Введение к работе
Актуальность темы. Единая система газоснабжения Российской Федерации включает в себя магистральный трубопровод и компрессорные станции. Поддержание системы в рабочем и безотказном состоянии является одной из важных задач. В качестве приводов центробежных нагнетателей компрессорных станций широко применяются газотурбинные двигатели различного типа: стационарные, судовые, авиационные. В трубопроводной обвязке авиационных двигателей широко используются гибкие металлические трубопроводы (ГМТ), а именно: гибкие металлические рукава (ГМР) и сильфонные компенсаторы (СК), имеющие в качестве основного элемента гибкую металлическую гофрированную оболочку - сильфон, количество которых на одном двигателе достигает 30 штук.
По статистическим данным ОАО Газпром, разрушение ГМТ - одна из причин вынужденной остановки агрегата. Известно, что при назначенном ресурсе для гибких металлических трубопроводов 20 тыс. часов, моторесурс их до разрушения составляет 3-7 тыс. часов. Поэтому возникает актуальная необходимость в более точном назначении ресурса ГМТ на этапе проектирования двигателя, что позволит исключить его досрочное разрушение при эксплуатации.
Основным и самым ответственным элементом ГМТ является тонкостенная гофрированная оболочка, для которой в процессе эксплуатации необходимо исключение резонансных явлений. Одно из необходимых условий ее надежной работы - исключение резонанса. Для решения этого вопроса исследования вынужденных нелинейных колебаний, разработка метода расчета вынужденных колебаний СК с учетом нелинейности упруїой характеристики и амплитудно-зависимого рассеяния энергии, являсіся актуальной задачей
Цель работы заключается в разработке методики расчета продольных колебаний СК газотурбинных двигателей в условии резонанса.
Основные задачи исследования:
определить собственные частоты и формы колебаний СК на основе модели СК, как эквивалентного стержня;
исследовать рассеяния энергии при колебаниях СК с учетом конструктивных параметров и внутреннего давления в СК;
вывести формулу для определения амплитудно-частотных характеристик СК с учетом сил неупругого сопротивления. Научная новизна работы:
разработана физико-математическая модель продольных колебаний СК на основе теории колебаний стержней с учетом неупругого сопротивления;
определено влияние на частотные характеристики гофрированных оболочек их конструктивных параметров и условий эксплуатации;
получена аналитическая зависимость амплитуд вынужденных колебаний от геометрических параметров и виброускорения с учетом рассеяния энергии.
На защиту выносятся следующие положения:
Физико-математическая модель продольных колебаний СК, представленная гибким эквивалентным стержнем, движение которого при вынужденных колебаниях описывается нелинейным дифференциальным уравнением.
Частотные характеристики оболочек при продольных колебаниях, в зависимости от условий эксплуатации и конструктивных параметров.
3. Новый метод расчета околорезонансных амплитуд продольных
колебаний гофрированных оболочек с учетом рассеяния энергии и
нелинейности частотной характеристики.
Практическая ценность. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики расчета, используемые в научных и проектных институтах, заводах-изготовителях и в ремонтных предприятиях газовой отрасли. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют рассчитать вибрационную прочность СК и назначить их остаточный ресурс.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» в Омском государственном техническом университете (2004г.), на научно-техническом семинаре кафедры «Теоретическая и прикладная механика» Тюменского государственного нефтегазового университета (2005г.), на расширенном заседании кафедры «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов» Тюменского государственного нефтегазового университета (2006г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, общих выводов, списка литературы из 71 наименования и приложения. Объем работы составляет 134 страницы, в том числе 40 рисунков и 14 таблиц.
