Динаміка роторів турбомашин в пасивних і активних магнітних підшипниках

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин (13 – механічна інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2018. Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми зі створення нового загального способу математичного опису динамічної поведінки роторів в системах з магнітними підшипниками різних типів, який відрізняється узагальненістю підходу і повнотою врахування нелінійного взаємозв'язку процесів, що відбуваються в такій системі – електричних, магнітних і механічних, що дозволяє домогтися можливості адекватного моделювання та пошуку різних динамічних явищ і режимів роботи для знаходження раціональних або оптимальних варіантів конструкцій роторних машин зі зниженою віброактивністю і підвищеною надійністю, а також верифікація цього способу за допомогою порівняльного аналізу для експериментальної лабораторної моделі, що реалізує комбінований пасивно-активний магнітний підвіс ротора, і практичне його використання для аналізу та синтезу складних промислових роторних машин з магнітними підшипниками. На основі розроблених способів, методик, алгоритмів і засобів моделювання, розрахунку та аналізу силових і жорсткісних характеристик пасивних і активних МП, а також динамічних характеристик роторів, встановлених в них, створено новий науково обґрунтований комплексний підхід до синтезу систем обпирання роторів турбомашин в повних магнітних підвісах, виходячи з результатів поглибленого варіантного аналізу роторної динаміки, який відрізняється повнотою врахування різних чинників, властивостей і явищ, в тому числі нелінійних, підтверджений реалізацією лабораторної роторної установки з повним пасивно-активним магнітним підвісом і узгодженістю з достатньою точністю розрахункових і експериментальних даних, що має новизну, достовірність, теоретичне і практичне значення, та дозволяє знизити вібраційну навантаженість машини, її вартість і експлуатаційні витрати, підвищити динамічну стійкість, надійність і безвідмовність, а значить і конкурентоспроможність.

The thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences in specialty 05.02.09 – Dynamics and Strength of Machines (13 – Mechanical Engineering). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkіv, 2018. The thesis deals with a solution of the scientific and applied problems of creating a new general method for the mathematical description of the dynamic behavior of rotors in systems with magnetic bearings of various types that is characterized by a generalization of the approach and the completeness of taking into account the nonlinear interconnection of the processes occurring in such a system – electrical, magnetic and mechanical ones, which allows achieving the possibility of adequate modeling and searching for various dynamic phenomena and operating modes for finding rational or optimal designs of rotor machines with a reduced vibroactivity and increased reliability, as well as the verification of this method by means of a comparative analysis for the experimental laboratory model realizing the combined passive-active magnetic suspension of the rotor and its practical use for an analysis and a synthesis of complex industrial rotor machines with magnetic bearings. Based on the developed methods, techniques, algorithms and tools for modeling, calculating and analyzing the strength and stiffness characteristics of passive and active magnetic bearings, as well as the dynamic characteristics of the rotors installed in them, a new scientifically grounded complex approach for a synthesis of rotor support systems of turbomachines in full magnetic suspensions is created on a basis of the results of an in-depth variant rotor dynamics analysis. It is characterized by a completeness of taking into account various factors, properties and phenomena, including nonlinear ones, and is verified by a realization of a laboratory rotor installation with a full passive-active magnetic suspension and a consistency of calculated and experimental data with a sufficient accuracy. This approach has novelty, authenticity, theoretical and practical value, and allows to reduce the vibration loading of the machine, its production and operating costs, as well as to increase the dynamic stability and reliability, and hence a competitiveness.