Наукові основи автоматичного зрівноваження роторів рідинним балансиром

Abstract

У дисертаційній роботі на основі отриманих нових науково обґрунтованих результатів вирішено актуальну для динаміки машин науково-прикладну проблему – забезпечення вібростійкості обертових елементів машин на основі розвитку та практичного застосування теорії автоматичного зрівноваження роторів пасивними рідинними балансирами (які мають вигляд циліндричної камери, частково заповненої рідиною), проведення комплексного математичного моделювання динамічних процесів у роторних системах з урахуванням умов експлуатації та оптимізації конструкцій балансувальних пристроїв. Комплексний підхід до математичного моделювання процесу автоматичного балансування роторів рідинним балансиром прямої дії, на відміну від існуючих, охоплює гідродинамічну задачу обертання частково заповненої рідиною циліндричної порожнини; задачу хвилеутворення на поверхні рідини; геометричні моделі поведінки рідини в камері АБП. Верифікацію моделей здійснено на експериментальному матеріалі. Емпіричні дані показали хорошу узгодженість з теоретичними результатами. Адекватність побудованих моделей дала можливість пояснити нові властивості та закономірності процесу самобалансування пружно-деформівних роторів і роторів на пружних опорах рідинними робочими тілами, а саме: існування зони нестійкості в околі критичної швидкості обертання ротора та залежність її діапазону від ступеня заповнення камери АБП рідиною, що дає змогу враховувати вплив малих збурень потоку, викликаних обертанням камери, при конструюванні АБП з рідинним робочим тілом; умови настання автобалансування з огляду на векторні співвідношення силових чинників, які враховують рух рідини в роторній системі з АБП, що дає змогу визначати діапазони кутових швидкостей обертання ротора, за яких відбувається зменшення вібрації залежно від кута нахилу осі роторної системи і конструкції автобалансувального пристрою; оцінювання ефективності автоматичного балансування рідинним АБП, що дало змогу визначити його оптимальні параметри, які враховують наявність достатнього об’єму робочої рідини для ефективного балансування роторної системи, просторове положення осі ротора, геометричні параметри АБП і фізичні властивості робочої рідини; уточнено вплив пружно-інерційних, демпфувальних і геометричних характеристик роторної системи на ефективність рідинного автобалансування; запропоновані рішення щодо покращення вібростійкості роторних систем з автобалансиром рідинного типу за рахунок оптимального компонування їх конструкцій дають змогу підвищити ефективність самозрівноваження до 50% для вертикальної та до 30% для горизонтальної роторних систем. Результати роботи дозволяють для широкого класу машин із змінним дисбалансом ротора обирати певний тип рідинного АБП (однокамерний, багатокамерний, з перегородками); розраховувати основні параметри АБП (геометричні розміри пристрою, достатній об’єм і фізичні властивості робочої рідини). In the Thesis on the basis of the received new scientifically substantiated results the scientific-applied problem of balancing of rotor systems by passive autobalancers of direct action with liquid working bodies without control of their movement and energy supply by system mathematical modeling taking into account the hydrodynamic system interaction between the components of the system rotorbalancer-liquid has been solved. The models were verified on experimental material. Full compliance of the results from the created models and field data was obtained. The adequacy of the constructed models made it possible to explain the new properties and regularities of the process of self-balancing of elastic-deformable rotors and rotors on elastic supports by liquid working bodies: to estimate rotational speeds of rotor system depending on the angle of inclination of the rotor system to the horizon line, the physical properties of the working fluids, the geometry of the design of the self-balancing device. It is shown that the software, which is based on the built models, can be used as a working tool for computing experiments and calculating the optimal parameters of the liquid-type self-balancing device. The scientific novelty of the obtained results lies in obtaining new experimentally and theoretically substantiated: conditions that determine the choice of optimal parameters of liquid balancers; method of calculating the parameters of the liquid self-balancing device taking into account the integrated approach and operating conditions. The main content of the dissertation consists of five sections.