Міцність та динамічні властивості складеної метал-матричної композиційної лопатки ротора в контактних підшипникових опорах

Abstract

На основі аналізу міцності та динамічних властивостей конструкції, за допомогою попередньо запропонованих методик проектування роторних машин, моделювання різного типу навантажень та контактної поведінки між елементами роторів, а також врахування впливу на загальну механічну поведінку системи підшипникових опор різного типу, в роботі пропонується нова лопатка ротора, складена зі сталевого хвостовика та аеродинамічного профілю з метал-матричного композиту, яка покликана вдосконалити конструкцію ротора та надати противагу викликам експлуатації турбомашини, в яких застосування звичайних екстенсивних методів посилення конструкції не може вирішити проблеми функціонування. Розглянутий в роботі варіант біматеріальної лопатки розв’язує практичну інженерну проблему легкої заміни швидкозношуваних лопаток ротора вентилятора головного провітрювання рудника при збереженні їхньої міцності. Створена конструкція лопатки з унікальною формою сталевого остову запропонувала дешеву та легку у виробництві альтернативу суцільній алюмінієвій лопатці, а нерозривність з’єднання сталевих та композиційних частин була перевірена експериментально, а також за допомогою розрахункових методів із врахуванням нелінійних формулювань контактів. Based on analyzing structural strength and dynamic properties, using previously proposed methods for designing rotary machines, modeling various load types and contact behavior between rotor elements, as well as considering the impact of various types of bearing supports on the overall mechanical behavior, the work proposes a new rotor blade, composed of a steel root and an airfoil made of a metal-matrix composite, created to improve the rotor design and provide a counterweight to the challenges of turbomachine operation, in which the use of conventional extensive methods of structural strengthening cannot solve the functioning problems. The bimaterial blade variant considered in the work solves the practical engineering problem of easy replacement of quickly worn rotor blades of the mine main ventilation fan while maintaining their strength. The created blade design with a unique shape of the steel core suggested a cheap and easy-to-manufacture alternative to a solid aluminum blade, and the integrity of the connection of steel and composite parts was verified experimentally, as well as using computational methods with nonlinear contact formulations.