РАЗРАБОТКА МЕР ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ВИБРАЦИИ ОПОР ГАЗОГЕНЕРАТОРНОГО МОНОБЛОКА Русаков А.Н.,Ильичев В.Ю.

Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана


Номер: 3-3
Год: 2017
Страницы: 77-80
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

газогенератор, вибрации, газотурбинный двигатель, gas generator, vibrations, gas-turbine engine

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье приведены результаты экспериментального исследования вибраций в опорах газогенераторного моноблока ГТГ-400. Разработаны конструктивные меры, позволяющие снизить уровень вибраций опор генератора. Применение этих мер приведёт к существенному улучшению виброакустических характеристик газогенераторного моноблока, а также к повышению его надёжности и долговечности.

Текст научной статьи

Силовой газогенераторный моноблок ГТГ-400 предназначен для электроснабжения транспортных средств с электротрансмиссией. В конструкцию ГТГ-400 входят газотурбинный двигатель, редуктор, генератор со встроенными вентиляторами для охлаждения, масляные радиаторы, компрессор АК-150. Мощность генератора составляет 400 кВт, число оборотов ротора 24000 об/мин. Генератор имеет 2 типа охлаждения: воздушное и жидкостное. Прототипом газотурбинного двигателя изделия ГТГ-400 выбран двигатель базового изделия 9И113М2 с частично измененной частью газогенератора, имеющего увеличенные расход воздуха через компрессор на 10% и пропускную способность турбины на 8,6%. Целью данной работы являлась разработка мер для снижения вибрации опор генератора. Для исследования вибрации генератор был установлен на специально спроектированном и изготовленном стенде ОАО «Калужское опытное бюро моторостроения» (ОАО «КОБМ»), с организацией подачи масла для смазывания подшипников качения и с наддувом концевых лабиринтных уплотнений. Давление подаваемого масла устанавливалось 2 кгс/см2, давление воздуха для наддува 0,15 кгс/см2. Ротор генератора приводился во вращение с помощью газотурбинного двигателя через измеритель крутящего момента. На первом этапе испытаний в качестве опор генератора использовались один шариковый и один роликовый подшипник. Шариковый подшипник устанавливался со стороны привода генератора. Испытания показали появление сильной вибрации со среднеквадратичным виброускорением до 8g (где g - виброперегрузка, равная ускорению свободного падения) на оборотах 15000 об/мин (максимальное число оборотов при испытаниях) на шариковом подшипнике. При этом числе оборотов появлялся наибольший уровень вибрации, то есть наблюдалось наступление критической частоты колебаний ротора генератора. На втором этапе было решено вместо роликового подшипника одной из опор генератора установить шариковый (т.е. обе опоры были шарикоподшипниковыми). Вибрация в этом случае достигла ещё большего значения, чем в первом варианте опор - 18g при числе оборотов 16000 об/мин. При этом ограничение по вибрации (виброскорости) по нормам не должно быть более 4,5 мм/с, что составляет 1,2g на оборотах 25000 об/мин. В дальнейшем в результате анализа вибраций допустимое значение виброскорости было решено увеличить до 30 мм/с - так как существующие ГОСТы для электрических машин применяются для более низких оборотов. При подключении нагрузки на генератор в результате испытаний выявились разрушения подшипников опор. Проверка показала, что максимальная амплитуда вибраций возникала на роторе в месте установки вентиляторов, соответственно в этом же месте была зафиксирована максимальная вибрация на корпусе. На следующем этапе испытаний вентиляторы были установлены на отдельную опору, и подсоединены к валу с помощью шлицевого соединения. По результатам проверки собственных частот ротора в программной системе конечно-элементного анализа Ansys (рисунок 1) выяснилось, что в случае установки вентиляторов на отдельную опору критические частоты ротора находятся дальше от номинальных оборотов во всех режимах работы, при податливости системы К=5÷25*10-6 см/кг (что соответствует податливости опор) [1, 2, 3, 4]. Далее были проведены испытания без вентиляторов, при которых уровень вибрации не превысил нормируемых значений. По результатам проведённых испытаний было принято решение усовершенствовать опоры ротора путём установки сферического кольца в одну из опор ротора и добавления подпружинивания опор подшипника в другую. Как показывает опыт, подпружинивание обеспечивает увеличение устойчивости ротора по горизонтальной оси. При этом достаточно подпружинить одну опору, чтобы через подшипники натяг передался на другую. На одну из опор были установлены пружины с натягом 60 кг. В результате испытаний генератора с модернизированными опорами было установлено, что вибросостояние ротора улучшилось до 7g на оборотах 18000 об/мин. В диапазоне частот вращения ротора резонанс не наблюдался, т.е. собственные частоты ротора имеют более высокое значение. С целью дальнейшего уменьшения вибраций было решено проверить собственные частоты статора генератора. Было проведено исследование частот с помощью прибора Диана-8 и с помощью частотного генератора и установлено, что присутствует собственная частота статора, составляющая 16860 об/мин (таблица 1). Также было замечено, что при испытаниях генератора максимальная амплитуда колебаний не совпадает с частотой вращения ротора. Отсюда можно сделать вывод, что в резонанс попадает не ротор, а элемент статора. Исходя из этого, было принято решение усилить корпус генератора путём стягивания его цилиндрической оболочкой. Таблица 1 Собственные частоты статора генератора Статор без крышек ( 4 замера) Статор с крышками (1 замер) 160 Гц (9600 об/мин), 200 Гц (12000 об/мин), 545 Гц (32700 об/мин), 570 Гц (34200 об/мин), 900 Гц (54000 об/мин) 175 Гц (10500 об/мин), 281 Гц (16860 об/мин) Как показали испытания, вибрация на новом, более жёстком, корпусе оказалась меньшей. Также изменялось усилие натяжения пружины до 55 кг, чтобы выяснить, как это повлияет на уровень вибраций. Всего испытывалось 2 образца ротора генератора, - выяснилось, что на одном из них было превышение вибрации из-за наличия дефекта (трещины) на одном из полюсов ротора. Последующие испытания показали, что виброускорение с нагрузкой не превышало 3,5g для двух модификаций корпусов (без усиления и с усилением цилиндрической оболочкой), причем на корпусе новой модификации она оказалась менее 2g. Было проведено исследование влияния нагрузки на вибросостояние опор, что представлено на рисунке 2. Из рисунка видно, что с применение корпуса новой модификации (стянутого цилиндрической оболочкой) вибрации на опорах снижаются примерно в 2 раза. Таким образом, цель работы - добиться снижения вибрации на опорах генератора до нормативных значений была выполнена полностью путём применения следующих доработок: - опор с подружиниванием; - опоры со сферическим кольцом; - усиленного с помощью цилиндрической оболочки корпуса. Однако, следует отметить нерешённую на сегодняшний день проблему - наблюдающееся при работе газогенератора повышенное торцевое биение корпуса статора, что требует проведения дополнительных исследований. Рис. 1. Зависимость критических частот ротора от податливости частоты колебаний первой формы с вентиляторами; частоты колебаний второй формы с вентиляторами; частоты колебаний первой формы без вентиляторов; частоты колебаний второй формы без вентиляторов. Рис. 2. Среднеквадратичное виброускорение на опорах в зависимости электрической нагрузки

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.