Использование цифровой модели вакуумного разгонно-балансировочного стенда для подготовки и планирования испытаний роторов авиационных двигателей
- Авторы: Шапошников К.В.1, Дегтярев С.А.1, Рыженков В.М.2, Леонтьев М.К.2
-
Учреждения:
- инженерно-консультационный центр по роторной динамике турбомашин ООО «Альфа-Транзит»
- Московский авиационный институт
- Выпуск: Том 10, № 3 (2024): 20.11.2024
- Страницы: 58-80
- Раздел: Статьи
- Дата публикации: 20.11.2024
- URL: https://dynvibro.ru/dynvibro/article/view/27620
- DOI: https://doi.org/10.18287/2409-4579-2024-10-3-58-80
- ID: 27620
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 1119Сергей 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 1119Валентин 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. 4Михаил 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. 4Список литературы
- РТМ 1.4.775-80. Сборка и балансировка роторов ГТД: Руководящий технологический материал – Москва: НИАТ, 1981. – 127 с.
- 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.
- ГОСТ 31320-2006 (ИСО 11342:1998). Вибрация. Методы и критерии балансировки гибких роторов. –Москва : Стандартинформ, 2008. – 28 с.
- 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.
- Урьев, Е. В. Исследование вибрационной надежности ремонтных роторов ГТК-25И / Е. В. Урьев, С. В. Жуков // Газовая промышленность. – 2008. – №. 2. – С. 77-82.
- 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.
- 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.
- 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.
- Левит, М. Е. Балансировка деталей и узлов / М. Е. Левит, В. М. Рыженков. – Москва : Машиностроение, 1986. – 248 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Forland, C. Why phase information is important for diagnosing machinery problems / C. Forland // Orbit. Bently Nevada Corporation. – 1999. – С. 29-31.
- 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.
- 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.
- ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. – Москва : Российский институт стандартизации, 2021. – 11 с.
- 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.
- Вибрации в технике. Справочник: в 6 т. Т. 6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К. В. Фролова. – Москва : Машиностроение, 1981. – 456 с.
- Gunter, E. J. Introduction to Rotor Dynamics: Critical Speed and Unbalance Response Analysis / E. J. Gunter. – Charlottesville, VA : RODYN Vibration Analysis, 2001
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- ГОСТ ИСО 1940-1-2007. Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса. – Москва : Стандартинформ, 2008.
- 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.
- Гольдин, А. С. Вибрация роторных машин / А. С. Гольдин. – Москва: Машиностроение, 2000. – 344 c.
- 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.
- Лисицын, И. С. Уравновешивание роторов турбогенераторов / И. С. Лисицын // Вестник электропромышленности. – 1962. – №11.
- Левит, М. Е. Исследование полноразмерных ГТД на вакуумном виброизмерительном балансировочном стенде / М. Е. Левит // Труды КУАИ. – 1965. – выпуск XIX.– С. 427-438.
- 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.
- 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.