Динамика и виброакустика

Вибрация ротора является одной из основных причин выхода из строя механических уплотнений. Известные динамические модели уплотнений часто не могут объяснить причину выхода из строя. Предлагаемая систематизация динамических моделей, включая модели, разработанные авторами, оказывается неоценимой для прогнозирования динамического поведения уплотнений в процессе эксплуатации в конкретных турбомашинах или объяснения причин выхода уплотнений из строя. Одномассовая динамическая модель может быть использована для контактных механических уплотнений и простых сухих газовых уплотнений. В то же время двухмассовая динамическая модель используется для моделирования рабочих процессов в сухих газовых уплотнениях при сложной нагрузке. Трёхмассовая динамическая модель предназначена для моделирования работы различных сложных типов механических уплотнений. Эта модель используется для точного определения диапазона нормальных условий эксплуатации для таких типов уплотнений и определения механизма потери герметичности при чрезмерных вибрациях ротора.

Новые технологии являются значимым фактором повышения эффективности деятельности промышленных предприятий. Традиционные способы проектирования не позволяют закрыть потребности в технологическом оборудовании. Перспективным направлением является гибридный инжиниринг, объединяющий физические и виртуальные подходы в единый процесс. Основой данного подхода является обратный инжиниринг и численное моделирование. В статье на примере создания невозвратно-запорного клапана рассматривается реализация гибридного инжиниринга. Приведены результаты лазерного сканирования деталей, сформулированы преимущества и недостатки. Приведены результаты гибридного подхода к численному моделированию для прогнозирования уровней шума. Выявлена необходимость дальнейших исследований для накопления практического опыта, достоверной статистической информации, результатов верификации и валидации, базы знаний. Подтверждено, что гибридные подходы являются наиболее перспективными для ускоренного проектирования и прогнозирования характеристик, позволяют уже на начальном этапе выявить недостатки конструкции, и в случае необходимости произвести оптимизацию с целью достижения заданных требований.

В статье представлены результаты разработки конечно-элементной модели резонатора вибрационного сигнализатора уровня камертонного типа. Модель разработана в программном продукте Ansys Workbench. Предложены варианты оценки характеристик резонатора, включающие прочностной, модальный, гармонический анализы. Разработана модель свободных затухающих колебаний резонатора, включающую динамический прочностной расчёт в сочетании с модулем вычислительной гидродинамики. Модель позволяет производить оценку частоты колебаний резонатора в жидкостях с различными плотностями и вязкостями. Результаты моделирования сопоставлены с лабораторными экспериментами. Сравнение показало отклонение по резонансным частотам не более 7%. Результаты моделирования будут использованы для проведения структурной оптимизации геометрии резонатора для расширения диапазона плотностей и вязкостей рабочих жидкостей сигнализатора уровня.

Цифровые технологии открывают новые горизонты в области пневмогидравлических приводов технологического оборудования. В статье рассматриваются ключевые проблемы и перспективы в данной сфере. Внедрение цифровых технологий позволяет значительно повысить эффективность и точность работы пневмогидравлических систем. Использование датчиков, микроконтроллеров и программного обеспечения обеспечивает более точный контроль над процессами, оптимизацию энергопотребления и предиктивное обслуживание. Для успешного внедрения цифровых технологий в работу пневмогидравлических систем используются современные методы анализа данных, математическое моделирование и алгоритмы машинного обучения. При этом особое внимание уделено анализу применения цифровых технологий в пневмогидравлических приводах современного технологического оборудования, а также выявлению ключевых технических проблем, с которыми сталкивается отрасль, и определению перспективных направлений развития. В работе были рассмотрены новые направления в проектировании пневмогидравлических приводов с акцентом на растущую потребность в интегрированных датчиках и других приборах контроля. Недавние достижения в проектировании и реализации пневмогидравлических приводов связаны с комбинированным управлением, подачей и возвратом потока жидкости для улучшения динамики и точности системы, а также чувствительности к нагрузке, при которой усилие нагрузки согласуется с давлением в приводе для повышения эффективности. Данный обзор детально описывает развивающиеся тенденции в исследованиях пневмогидравлических систем и даёт общее представление о прогрессе, связанном с цифровизацией этих систем. Обсуждаются основы соответствующих сенсорных технологий и инновационные подходы к интеграции датчиков в гидравлические и пневматические системы.

В работе решается частная задача общей задачи динамики протекания процесса сжатия в пневмотормозе, охватывающая цикл рабочих (близких к номинальному) режимов газотурбинных двигателей со свободной турбиной. Для определения границ рабочих областей пневмотормозов на базе многоступенчатых осевых компрессоров разработаны рекомендации по выбору конфигурации и значений параметров конечно-элементной сетки потока в этих устройствах. Предложенные рекомендации позволяют снизить количество сеточных элементов в моделях межлопаточных каналов компрессоров без уменьшения точности определения границ рабочих областей пневмотормозов. Как показала апробация разработанных рекомендаций их применение даёт возможность более чем в два раза сократить время газодинамического проектирования пневматических тормозов.