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

Анотація

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. Така конструкція пройшла багатоетапну перевірку міцності та прийнятності механічної поведінки окремих лопаток та ротора з ними, який також показав гарні динамічні властивості, уточнені за допомогою врахування впливу контактних роликових підшипникових опор. На основі розроблених в роботі методів була змодельована динамічна поведінка масивного ротора турбомашини із диском великого діаметру та композиційними лопатками, що продемонстровала застосовність запропонованого комплексного підходу, що враховує особливості навантажень та кріплень конструктивних елементів роторів, а також вплив на цю поведінку характеристик матеріалів, уточнених за допомогою запропонованих підходів жорсткісних властивостей контактних роликових підшипникових опор та податливості диску та валу.