Напружено-деформований стан та критичні швидкості обертання роторної частини нагнітача повітря високофорсованого двигуна

Abstract

У роботі досліджується напружено-деформований стан та критичні швидкості обертання роторної частини нагнітача повітря високофорсованого двигуна. Із цією метою побудовані параметричні геометричні та скінченно-елементні моделі роторної частини нагнітача повітря високофорсованого двигуна. Внаслідок високих швидкостей обертання диск робочого колеса набуває зонтоподібної деформованої форми. Ця деформація може спричинити вибирання зазору між робочими лопатями та статорною частиною нагнітача. У зонах різкої зміни форми на робочому колесі спостерігається концентрація напружень. Крім того, робоче колесо нагнітача розташоване консольно. Це спричиняє низькі критичні частоти обертання. Ці частоти можуть потрапляти у робочий діапазон кутових швидкостей обертання роторної частини нагнітача. Усі перелічені чинники у комплексі у межах єдиної розрахункової моделі раніше не враховувалися. Натомість, якраз урахування залежностей рівнів напружень, деформацій та критичних швидкостей від проектних параметрів становить інтерес при розробці конструкцій нагнітачів. Зокрема, у роботі здійснено варіювання характеристиками жорсткості пружних підшипникових опор ротора. Визначено вплив цих параметрів на критичні швидкості обертання роторної частини нагнітача повітря. Розроблені рекомендації стосовно відлаштування від небезпечних режимів роботи нагнітача.The stress-strain state and critical rotation speeds of the air blower rotor part of highly forced engine are investigated. For this purpose, their parametric geometric and finite-element models are built. Due to the high speeds of rotation, the impeller disk acquires an umbrella-shaped deformed shape. This deformation can cause a gap to be selected between the impellers and the stator of the supercharger. In areas of abrupt change of shape on the impeller there is a concentration of stresses. In addition, the supercharger impeller is located cantilevered. This causes low critical speeds. These frequencies may fall within the operating range of angular velocities of the supercharger rotor. All these factors in the complex within a single calculation model were not previously taken into account. Instead, taking into account the dependences of stress, strain and critical velocity levels on the design parameters is of interest in the development of supercharger designs. In particular, the stiffness characteristics of the elastic rotor bearings were varied. The influence of these parameters on the critical rotation speeds of the rotor part of the air supercharger is determined. Recommendations have been developed for debugging from hazardous supercharger modes. In particular, it is proposed to reduce the radial stiffness of the shaft bearings by using elastic flexible rings. This can reduce critical rotor velocities beyond the operating range. In addition, a lighter material can be used to increase the strength of the impeller. It is also possible to limit the operating range of the angular rotational velocities of the rotor part of the investigated air blower. Analysis of the stress-strain state and the critical rotational velocities of the rotor were carried out on the basis of a unified generalized mathematical and numerical model.