Проєктне забезпечення технічних характеристик нагнітачів повітря танкових двигунів

Abstract

У роботі із залученням параметричного підходу описані дослідження напружено-деформованого стану та критичних режимів руху роторних систем нагнітачів повітря танкових двигунів. На прикладі тестової конструкції визначено вплив міжопорної відстані на валі на критичні швидкості обертання досліджуваного ротора. Також визначено вплив габаритних розмірів на напружено-деформований стан робочого колеса компресора. Установлено, що втрата стійкості руху ротора у дослідженому діапазоні частот обертання відбувається за першою, другою та третьою формою. Відповідно, запропоновано декілька стратегій відлаштування від небезпечних режимів роботи. Ці стратегії полягають у виведенні критичних режимів ротора за межі робочого діапазону. Зокрема, можливо знижувати критичні частоти обертання або їх підвищувати. Також можлива комбінація цих способів. Напружено-деформований стан робочого колеса компресора суттєво реагує на зміну його габаритних розмірів. Зокрема, збільшення його діаметра різко підвищує переміщення точок диска та лопатей. Це може спричинити втрату зазору між ротором і статором. А це призводить до потенційних проблем із працездатністю. Напруження у робочому колесі локалізуються у зоні переходу лопатей у диск. Також значний рівень напружень – у самому диску. Відповідно, за умовами міцності та жорсткості більшою мірою обмежується діаметр робочого колеса. За критерієм відлаштування від критичних швидкостей обертання ротора обмежується міжопорний розмір вала, а також довжина робочого колеса компресора.

The paper employs a parametric approach to investigate the stress-strain state and critical motion regimes of rotor systems in tank engine superchargers. Using a test assembly as an example, the influence of the bearing span on the critical speeds of the rotor was determined. The impact of overall dimensions on the stress-strain state of the compressor impeller was also analyzed. It was established that the loss of rotor stability within the investigated frequency range occurs at the first, second, and third modes. Accordingly, several strategies for detuning from hazardous operating regimes are proposed by shifting critical speeds beyond the operating range. Specifically, this can be achieved by either decreasing or increasing the critical frequencies, or through a combination of these methods. The stress-strain state of the compressor impeller is highly sensitive to changes in its geometric dimensions. Increasing the diameter significantly increases the displacement of the disk and blade points, which may lead to a loss of clearance between the rotor and stator, causing potential failure. Stresses in the impeller are localized in the blade-to-disk transition zone and within the disk itself. Consequently, the impeller diameter is primarily limited by strength and stiffness requirements, while the bearing span and impeller length are restricted by the criteria for detuning from critical speeds. The paper presents the distributions of the components of the stress-strain state of the compressor impeller at different values of the variable parameters, as well as at different rotor rotation frequencies. The forms of loss of stability of the compressor rotor part are also presented.