системи трьох не/ншйних р)внянь вщиосно е , е \, i <р, „е е - ексциггрисетст шипа вццюсно втулки;

€[ - ексцешриситет втулки вдаюсно корпуса;

<р - куг положения цешра шипа.

При розв'языин одержано! системи використовувася ггеращйний метод Ньютона.

Четвертий роздт нрисвячено визначенню дииашчннх характеристик опор- . ного вузла та його елемекпв, а також питаниям динамжи системи ротор-опори. Розглянуто вимушеш колнвання i crilbcicTb руху ротора на ГСП з нерухомимн втулками та втулками, встанозлсннимн в Kepnyci на пружнодемпферних елсментах.

Одшао з важливих складових частнн вирйиеня вказаних задач е визначення динам1чних реакцш змазувального шару i додаткових пружнодемпферних еле-ьеипв, що вховдть до складу опорного вузла. В цШ ребегп /ишаличт peatcuil змазувального шару визначшоться при чкеедькому рлв'яэашп («впяль руху ротора i втулки, а також експерименталышм шляхом.

Один з пцфездшв нрисвячено вириненню задач! про визначення дннамь чних харастеристик пружиих елемигпв, ям викорисговуються у розробленому за* участю автора опорному пузл! TI1A. Це гонкоеттна металева торопод!бна обо-логоса обертання, яка одержуг кшематичне наваш-аження при перемщенш втулки пщшшшика. Для розв'язання поставлено! задач! розглянуто напружено-дефор-мовшшЗ стан сболонки (НДС).

Дтя шфшення поставлено! (адач! найбшьш часто викорисговуються два методи: кнщевих елементтв и метод прямих. При попер тдьому аналш можлквостей вказаних методов иеревагу було в1ддано методу прямих як бшьш економ!Чному. |

Розрахункову схему оболонки подано на пис. 5, де М - доаыьна точка э координатами г, 5, ф , для яко! характера дв1 толовж крнвини- Нэ.Рч./\ал1 розгля-нуто сукуншсть П1'внянь де-формащ'й, сп!вв1дношень пружносп, р1вноважност1, яка при приГшягнх гранич-иих уморах являе собою замкнену систему, дзстатню для визначення параметров НДС оболонки.

При розв'язанш одержано? система як невиом|' розглчдаються вгам упа-гальиених силовик фактор1*в 1 перемщень. Одержану систему р1вняш> було пергтвореьо до вигляду

Ряс.5. Розрахункова схсма оботоики

¿У ¿Б

у дУ сН_

'¿ю'де2'¿в* 'до4

де А - деяка не.'прлйна матрична фушсвдя.

П«сля замши техвдких сюнченно-роницевими аналогами д1'стаг.емо систему зсичгйшх диференвдальних р!виянь з нелшгйною правою честимого, при роз р'язакш яко? вшсористовугатьея метод Ньютона та метод ортогоналаацн.

Для ГСП з иерухомош втулкою проаиалповано результата досаджеш. несташонарнсго руху системи ротор - опори. Рочггшгуто випадок усталенсго руху ротора, коли нестащонаршсть у змазувалыюму шар! тдшипника в.пначасться силами, що пер!©®™« змптоються у чаек Пдродошам^чш с или, яга входять до системи р1внянь руху ротора, були визначеш чиселы:е-аналггич1'ими методами (шляхом розкладу функш! таску в ряд Фур'е з використанням методу Гальо^кша). Одержат вирази для перемшшх пдродтштних сил в явному вяглад1 дозволили досадити вцмушега коливання та спймсть тсу ротора шляхом чисельного ш-тегруваиня р!внянь руху ротора

Зроблеи за опрацьовшюю методикою розрахунки дали можлтлеть про-анал!зувати вплив р5з1Шх геометричних 1 режимних пзраметр1в системи ротор -опори та вйдишти тт з них, ям найбп ше впливають на динамичт характеристики системи р}я91№ спйкого руху ротор ¡в I амгоптуди вимушених коливаиь. Разом з гам шшнз Одержзних результат показав, що в рамках системи ротор - ГСП з не-.рухомога вУулкою за вадсутност! додаткових пружнодемпферних елементш не вдаеться доеить ефЬехтьеНО боротися з неспйкими режимами руху ротора, а можливкй диапазон злв'наля геометричних 1 режимних параметр!В системи мае

обмежеш можливосп.

Гому над?л1 дослщженкя було проведено для опориих вузл!а, до складу яких входили пружнодемпфсрш елементи. Розглянуто вимушеш коливания ротора та втулки для випадку прямо! синхронно! прецесп, а спйисть руху ротора дослщжсно експеримеигальним шляхом.

Розроблено методику розрахунку вимушених коливань .рогора, устшювлено-го на двох ГСП з ппужнодемпферними слементами в вигляд! <- под1бних кшьце-вих мембран (д.ш. рис. 4). Пдродинамлчш сили / 4 £ яи входять до системи рш-нянь руху рогора та агулки, одержано при нгш руваши пол1в тиску в шдшипннку.

Запропононана матсматччна модель дозьоляс одсржати шформацйо про пе-ремицения шипа вщносно втулки пщшипника, колниания втужи вщноско корпуса, сумарш амшнтуди шипа I втулки, шддатлив^сть (жорстюсть) змазувалтого шару та пружних елеметтв при ргзних геомегричннх 1 режимних параметрах системи ротор - опори.

Задачу було розв'язано за допомогою чисельних мстод1в. Алгоритм роз-в'язашш задач1 м1стить велику юлыаст ь вкладених итеращйних 4 простич цшшв, а також, вшхладок використшшя стсових функцШ для ршения диференщаяышх р1вняць, значно! кшькосп масивш. У програлп ога1сано сггку розм1ром 17 на 51 точку. Для зручносп користувача програма мае блочну (модульну) структуру.

Розрахунок динам1чних характеристик здШсшовався за таким алгоритмом:

1) веодяться початков} значения ексценгрнситепв шипа та втулки е, е/1 кута

V,

2) П1сля введения початковнх даних розраховуеться перше наближення поля тискш р,у, задаються значения термодинам1чних параметрт на вход1 и шдшитшк Рй. Но>

3) за вщомим полем тис.;у р, у обчислюютья значения р а.

4) розраховуюгься коефнйенти турбунептносп к х,к,\

5) вшначакяься тиски в камерах ГСП ¡з системи балансу витрат;

6) методом прогонки розв' язуеться система ршнянь в1Дносно

7) поршнюються задана га одержана на даном) крош похибки, ¡, якщо точшеть не забезпечена, повгорюються обчислення по и.п. 3...5;

8) визчачаються значения пдродинам;чних сил; >

9) формуетьел мгтриця Якоб!, пот ¡м рэзраховуюгься значения окремихрохщ- .

Ш1Х (/=1...3, * = 1...3);

10) методом Ньютона обчпслююгься приркти незалежних параметров;

11) визначаються нов; е, еиф - (*,- х/ + Ах

12) обчислюегься середньоквадратична неч'язка (норма) I порышоп>ся и заданою.Якщо задана точшегь не заОезнечена. то повторюються обчислення за п.п. 9... 11.

У дисертацй подано блок-схем)' розрахунку та докладной отгис шдпрограм, яю реалиуготь нагсдеш вище егапи розрахунку.

У п*ятому роздш описано експернменталын стенди, вузлн, що ышрсбують-ся. атакож методику проведения експериме;гтал.1><п1х )юслзджеш>

Внасл1док аелико'1 трудом!Сткосп га высоко! вартосп натурних вилробуваиь крюгеннпх (кисневих 1 водневих) пдошщшшв на реалышх об'ектах (у склад! тур-, бонасосного агрегата) процес експериментллыюго дослщження розглядуванях-опорних вушп подшено ьа два етапи:

1) докладье доолщження ГСП на моделях, яга 1М1гують осноеш властиьосп реачьнс) опори та зручн: для роботл в лабораторних умозах;

2) випробування заздалепдь доапджегого ГСП ь реалышх умок ах. коли можливо одержать шфорнгцпс лише про невелику кшыаст1. параметр1в в стисл! строки.

На р1пн( пепшого етапу експерименгальш досл:дження проведено на мо,"е-люючих рщянах - фреош, вод!, а також на повир1.

У другому п'дроздш описано стенд, на якому було проведено дослвджсниу процесш у ш'дшипнику, що працюе на рщиншн, двофазш'й або газоподдб»ий ро боч!й речопнш, а таксж виьчешм штгань, пов'язапих з техтообмшом мЬк змаз' вальним шаром, поверхнями вала 1 втулки пщшипшша.

Пршщипову схему стенда показано на рис. 6.

Рис.6. Схема експеримет ального стенда

В<ч;а зключас в себе експсриментал..ну установку I, сисгему живлгнчя ГСП змазучзлы:о>с речошшию П, вшпрювалышй комплекс Ш та допсклжш систсми. До складу ексиеримептально! установки входять випробовуваний вузол та .-лектро-дви!ун поспйного струму 13 -убч^стим мультшшкатором - привод узла. Привод дозволяв проводит вигробуваиня в диапазош частот обертяыся до 30 ООО об/хч.

Система жив песня ГСП язляс собою эамкнений фреоновий контур, який за-безпечуе подачу змрзувзльно? речовини в галшшшики при тисках 0,1 ... 0,8 Vi Г! а i температурах >65 ... 400 К. Контур складлсться з системи конденсат!, очищения та збетгання фреона I, насоса 2, нагртника 3, BirrpaTOMipin 4 га 10 венпшв 5. 6, ' краит 7, 8, а також хоьодилыюУ мшпиии 9.

На дшясп: А В до фреону гмдводиться тепло за допомогою гг.ектронагртня-ка. .'но склацасться з трансформатора 3 i зм^йовика AB. Перелбичсна можлирлсть napi3iioro жпвпення пщшншшюв: одного - через нагршнпк, другого (за допомогою крана 7) - обминаючи його. Шляхом регулювання температури neiiarpiToro фреона , та фреона теля нагр1вника з.т'йсшовглчся як поведения тепла до змазувалыюго ' шару, так i выведения тепла в ¡л иього.

Наведено докдаднин опис ко; кггрукцн вузла. який випробувався. На першому еташ досл'джень основна увага придшялась вивченню нроцеав закипаиня та по-ьеднпц дпофазного змазуналыюго середовшца. Було передбаиено вим!рювання тискш та температур в иистнаддяти точках т/цшшннка, шо досладжувався. Вим1рювг<Ш1Я температур проводилось за допомогою термодатчшав ¡ш складали-ся в двох хромель-копелевих термопар, одна з яких вимфкшала температуру змазувального середоптца, а друга - температуру внутршшьоТ поверхш нщпшпни-. ка.

На другому erani експеримеьтзльких доелдасепь цей вузол було допрацго-вано для вивчення процеив теплообмшу мш змазувальним шаром, втулкою шдшилника та валом. У рпних його точках було вмоктовгдо 42 термодатчика, прюначених для »имфювання температура змазусалмю! речовини, вала та втулки шдшишлша в осьовому, радиальному та кодовому напрямках.

Ви.\н'рювалышй комплекс стенда 1П дозволяв яимфювати температури та тисю в рпних точках вилроблвуваного опорного зузла та в систем! жкшгешм, витрату змазувально! речовини, 4aciory обертання та радоальш перемодення ротора, нанантажекня, що дде на опора

ВимфЮЕалпя температур здШснювалось за допомогою вольфаридоомметра, блока зв'язку, тршекригггора та рееструючого пристрою. Для вим1рювання тиску викорчстовувалися зразковт манометри, об'емно! витрати - турбшш витратом!ри, ьстановлеш на входа в кожний пщшипник.

Величини рагпальних перемйцень та амплитуд коливань ротора вим!рюва-лись в двох взаемно перпендикулярних (вертикальнШ rä горизонтально) плогци-нах 1нлукгип№аа1 датлеами ДЩ-20 за допомогою перетворювача ШП-С з

реестршипо с-игналт дат чика на шлейфорому осцилограф!. Часготт обертанмя вала вшначатась також за допомогою ¡ндуктичного дагчнка. Рилипьне наваитаження ротора зд1йснювалося зт дспомогою пдрощииндра, по тиеку масла в «ому, що вгаирюваяося зразковим манометром, втначалзсь сила, дпочэ на опори.'

Досладження Д1шам1'чних харлктеристяк спориих вуья'л з пружними елемсн* тами та комбшованого спорного вузлп проведено на стснд|", де ж1!влсння ш'дшнп-нлк!ч зд'йаповалося водою. До складу стенда входили система живлення водою,, експериме:¡талым )'станопки, комплекс вимфюваль.юГ апаратури, систем» с.пек-троживлення прмвод'в, допо.»пжн< агрегак. стенда. Система живлення дозвоячлаа нодол'ати у чипробевуваш ш'дшииншо! воду прн р1'зни:: р!внях тиску (до 1,9 МПа).

Привод, як 1 в ошианому пшце стени, спадайся з еле;;гродпигу!!;1 поспйно го струму га мул1-типл|'катора, дозвсяв розвивати робоч! оберти до 35 - 40 тис. ^об/хв. Вузол для вииченняьхарактеристик опор з пру&нодсмпфсрннми елементг.ми складався з корпуса, двох рад1апьних пщшипников та 'лаьангажувалыюго пристрою. Втулки шдшишитав було встановлено на двох <-под1бпих пружно-демпферних елсментах, описан,IX вище. В робо-юму режим! ь-п лка шдшишшка могла перем;щуветися на пружпих елеметгх у радиальному налрямку, але була фксована в ¡л позороту в кодовому напрямку.

Прн випробуванш даного вузла передбачепо вимрюваиья перемнцень вала та втулки шдшипниюв, а такс .к частота обертання вала '.а допомогою ¡ндуктивиих датчик1в, питрати, тиску 1 темнератури води па вход! в т'дшюшик, а також тиску в змазувальпому шар! лщшнгшика.

Лмш.пуди коливань шила та втулки та частота оберташщ ротора вго.чача-лися в результат! обробки осцилограм, Частота обертання ротора знаходилась за числом ник1в сигнала датчика обертш у псвному штсрьам часу (зынайно 0,1 с). Амплпуди колившгь заводились як ссредня величина з дссягьох ви:л|'реиих на осцилограм! значекь.

На цьому ж стсщн внпробуваио комбшовану опору, що складасться з пара-лельно истаиовлених падшипника хочения та лдростатичного пмшкшшко. Так» опори дозвсляюп. забезпечити иормальну роботу турбонасосною агрегата час його запуску, коли тиск на вход| в ГСП вщсугшй. В 'лому внпадку працюг. лише тдшнпнкк кочсшл. Надал1, з пдаищенням тиску в ГСП, частка навангажеиня, яка м спри£шасгься, збшьшуггься, а тдшипник кочекия розвантажуегься.

У вузл1 одна з опор була гыросгагичною з жорсткою устаьочкою втулки в корпус!, а друга являла собою вигпобовуваьий комбшований подшипник. У слдакуваый опор1 втулка ГСП спиралась на < :од)бш пружт елементи, а шдцг.ш-пик кочсния - на тоикостшне к:льце. При навантглсснш опори це кшьце деформо* вувалось, що дозволяло ьа допомогою нщуктивьсго датчика за величиною .и-рем!шеш!я внзначатн частку налшггаження, яку сгфиймас пи.шипнкккочеикя.

Крш сгшсаних ек-сперименгальних вуз-лш , для доол1дже(1:ш поведики розроЗлечих ОПОрНИХ ВуШР в натур них уыовах за учас-по автора спроектировано га виготовлено в КБ "Хшавтоыатика" турбонасосияй агрегат, ротор якого встановлене на ГСП с пружними едсмент&ми (рис. 7).

, Цей турбонасосний агрегат був пршначений для перекачування па-льиого (водню). Ротору агрегата нздасться обертання одностушн-частою 0сь0В0!0 тур-б'шою, робочим том яко! е водень. На валу ротора встановлено крняьчатку в1Дцс!ггро-вого насоса з1 шнеком, яо оби ала боки якоГ розташоваио опори! ву-зли.

Датчик коливань ротора

Вхад псв1тря в турбщу .

чЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ^

• ВИХ<Д повпря з турбиш

Рис.7. Вгасробувашш опор ТНА на повщн

Конструкция спробного зразка ТНА передбачала шплрюаання осиовиих параметров, що характеризуют^ роботу турбонасосата його опорних вузлОв.

При попередньому експеримспталыгому до'-лщжешн опор ТНА 1х зыазувгп-ня здШсшовалося поштрям. Частот« обертання ротора та Його радОалыпк коливань вшъпрювались за допомогою шдуктсшшх датчик!в, апаратури ГВП-С та шлейфового осцилографа. Ротор ТНА було встановлено вертикально, його нижшЯ торець спирался иа кульку, що сприймала вагу ротора.

Кры того, для натурних випробувань на водн| даиого ТНА в КБХА за учас-•по автора подготовлена докумеьтащя, що визначас монтаж, складання установи! та об'екта випробувань, подготовку в1шробувань, випробуванш, а також обробку результата випробувань.

В осташаому подроздш роздшу 5 описано методи обробки результатов екс-пернменп'в та оцажи похнбок вимо'рювань. Висока точность виморюватш параметров дослоджуваошх опорошх вузлов забезпечувалась викорогстанням високогсч-ноо внмо'рювалыюо апаратурн та ргтельним таруванооям внм.'рювальннх датчимв. Кожна серш пипробув-шь повторюзалась 5-6 разов, пот1"м одрпжаш даш об-роблгавалпся на ЕОМ, знаходилиеь середогьоквадратичш' шдхплепня ! меж1 доворчнх ¡оггервал1в за допомогою кос('л'ц1снта Стыодента, який прн при/шято.му. значено» коефошента падшносп 0,95 дор!внюе 2,78. Метод найменшмх квадратов застосовувдвся о при обробщ дэних, одержаоих при тарувшпн.

У шостому роздол! наведено резулътати теоретичооих 1 експерооментальнок

дослод'/кснь основной характероостик

Т'С1—------досл'яжупашг; опорошх вуз;пв.

. Показано, одо закипания та появления двсфазних течой розко змш.ое картину розподшу. температур!! на вход1 в змазувальному шаро шдшитшка (рис.8). Збшыыешм температур» на входо' вщ 14° С (лшн !) до 65°С (лшн 2) приводить до за-кошання фреона близ межо т'д-шигпшка, про що свичнть роке па- , дг.шя температуря. Подальше ащви-щеошя температур)! на нход1 (лшн 3 -Т0= 72 °С, 4 -То =79 °С ) зеувае точку кнлшн» до середиии пиппшпика, масовоой газовмост на внход1 ся[гае 30%. Одержано доСсий '^¡г теоре-гичтг; о' експерименг'альних даних-ршшця мо'ж ооими не перевищуе 6-8 %. Результате« аизначення поля Рпс.8. Вплив закипания на розиодш темпе- ХИСКу також добре узгоджуооться з ратури вздовж подшипника при о = (0-С, ДГ- даними розрахунку. 1000 1/с,* -1240 1/с,Д -1100 1/с, х-1493 1/с) Про? моделювашн р|"знок вароа- -

иле теплообмту на входг в тдшипкики додержувалися розт темпераггури. Один з пщшипниюв, в якому внконувалися основы зам!ри пол1в тисков 1 температур, на-звемо досл1джуванимг а другйй -штзтним. Було досладжено три оевдр^'реким!'.:

1) температура- от вход! в обидва пщшитшш була бднакоазАт» стаиовила шд 47 до 70 °С; • . ' ' . ' " • .. •

2) моделоовався ш'двц тепла: .температуря в доел!ркуваному шдцшпнику" стшоовили 47-70°С,у штатному-вщ-5 до 18 °С; .

3)модетовав-ся гадвщ тепла: температури в дос-Л|'д;:су-.,:ному гад--щшптку станови-ли 15 ]' 25 °С, у • штатному, вщпо-вщно, -6! ¡72 °С.

На рис. 9 показано розподш температур в осьо-вому напрямку ш-дшипника для другого режима, коли частпна тепла вщводилася по валу в б1к друго! опори. У цьому. виладку картина розподшу температур несимстри-чна в1дносно сере-дшш шдшигашка, причому шва ■ за рахунок шдЬоду тепла при' То ~ 47 I 59 °С кишния изагал1 шдсутне. а при То = 70 ° С починасться значке ближче до ви-•ходу з пщшилш:-ка. '

Шдвод тепла також помгачо впливае на .розподш темпсратури-на лтому кипи температура шпце на 4...7 грацусш, гаж у середиш пщ-шитшка (Рис. 10)

Т°С

О 0,2 0,4 0,6 0,8

Рис.9. Розподш температури змазувально! речовини в осьовому напрямку при вщвод! тепла по валу

Эксперименггальш значения температури б1дя втулки ; вала

ж о - Т0= 47 "С

п о -Т0=59°С ---Т0=59°С

д х - Т0= 70 "С ---Т0= 70° С

Т°С г

Розрахунок - - Т„= 47° С

Рис.10. Розподш температури змазувально! речовини в осьовому нилрямку при шдвод1 тепла Экепериментальш значения температури б1чя втулки ; вала Розрахунок х о -Т0=15°.С - -Т0=15'С

О

- Т0= 25° С

■ Т„= 25". С

д

При лослщжешп розподшу температур по валу одержано то температурЗ поза шдшшпшком змшюеться майже л;шйно, що евдаштъ про переважання тут теплопровадност! над тешювщдачега (критерШ /?/ й 0,1). Не опорнШ поверх^ вала, де вщбувасться теплова взаемо/"'я шина та змазувалыюго шару, картам сутгево вщмзняегься в «д. лнпйно!, що пов'язано з переходом в<д тепяообми!у з газом до теплоебмигу з рщишшм або парорщншпгм середовнхцем. Найбшыпяй град1еит в радиальному напр ямку мае шеце близ мюю пцщшлника, де вщбувасться найпггснсившшлий теплообмш.

Одержано даш про розподш температур по радиусу втулки. I для втулки, 1 для вала р^зннця температур за ланими розраху лсу та експеримента не пере-вшцувала 10 %.

Змша пол1В тиск1В I температур за наяпност1 закипания 1 теплообмшу в змазузальному шар1 суттево впливае на нггегральш показчики працездатносп дослщжувапк.с шдшнпшшв. Так, при появяетн у тдшшпшку зони кишит вантажотдйомшсгь опорного вузяа рп.чо знижусться, а объемна витрага ф; гона збшьшуегься. Разом з там при досшджешп процес1В закипатм при малих газовм!'стах у пщшншпосу виявлено деяке пщвшцення його вантажопщйомкоетт, яке за пешло. умов досягае 20 %. Темпера.урний пггервал, що в(дпош'дас збшьшеншо вантажотдйомносп, незначний 1 для дослщжуваного тдшигашка; становиа 6... 10 грздуеш. Це явшце пов'язано з перерозподшом егпори тиску 4, пачалыший мо.лент закклашш змазувально! речовини в пщшишшку в зв'язку з формуканням зон одно- та двофазннх теч^й (рис. 11).

При вивчетц

обмшних процесш в зпен

рному вузл1 проаналпо-

вано вплив таких пара-?

метрш: тиску та темпера-

гури на вход1 в шдшап-

ник ро 1 Г0, температура

диска туронт Г., темле-

ратури оточуючого газу

по обндва боки шдшнп-

ннка Г[ 1 Г3, довжини .ль

лянок ¿11 ¿з (див. рис. 3).

В результата анл.щу

одержат« дгших показа-

„ ,, „ .' • , но, що наявжеть теплооб-Рис. 11.Розподш зон однофазннх та двофаз-

„ . т . мшу в шдшипннку мик них течш в шдшипннку 3 ....... один ряд жиклерш змазувальним шаром, ш-

--дна рядл жиклеров верхнею вала • «тулки су-

ггево вплиаае на поля тискш ! температур, а також на йггегральш хараетерисги-ки тдшипника.

Теплогадвщ або тепловщвщ по валу можугь прискорпти або спов1льшгти процеси закипания змазувально! речовиш;, суггево змцпгги значения температур у змазувальному шар1 та картину 1х розподшу. Одержано, що найбшышш вплив на характеристики ГСП мае величина температурного напору м1ж елементами ротора (диск турбйш та прилет дшяики), в яких 6iin.ni висока температура, 1 температурою змазувалыкй речовщш на вход! в пщшипник, величина ще1 температуря почшаючи з певного значения, частота обертання ротора. Вши параметр» дшоть менший внесок у з.\ину характеристик опорк.

Розрахунок характеристик опор ТНА РРД, що змазуються крюгешпши компонентами палива (киснем I водисм), дозволив виявити гаю закмкшрносл. Як було показано вище, при розчиненому киптт в несучому шар! ш'дшипника його характеристики с/, таю змшкхоться - рпко знижусться ваптажошдйомшеть, збщ>шуеться витрата. У пьому г.иладку роРота опорного вузла характеризуемся великою нестабшыпепо: при кезначшй змии режимиих пара%;стр1з (таску та температура змаз>валыю1 речовкни ьа вхо;и в шлшишшк частот обертшшя ротора) суттсво змшюгаться показтпш пранетдатносп опор. Тому було проведено визначення сполучень тисков 1 температур робочого тша на вход1 в шлшипник, а' також частот ооертания ротора, при яких пасгають режими розвинсного кипшня в опорних вузлах. Це дозволшю вздишти дшянкн них параметрт, як1 не ре-комендуються як робоч! для опор турбокасосних агрегат РРД.

На рчс.12 ИЗ покг-зано зм:ну вантажошд-йомносп кисню та вод ню залежно вщ 1х темпера- ■ тури на бход1. Штрнх-пунктиршши линями на графиках обмежеш дшяи ки киш'ння робочо! рщи-ни, штриховими - д1лян-ки, що вдаювщаклъ режимам, в яких робота опор ТНА РРД не рекомендована.

Таким чином, одерг жако, що при вшсори-станш як змазувально!

РСЧОВИПИ ВО ДНЮ При ЗМ1-

№/0

Рис.12.3алежш'сть вантажопщйомносп кис-невого пщшигишка ащ температури на вход':

у/Щ н '

---- --- — --- "7if

Pc ~f,5 МПа 4 В-гтл. /

\ / г' 1

2 а ч

МПа . \ Ч. / fi

v —' /

_____

24

ге

zô

30

32

Ъ,к

но тиску вщ 0,5 до 2 МПа BinnoBÙiiii д1апазош1 температур складають вщ 24 ... 28 до 32 ... 33 К, а для кисопо в доапазоол thckîb вод 2 до 8 МПа онтервал нерекомендованих вхщ-шх температур змшю-еться вщ 115 ... 140 до 150 ... 155 к. Збшьшепня шви-дкостей обертапня ротора дещо зсувае видшеш зони до бшьш високих темпера гур.

У сьомому роздки*

наведено результата дос-лщжеошя характеристик

опорного вузла та амшитудно-частотш характеристики системи ротор-опори.

На пщсташ anajiijy виконаних за у чагою автора робот, присвячених досло'джснню динамки ротирш на ГСП без пружнич e.'icveinin i при змазувашн опор нее i исливою магоои'язкооо рьчиною (водою) видолено трупу параметров, як! найбшьше впливаючь на амплмуди пимушених колнвань ротора та спйюсть його

руху- ' . *

Зокрема, показано, що bcî результата, одержат для шести роторов, устансвлених на ГСП з р1зними геометричопши та режимшши. параметрами., по визиаченню швидкостей, при яких вщбувасться порушешш стШко'о робота ротора, можуть бути описаш простим стввщношенням

Рис.13. Залежш'сгь вантажотдйомносд вод-невого шдшипника вщ температурй на вход!

4p0RLc,

m ho

де величина

4 p0RL

характернее жорстость змазувального шару. Змшога ве-

личин, що до не! входять, а також маси ротора можна досягги поширеошя дшянки

СТШКОСП. •

Разом з тим виконаш дослщження показали, що при використант як опор звичайних втулкових гсп за рахунок змиш рпних параметр1в системи ротор -гсп в допустимих межах вдаегься тщьки зшетити зону нестойкого руху ротора на пепну величину, що можс виявитися ооедосгатном для високошвидюсних роторов ТНЛ при ох установлено!! на гсп. . '" -

Введения до складу опорного вуэла пружнодемпферних елемагпв, як показали подальш. дослщження, дозволь 'о суттево гкхшгтиити дипа\нку розгляду-ваио'1 системи.

Другий шрроздш присвячено еспериментальному визначсншо жораюсних характеристик змазувального шару та пружних елеменп'в < - под1бного типу. Одержано нелиийш характеристики змазувального шару та пружних елемегтв • при тисках живлсння вад 0,2 до 0,7 МПа. Для випробувашгх пружних елематв з пазами Тх жорстмсть 1 жоре пасть змазувального шару булн сумюш: -дляпружних елемеЯПз С„р = 0,6... 2 Н/'мкм - для змазувального шару Сы = 3...8Шмкм.

Показано, що величина тиску змазувашим речовини впштас на жорсткюш характериспги пружних елемент1в виаслдаж 1х деформувамня.

Виконаш розрачунки жосткосп пружного елемеета за допомогоп метода кнщевих елеменлв добре узгоджуються з дшшми експеримеиту для шгаого типу ' : тружних еясменпв (без паз1в), га яких встановлена втулка гадшипника ТНА РРД. В експериметт одержано доаггъ велик)' петлю пстерезису при навантаженш та розвангаженш втулки п1дш: -тника, що евщчить ири велюа демпфуюч1 в ластив осп опорного вузла, пов'язаш з виникнениям сил тертя при г.еремйценнях кромок пружник елеменлв по валу та втулщ.

3 метою визначення впливу установки пружних елсмеитт в опорному вузл! на динашчш характеристики системи рот.ор-опори проведено випробуванш гпд-шипникш з прежними еле- 1дд '

. метами та без них. При дц жирешй уста-новщ втулки щдшипника в корпус! ( рис. 14) з частотою обертшшя ротора 18...20 тис,об/хв вщ-бувал^ся по-рушення спй-ко! робота ротора, внасладок чого амшитуда самозбудних

60

40

го

N гг /

\ г лл \ И / / /

Л> ^ -"О г„>- -«Г — С-Ч \

г

об/хв

Рис. 14. Амшитудно-частотш Чср^ктеристики ротора при жорсткш установщ втулки пщшйпника

О - АН). 4 Мпа, О-/;у=.0,8 МПа, х-р^Л МПа

коливань, цо виникають, р1зко збшынувалася 1 при швчдкостяг 28...32 тис об/хв досягала величини рад!ального зазора, що свщчнло про непрацездапнсть такого опорного вузла. Установка втулки на пружнодемпфсрннх елем^чгах рЬно! жорст-косп суттево полшшила динашчт харг~геристики опорного вузла (рис. 15). У цьому

го

• >

Р—___^ С .о--"-4-

а

/5

.21

32 П Юоб/ха

Рис. 15.А'лплгг тно-частотш харам ристики ротора ш'диосио рухомо'1 втулки шдшигашка

□ - />0=0,4 МПа," о - рсг 0,8 МПа

випадку ашш- А, туди коливань мкм

У ВСЬОМу Д0СЛ1- 1,0 дженому даа-иазош частот обертатм ротора не пере-вгацували до-пустимих д,л нормально! ро-боти дослщжу-ВШЮ1 снстсми ротор - опори

(показано коливания ротора вщносно втулки). ,

Проведено вар!анпн розрахунки. амшнтудно-частотши характеристик си., етеми ротор - яружш о.юрн при змазуванн1 опор хрюгеннимн компонентами. Одержан! дат свщчать про те, що при сушрних жоосткостях пружних еломигов { змазувального шару амплпуди коливань змешпукУгься, 1 маготь мкце дв1 реаэ-наист зони, зумоалега колившшл ротором ! втулкою.

П0р1в11яння результата розрахунюв вимушених коливань ротора ТНА з да-ними експериментального дослщжешм при змазуванш опор повпрям показус 1х задовьчышй 361г. Як виходить з даних експериментального дослщження, амшпту-ди коливань в усьому дослщженому ^апазош частот обертання обмежеш та за-безпгчукт» нормальну роботу ТНА.

Т. оретичщ т? експериментальш досл)'дженвд комбшовашм опори, щп скла-дасться з паралельно встановлених шдшипника кочення та пдростатичного шдшипника, дозволили визначити характер розподшу навантажешм м!ж ними при резких значениях тиску живлення на вход1 в пдростатичний п дшпник. Одержан» результата свщчать про те, що при установи! розглянуто! комбшовано! опорн в альних агрегатах нодач1 можна забезпечнти нормальну роботу тако! опори в усьо му робочому Д1'апазю1ч часгот обертання ротора.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ. ВИСНОВКИ

Ця робота присвячена виршешпо проблеми створення новнх тит'в опорних вузл)'в ротор)в для двигушв л!Тальних апарат!В та Тх шрегапп, ям повинн! мзти

о

високу надшшсчь 1 довгов1чшсть. Дуже актуальна ця проблема для олорннх вузл1в сучасних ТНА РРд, шо пращоють на м.' юв'язких компонентах палнва (кисш та водш). Забезпсчення-необхйпшх показннктв пранездатносл таких опорних вуз:!в мог та досягну I за рахунок використання пдростатодинам1чних або газо-ртато динам 1чних опорних вучлт з додаТковими пружнодемпферними елеменгами, або комбшованих опор.

Дг,я вказаних опорних вузл1в виконано комплсксш теоретичш та експе-римснталын досльоження, ь результат! чого було опральовано .методика !х розра-хунку I проекгупа/шя.

При теоретичному дос;иджснш основш характеристики опор знаходились шляхом сум1сного розгляду р1вняиь пдромехашки (що базуються на законах збер1гання ¡к пульсу, маси та енерпО, балансу нитрат для камер ГСП, тер-модинам1чних р'ллшш., що опнеують в.пастивоеи' змазувально! реговшш, ршнянь тег1лопров:дносгп в шиш та втулш з втювщтми грашшшми умовами. При иршешм задач динамйси ротона додатково розглядались р!вняния руху ротора та втулки.

Вказаш шдхо'ди до р зрахунку узагалыноють 1 розвивають ¡снуюч1 ыетоди розрахуншв опорних ву-лнв з шдшипниками ковзання 1 стаповлять наукову базу ¡х проему аання.

В результат! екшернмент&чышх досладжснь показано адеквапнеть заиро-понованнх математичних моделей реалыщми фвичним процссам у досл1джуваннх опорних вузлах. Одержано нош вщомосп про практично недосл1джсш або недо-спиныо дос;п""кеш аспектн роботи с.,ор, такк як закипания змазувально! рсчозини . 1 робота ндшиг -ика в режим! двофазного змазуваиня, вили» теплообмшних про-цесщ на характеристики опор, динаммш аракгеристики пружкгцемпфернпх еле-ментш, вилии геометрнчних 1 режимних параметр ¡в шдшипника та пружпо-демиферних "чтемештв на амплпудно-частотш характеристики ротора.

Кр1м того, доелщжено комбшовану опору, яка дозволяс вир1шити проблему запуску ТНА, коли при недостатньому игчу насоса всю дбо частипу навангаження сприймае пшшипиик кочення.

За результатами виконашх досл1джень зроблено таю висновки та запро-поновано рекомендацп щодо проектування опорних вузл1в ротор1в ДЛА.

1,Опрацьспыо математичну модель для р<лрах_, лку опооних вузл1в ТНА РРД з пдростатод1.лам!чними шдшипниками 1 пружнеемпферними елемнтами. В модели враховано стисливють и не1зот :рм1чшсть змазувально! речовшш, нелаш-нарш рижим!. Р течн, можлив!сть закипания 1 появи двофазних течш в гщравлич-них трактах опори наявшеть теплообмн!у М1ж змазува.ышм шаром 1 елсментами оперного вузла . Для ипису процеав двофазного з"азування в пидшнпнику була використана гомогенна модель течн змазувально! речовшш, яка зображас киилячу ^ипиу як р!вноважну сумки двох фаз. Усереднеш значения параметр ¡в двофазного

потока виз'*ачались в залежносп ¡мд властивостей фаз ir лщн нг "ичення и масов£ го газовм^сту.Турбулентшсть в пдрашпчних трактах шдшипника враховапо за до-помогою коефЫенгив уявного збш.шенпя в'язкост», mkí визка1,ишсь в залежносп В1д ¡нтенсивност! напфних та зсувних 7.-4i»1.

На основ i так'0'í тдел! створено узагальнену методику розрахунку дослад-жуваних oiiop для вииадмв однофазно? (рщшшо!, газово!) та двофазно! (газорщинно!) течш змазувально! речовшш.

3 практично! точки зору шкавими е одержан! за даними розрахунку га шдт-верджеш' експеримеигачьно hobí дан! про зростання вантажогндйомноет! гадшнп-ника (до 20 %) при малих газовм.-тах змазуваль,,о! речовини. При подзчыному розвнтку процеЫв кшпння, коли воно охоплюе весь несучий шар i ншить почина-сться у ВХ1ДНИХ пристроях, вщбуваеться р!зке знижеиня чантажопщйомкосп подшипника та збиишення вифати змазувально! речовинн. .

2. У зв'язку з цим вцгнле»'') зону режим них парамегр|'в - tuckíb i температур змазувально! речовини на в ход i в шдшитшки р0 i Тп> яка но рекомендуеч-ьсз для роботи ГСП у склад1 крюгенних (кисневих i водневих) ТНА РРД: для водневих шдшитншв при 3MÍH1 тиску на аход1 вщ 0,5 до 2.0 МПа вщповщш температур» . складають в:д 24 ... 28 до 32 ... 33 К, для кисневих, при ро вщ 2 ••о Я МПа, ¡нтервал нсрекомсндованнх вхщних температур вщповщае 115... 140 i 150... 155 К..

3. При розрахунку та конструюванш крюгенних опор для ТНА РРД» необхщно виршхувати термопдродинам^чну задачу з урахувшшям тешюобмпншх процесс i в в опорному вузл1, тому що. ¡зогерм1чний. i навлъ ад!абатичний лдходи можуть дати помяну пом w. .у при оцшщ характеристик ГСП.

Тепловгдвщ або тсплошдвщ по ротору можуть прискорити або сповшь..ити процеси закипания змазувально! речовини в шдашшшку, суттево зммопи значения температур у змазувальному шар) (на 5...7 К) i картину !х розподшу, а .також розташування зон однофазно! та двофизно! течи"!.

У попередшх та оцнших розрахучках можна знехтувати змшок> температурн вала в кодовому та рад1'альному напр^мках, а також тепчообмшом змазувалыюгс шару з. втулкою тз елементами корпуса, що мало впливас на тепловий стан опорного вузла. KpiM того, показано що при неврахувашп теплообмшних ripouecie i швндкостях ковзання, яю' не перевищують 100 ... 135 м/с для кисневого i 135 ...160 м/с для водневого тдшишшмв, при теоретичному визнг. eiini характеристик опори процес течи змазувально! речовшш можна вважати ¡зоентальпним.

5. Що стосуеться теплового стану опорного вузла, \йбшьпшй кп.ит на показники його ирацездатносп мають там геометричш та режнмш параметрит дммечр вала, вщстань опори вщ диска турбши, число ряд1в жнвидыгша'в, значения тиску та темпера!ури змазувально! речовини на вход! в шдшилник, температура диска турбши, частота обертання ротора.

6. При роч! лялл питань динамки енстемл ротор - опорш вузли показано, що для ротор1в ТНА Тх поперечна (згшша) и • рстмсть, як правило, значно бшьша В1Д жорсткост! опорного «узла, особливо у випадку установки втулки тдшипника га пруз: лих елемет х. Це дас пщетаву при теоретичному дослщжснш динамки ро-трра викорисговув-'ти розрахункову модель "жорсткий ротор - пружнодемпферш опори".

7. Проведеш дослщження ротора, встановленого на ГСП з нерухомого втулкою, евщчать про те, що .¿оширення дшяики його стШко'1 роботи ь.оже бути досягнуто за рахунок зби^ш лшя тиску живлення, розм1р1в шдшнпиика, змен-1"ешь: радиального зазору та вибору оптимального розм1ру вхадного компенсатора, який забезпечуе вщносний тиск в камерах, шо доришюе 0,4 ... 0,6. Разом з тим аиал!з показав, що для високошвидхзсних рогор1п крюгетгих ТНА без введения до складу опорного вуз л а додагкових пружнодемпфершгх елеметтв угтево полиишлти динам1Ч1и характеристики розглядуваних опор не вдаегься. Проведен!

оретичш та екснсримс!ггалы-; д.ослщження опор з пружнодемпферними еле-менгами у вигляд1 пакета торошдабних нашвкшецъ свадчать про те, що тага опори можуть забезпечити'спйку р >богу ротора в усьому дослщженому д^апазош частот обертання з прийкятшш.. амплггудами.

3 точки зору ефективносп впливу на дшшичш характеристики опорного вузла жорстшсгь I демпфуюч! властивостт пружних елемекпв можна суттево зм1нити за рахунок 1'х геомстрп. магер1ату, посадки на вал 1 в корпус, а також шляхом змшн тиску живленш, який подасться в порож!Шну шдводу. Одержана при ¿ксперимитальному визначенш '.,.орстк1сп пружних елементш опорного вузла ТНА нет. I пстер-аису евщчить про хороп)! демпфукип власгивостз розглядувано! опори. •

9. Попередш вштробувания розроблених опорних вушв у склад! натурного ТНА РРД по' -тали 1х задовшьну працездатщеть.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦИ

¡.Гидростатические опоры роторов быстроходных машин / А'ггеменко Н. П., Чайка А. Доценко В. Н.,КузьмшювФ.Ф.,Поддубный А.И.,Усик В.В. -Харьков: Изд-во "Основа" при Харьк. ун-ге, 1992. -197 с.

2.Доценко В„1. Разработка и исследование опорк ;х узлов турбонасосных шрегапв жидкостных ракетных двигателей // Техническая механика.-Днепропетровск: Изд-во РИСО ИТМ НАНУ.-1988/ ЫП.7.-С.65-73.

3. Доце: ко В.Н. Результаты испытаний опорных узлов с газостатическими подшипниками в составе турбоиасосного агрегата - ГРД // Авиациошю-кос-мич. ;кач техника и тех..ология.Труды ХАИ-Харьков I997.-C.8-I3.

4. Доценко В.Н. Влияние теплообмена в гидростатическом подшипнике с г-пкокшмшим смазочным вешесгвом на его основные характеристики // Тр. Меж-

дунар.науч-техн.конф." Информационные технологии: наука, техннка, технология, образование, здоровье".-Ч.З.-Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьков.гос.поли-техн.ун-т, Мишкольц.ун-т, Магдебург. ун-т.-1997.-С.269-271.

5. Доценко В. Н. Демпфирование колебаний роторов турбонаеосных агрегатов ЖРД // Труды VIII Международной научно-технической конференции "Насосы -%".- том 2. -Сумы: НПП "Mpifl-l" ЛТД,- 1996. -С. 242 - 248.

6. Доценко В.Н.Определение характеристик элементов опорного узла турбо-_ насосного агрегата ЖРД II Материалы Шестой международной конференции "Новые технологии в .\«шиностроении".-т.6.-Рыбачье-Харьков.-1997.-С.255-260.

7. Доценко В.Н. Опорные узлы двигателей летательных аппаратов и перспективы использования в них подшипников скольжения // Тр. Второго конгресса двигатслсст роителей Украины с иностранным участием,- Киев-Харьков -Рыбачье,-I997.-C.296-209.

8. А. с. 288.106 СССР, МКИ F16C 27/02. Подшипник скольжешъ; роторной ' машины / В.Н.Доцсн:;о, Д.В Марков(СССР).-№ 3180457/25-?7;Заявлено.11.09.87 ; Опубл. 102.89.-8c.

9. Артемеико Н. П., ВасилснкоВ.М., ДоцеикоВ.Н., Кузьминов Ф.Ф.Результа-ты исследований высокоскоростных газожидкостных опор двигателей летательных аппаратов II Авиационно-космическая техника и технология.Труды ХАИ-Харьков.-1995.-С. 129-134.

■ 10. Артеменко il. П., Василенко В. М., Доценко В. Н. Результаты исследования газожидкостных подшишшков // Магер. науч. конф. "Повышение эффективности, надежности и долговечности компрессоров-и компрег-орных установок". Казань: КХТИ.-1987. -С. 115 - 119.

11. Артеменко Н. П., Василенко В. М., Доценко В. Н. О расчете гидростатических подшипников, смазываемых криогенными жидкостями // Самолетостроение. Техника воздушного флота.-Харьков: Вита шкпла.Изд-во при Харьк.ун-те.-1983,-вып. 50.-С 6-11. •

12. Доценко В. Н., Конеза К). В. Методика и стенд для опытного исследования влияния теплообмена на характеристики г идростатического подшипника II Высокоскоростное гидростатические опоры двнппелей летательных аппаратов. -Харьков : Харьковск. авиац. ин-т.-1990.-С.21-24.

13. Доценко В. Н., Ковеза Ю.В., Марков Д.В Расчет амплитуд вынужденных колебаний шипа и втулки в ГСП с упругими элементами И Гидростатические подшипники и уплотнени" опорных узлов турбомашин. Межвуз. сборник наун. трудов. -Харьков : Харьковск. авиац. ин-т,-1990.-С. 90 - 96 v

14 Доценко В.' Н., Дорофеев В. Г., Марков Д. В. Результаты опытного исследования динамики pi гора на гидростатических подшипниках, упруго установленных в корпусе // Высокоскоростные гидростатические опоры двигзгелей летательных аппаратов.-Харьков : Харьковск. авиац. ин-т.-1989 -С. 2"-31.

15. A.c. 17022003 СССР, МКИ FIoC 32/06. Опора скольжения с подачей смазки под давлением / З.Н Доценко, Д.В.Марков (СССР).- №4694102/27; Заявлено 22.05.89; Опубл.ЗО. 12.91, Бюл.№ 48:-5с.

16. Артеменко Н. П., Доценко В. Н. Результаты расчета аа ЭВМ динамических характеристик роторов на ГСП и сравнение их с опытными данными /' Исследование и проектирование гидростагических опор и уплотнений быстроходных ' машин. -Харьков: Харьковск. авнац. ин-т,- 1976,- вып.З. - С. 62 - 75.

17. Артеменко Н. П., Доценко В. Н., Чайка А. И. Влияние формы камер гидростатического подшипника на его основные характеристики // Самолетостроение. Техника воздушного флота.-Харьков: Вшца школа. Изд-во при Харьк. ун-те.-1986.- вып. 53. - С.З - 6.

18.0 режимах течения рабочей жидкости в гидростатических подшипниках / Артеменко Н.П., Доценко В.Н., Усик В.В., Чайка А.И.// Самолетостроение. Техника воздушного флота.-Харьков: Изд-во ХГУ.-1974.-Вып.ЗЗ.-С.116-122.

19. Дмитренко А. И., Доценко В. Н., Жгрдев Г. С. Опоры роторов турбонасос ных агрегатов ЖРД :Учебное пособие. - Харьков: Харьковск. авиац. ил-т ,1994. -54 с.

20. Результаты исследований гидростатодинамических опор криогенных турбонасосов и некоторые рекомендации по их проектировашио / Доцеико В.Н., Василенко В.М., Ковеза Ю.В.; Харьк. авиац. нн-т.-Харьков,!998,-2!>с.:ил.~Библи-огр.:6 наз.-Рус.-Деп.в ГНТБ Украины 06.04.98 ,№163-Ук 98..

Доценко В.М. Розробка метощв розрахуику i проектувшня опорних вузл(в •двигунш лггалыглх anaparin. - Руколнс.

Дисертацид на здобуття вченого ступеня доктора техшчних наук по crieuia-льносп 05.07.05 - теплов! двигуни лгтальних anaparic. - Харювський ав^ацйший шетшуг im.M. 6.Жуковського.Хар;ав,1993.

В дисертацн опрацьоваио метода розрахушеу i проектуваши опорних вуз л ¡в з пдросгатичними пщшипниками i пружнодемнфершши елсментами, а також комбшованих опор для роторт сучасних та нерспективних двигушв лЬгалышк апараттв (ДЛА), яи мшеть шдвщцену надШшсть та довгов!чш'сть. Опрацьоваш метода враховуюгь осношп особливост' робота таких опор у склада крюгешпк тур-бонасосних агрегата plimiinix ракеттк двигун1в: стнслншсть i неЬстерм!чшсть змазувально'1 речовшш, нелачшартсть П течй, теплообмт миж змазувалыпш шаром i елсментами пцшпшника.Вперше .опрацьоваио тсорстичш основи i методику розрахунку опор,як; за умов двофазного змазувалля. На шдстави одер-

кених результап'в зе^яоповано пов1 консгрукцй опорних вузлхв ДЛА i рекомсн-дацц щодо ix проектувания, яи знайшли промислове використшрш при створешп нових тшпв опорних вузл is РРД

Кточов! слова : опорш вузлл, турбонасоснкй агрегат, пдростатичний щдшигошк, пружнодемпферт слемети, двофазне змазувашш.

Доценко В.Н. Разработка методов расчета и проекгирэвлт;я опорных узлор двигателей летательных аппаратов. - Ру копись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических чау к по специальности 05.07.05 - тепловые двигатели летательных аппаратов - Харьконский авиационный институт им Н.Е.Жуковского Харьков, 1998 г.

В диссертации разработаны методы расчета и проектирования опорных уз»' лов с гидростатическими подшипниками, и упругодемпферными элементами, а. также комбинированных эпор для роторов современных и перспективных двигателей летателььчх глпаратов (ДЛА), обладающих повышенной надежностью и долговечностью. Разработанные мет оды учитывают основные особенности работы таких опор в составе криогенных турбонгсосных агрегатоп жидкостных ракетных двигателей (ЖРД): сжимаемость и негаотермичшегь смазочного вещества, нела-минарность его течения, теплообмен между смазочным слоем и элементами подшипника. Вперзые разработаны теоретические основы и методика расчета опор, работающих в условиях двухфазной смазки. На основании полученных результатов предложены новые конструкции опорных узлов ДЛА и рекомендации по »ос проекгированию, которые нашли промышленное применение при создании новых типов опорных узлов ЖРД.

Ключевые слова : оперные узлы, турбонасосный агрегат, гидростатический подшипник, упругодемпферные элементы, двухфазная смазка.

Dotsenko V.N. The development of calculation and design methods for supporting units of Hying mashines engines. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.07.05 - flying mashine heat engines. Kharkov Aviation Institute. Kharkov, 1993.

In the dissertation the methods of calculation and design for supporting units with hydrostatic bearings and spiingdamper elements, and also combined supports for the modern and perspective fly'ng mashins engines (FME) which have high reliability and durability have been worked out. ThJ developed methods take into account main features of support operation as a part of criogenic turbopumps of liquid rocket engines (l.RE): compressibility and non-isothermal properties of lubricants, inlxminar properties of Jreir . flow, heat transfer betweei. lubrication layer and elements of bearing. For the First time the theoretical principles and methods of calculation of the supports which operate under the condition of tvvopliase lubrication have been developed. New construction of supporting units FME and recommendations for Iheir design was proposed on the basis of the receiving results. They have found an industrial utility in die design of the r.ew types of supporting units for liquid rocket engines.

Key words: supporting units, turjbopump. hydrostatic bearing , sprinpdanper elements, two phase lubrication

Харкш-70,вул. Чкалова, 17

Вшп. за випуск Кулешова М. А. Шдписано до друку 20.05.98р. Умови.- друк.ар'к.2. Замовлсиня № 97. Т.70прим.

Безкоштовно. Надруковано • друкарш ХА1