Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english

Основные научные разработки

Динамика роторных систем» (руководитель направления – д.т.н. Банах Людмила Яковлевна

·           Выявлены условия перехода ротора через критическую скорость при его возможных соударениях; определены величины крутящего момента, необходимые для прохождения критической скорости и прекращения виброударного режима.
·           Выявлен и описан эффект гашения колебаний вращающихся роторов с плавающими уплотнительными кольцами за счет «исчезновения» критической скорости и особенностей гидродинамического взаимодействия с уплотняющими элементами и рабочей средой. Установлено, что использование плавающих уплотнительных колец (вместо щелевых уплотнений) позволяет исключить режимы прохождения критической скорости и существенно снизить (более чем в два раза) амплитуды вынужденных колебаний ротора. Определены параметры системы, при которых обеспечивается минимальный уровень вибрации ротора с плавающими уплотнительными кольцами.
·           Разработаны подходы по декомпозиции при анализе вибраций конструкций и изделий машиностроения, позволяющие определять характер динамического взаимодействия между составляющими подсистемами, строить частотную иерархию минимальных математических моделей, выявлять в исходной системе главные переменные, определяющие ее вибрационное состояние.
·           Исследована зависимость чувствительности роторной системы при внезапной разбалансировке к параметрам оторвавшегося груза (лопатки и/или участка диска) с учетом возможного задевания ротора в уплотнениях. Рассмотрена зависимость уровней колебаний многопролетного ротора с остаточным дисбалансом от формы первоначального неустранимого прогиба.
·           Исследованы нелинейные колебания энергетических реакторов на основе маятниковой динамической модели с жестким и упругим подвесом при его периодическом возмущении. Выявлены причины возникновения автоколебаний в подобных системах.
Текст раздела в части «Исследование нелинейных вибрационных эффектов при возбуждении колебаний упругих  систем и систем твердых тел в приложении к различным технологическим системам и процессам, включая вибрационные технологические процессы и машины, а также виброзащиту оборудования и человека-оператора» (руководитель направления – д.т.н., проф. Пановко Григорий Яковлевич) изменить следующим образом:
·           Исследована задача о движении шайбы вдоль упругого стержня, находящегося в условиях параметрического возбуждения и установлена взаимосвязь между его колебаниями и режимами подъема кольца (разновидность модели «маятника Челомея»). Установлены условия, при которых происходит эффективное гашение параметрических колебаний стержня за счет подъема шайбы; выявлен асинхронный автоколебательный механизм подъема шайбы.
·           Выявлено существование оптимальных параметров вибрации в транспортно-технологических системах  с разрывным некулоновым трением.
·           Исследованы и описаны особенности нелинейной динамики автопараметрического гасителя колебаний, выполненного в виде присоединенного маятника. Установлено, что работа маятникового гасителя характеризуется жестким режимом его включения-выключения на границах частотной области гашения колебаний объекта виброзащиты,  вне которых маятник остается неподвижным и в системе не возникают дополнительные резонансы.
·           Предложена система автоматического поддержания резонансных колебаний рабочих органов вибрационных технологических машин с дебалансными (инерционными() самосинхронизирующимися вибровозбудителями, основанная на результатах анализа динамики расчетной схемы вибрационной машины и натурного моделирования.  

Турбонасосный агрегат: 1-ротор, 2-плавающее уплотнительное кольцо,  3-подшипник

 

Изменение угловой скорости
при разгоне при торможении
Прохождение ротора с одним диском через критическую скорость

 

Линейная система  
Установлены значения амплитуд и смещения резонансной частоты на переходных режимах

(отв.исп.  : к.т.н. О.А.Волоховская)

  • Разработана модель однодискового ротора на изотропных и анизотропных опорах с учетом задевания в уплотнениях при внезапной разбалансировке для случаев по-стоянной и переменной скорости вращения. На основе численного моделирования исследована зависимость чувствительности  системы  к величине оторвавшегося груза от ее параметров.
  • Предложена методика расчета уровня вибраций в электрических центробежных насосах (ЭЦН) для нефтедобычи, основанная на модели системы «ротор-статор», состоящей из двух однородных балок с приведенными жесткостными и инерцион-ными характеристиками , связанными между собой через масляные слои подшип-ников и нефтяные пленки меду рабочими колесами и направляющими аппаратами.
  • Предложен метод сниженния уровня вибраций в ЭЦН , основанный на принципе селективной сборки секций насоса. Суть метода заключается в определении такой последовательности размещения рабочих колес с измеренными эксцентриситетами на валу секции, которая вызывает наименьший уровень вибрации насоса.
Траектории движения ротора с α1= α2=0,75   и k=10 10  н/м в зазоре на  интервале наблюдения t=0,07 с :  слева – ε=0,75 мм; справа - ε=0,97 мм

 

Траектории  ротора при Ψ=const; α1= α2=0,75; ε=1,5 мм : k=1011 н/м (слева) и зависимость силы в области контакта N/G при k=1011 н/м от времени

(отв.исп.: к.т.н. Зейтман М.Ф.)

  • Разработана нетрадиционная динамическая модель для изучения нелинейных коле-баний энергетических реакторов и их отдельных узлов. Модель представлена ма-ятниковой системой с жестким и упругим подвесом при периодическом возмуще-нии точки опоры. В условиях изменяющихся параметров модели иразличного ха-рактера нелинейного возмущения получена достаточно полная графическая карти-на вибраций теплогенератора реактора.
  • Предложена процедура получения почти периодических решений нелинейных уравнений движения гибких гироскопических роторов с распределенными и сосредоточенными массами. Поэтому  уравнения и краевые условия записаны в частных производных, а искомые почти периодические решения даются в виде разложения по малому параметру . Именно они описывают автоколебания изучаемых роторов в зонах их неустойчивости.

Исследование нелинейных вибрационных эффектов при возбуждении колебаний уп-ругих  стержневых систем и систем твердых тел в приложении к различным техно-логическим системам и процессам, включая проблемы виброзащиты (отв. исп.: д.т.н., проф. А.М.Гуськов, д.т.н., проф. Г.Я.Пановко)

  • Исследована задача о движении шайбы вдоль упругого стержня, находящегося в условиях параметрического возбуждения и установлена взаимосвязь между его ко-лебаниями и режимами подъема кольца (в классической задаче о маятнике Челомея закон движения стержня считается заданным). Установлены условия, при которых происходит эффективное гашение параметрических колебаний стержня за счет подъема шайбы; описан асинхронный автоколебательный механизм подъема шай-бы в модели маятника Челомея.
  • Для вибрационных транспортно-технологических процессов с разрывным некуло-новым трением выявлено существование оптимальных параметров вибрационного воздействия (в системах с кулоновым трением обычно наблюдается монотонная зависимость технологических показателей от параметров вибрационного воздейст-вия).
  • Исследованы и описаны особенности нелинейной динамики автопараметрического гасителя колебаний, выполненного в виде присоединенного маятника. Установлено, что работа маятникового гасителя характеризуется жестким режимом его включения-выключения на границах частотной области гашения колебаний объекта виброзащиты; вне этих границ маятник остается неподвижным и в системе не возникают дополнительные резонансы (в отличие от классического динамического гасителя).
  • Выполнено математическое моделирование процесса вибрационного сверления при использовании специальной упруго-демпферной вставки и при параметрическом возбуждении колебаний стебля за счет продольной вибрации люнета.  Установлены условия и области значений параметров системы, при которых возникают режимы самовозбуждения колебаний сверла. Показано, что при прерывистом сверлении образующаяся стружка имеет фрагментарную  (дробленую) структуру,  что приводит к уменьшению сил сопротивления резанию и повышению основных технологических показателей процесса.
Схема взаимодействия вибрационного инструмента с обрабатываемой средой Области различных режимов движения рабочего органа

 

Схема автопараметрической системы с маятниковым гасителем колебаний Амплитудно-частотные характеристики основного тела (слева) и маятника (справа)

Подробнее