Изменение характеристик упорного подшипника при помпаже центробежного компрессора

Исследовано влияние перемещения упорного диска ротора при помпаже центробежного компрессора в пределах осевого зазора на локальные, интегральные и динамические характеристики упорного подшипника скольжения с неподвижными подушками. При постановке прямой динамической задачи с помощью программы Sm2px3Txτ проведен анализ изменения несущей способности, демпфирования, образования разрежения в несущем смазочном слое, температурного режима работы и изменения потерь мощности. Программа Sm2px3Tx? создана на основе численной реализации периодической термоупругогидродинамической математической модели, включающей в себя расчет тепловых, гидродинамических и деформационных эффектов в смазочном и пограничном слоях упорного подшипника скольжения. Установлено значимое влияние скорости перемещения упорного диска относительно плоскости подушек под действием внешней возмущающей осевой силы компрессора на рассматриваемые характеристики упорного подшипника скольжения. По сравнению с гармоническим перемещением упорного диска при помпаже возникают более значительные динамические нагрузки на неподвижные подушки такого подшипника. Выявлена существенная зависимость поля гидродинамического давления в смазочном слое от координат и времени. Продолжительное воздействие переменного давления и температуры может отрицательно сказаться на рабочей поверхности подушек подшипника вследствие усталостной прочности баббита. Сочетание высокой температуры и гидродинамического давления в определенных точках может привести к превышению предела текучести и/или выносливости, началу разрушения баббитового слоя и выходу из строя подшипника скольжения. Определена наиболее вероятная зона начала разрушения рабочей поверхности подушки вблизи задней кромки. Разработанная программа Sm2px3Tx? позволяет моделировать описанные циклические процессы разных форм перемещения упорного диска и определять вероятную зону начала разрушения.
EDN: QXFYEJ, https://elibrary/qxfyej

Литература

[1] Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. Ленинград, Машиностроение, 1982. 271 с.

[2] Gravdahl J.T., Egeland O. Compressor surge and rotating stall. Springer, 1999. 225 p.

[3] Хадиев М.Б., Зиннатуллин Н.Х., Нафиков И.М. Механизм помпажа в центробежных компрессорах. Вестник казанского технологического университета, 2014, т. 17, № 8, с. 262–267.

[4] Старосельский С. Встроенная система защиты от помпажа и контроля производительности центробежных и осевых компрессоров при помощи измерения вибрации. Компрессорная техника и пневматика, 2013, № 2, с. 18–23.

[5] Brun K., Simons S., Kurz R. et al. Measurement and prediction of centrifugal compressor axial forces during surge — Part I: Surge force measurements. J. Eng. Gas Turbines Power, 2018, vol. 140, no. 1, art. 012601, doi: https://doi.org/10.1115/1.4037662

[6] Соколов Н.В., Максимов Т.В., Хадиев М.Б. Влияние осевой силы ротора центробежного компрессора на работу упорного подшипника. Компрессорная техника и пневматика, 2021, № 3, с. 33–38.

[7] Ямпольский С.Л. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на работоспособность упорных подшипников турбин, методы контроля их работы и защиты от аварийных повреждений. Энергомашиностроение, 1965, № 7, с. 17–22.

[8] He M., Byrne J.M. Fundamentals of fluid film thrust bearing operation and modeling. Asia Turbomachinery and Pump Symposium. Houston, Texas A&M University, 2018.

[9] Хрущов М.М. Усталость баббитов. Москва-Ленинград, Изд-во АН СССР, 1943. 140 с.

[10] Zeidan F.Y., Herbage B.S. Fluid film bearing fundamentals and failure. Proc. 20th Turbomachinery Symposium, 1991, pp. 161–186.

[11] Сережкина Л.П., Зарецкий Е.И. Осевые подшипники мощных паровых турбин. Москва, Машиностроение, 1988. 175 с.

[12] Соколов Н.В., Федотов П.Е. Картина тепловых потоков упорного подшипника скольжения. Известия ВУЗов. Машиностроение, 2024, № 1, с. 77–89. EDN: NXPBUY

[13] He M., Byrne J., Cloud C. et al. Steady state performance prediction of directly lubricated fluid film journal bearings. Proc. 41st Turbomachinery Symposium, 2012.

[14] Федотов П.Е., Федотов Е.М., Соколов Н.В. и др. Sm2Px3Txτ — динамически нагруженный упорный подшипник скольжения при постановке прямой задачи. Свид. о гос. рег. прог. для ЭВМ 2020615227 от 19.05.2020.

[15] Sokolov N.V., Khadiev M.B., Maksimov T.V. et al. Mathematical modeling of dynamic processes of lubricating layers thrust bearing turbochargers. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1158, no. 4, art. 042019, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1158/4/042019

[16] Соколов Н.В., Хадиев М.Б., Федотов П.Е. и др. Сравнение квазитрехмерной и полной трехмерной постановок работы упорного подшипника скольжения. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2023, т. 22, № 3, с. 143–159, doi: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2023-22-3-143-159

[17] Соколов Н.В. Влияние перемещения диска на характеристики упорного подшипника скольжения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 1, с. 108–130. EDN: TXSKFW

[18] Лунд. Разработка понятия динамических коэффициентов радиальных подшипников жидкостного трения. Проблемы трения и смазки, 1987, № 1, с. 40–45.

[19] Корнеев А.Ю., Ярославцев М.М. Динамические характеристики конических многоклиновых гидродинамических опор жидкостного трения. Вестник машиностроения, 2010, № 4, с. 52–57.

[20] Zhu Q., Zhang W.J. A preliminary nonlinear analysis of the axial transient response of the sector-shaped hydrodynamic thrust bearing-rotor system. J. Tribol., 2003, vol. 125, no. 4, pp. 854–858, doi: https://doi.org/10.1115/1.1575775

[21] Ehrich F. Handbook of rotordynamics. Krieger, 2004. 480 p.

[22] Хадиев М.Б., Хамидуллин И.В. Компрессоры в технологических процессах. Казань, Изд-во КНИТУ, 2021. 260 с.

[23] Han T., Paranjpe R.S. A finite volume analysis of the thermohydrodynamic performance of finite journal bearings. J. Tribol., 1990, vol. 112, no. 3, pp. 557–565, doi: https://doi.org/10.1115/1.2920293

[24] Подольский М.Е. Редукторы энергетических машин. Ленинград, Машиностроение, 1985. 232 с.

[25] Ямпольский С.Л. Несущая способность упорных подшипников и осевые усилия в турбинах при динамических режимах. Энергомашиностроение, 1971, № 12, с. 17–19.