Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Горные машины

Диссертационная работа:

Козюрин Сергей Владимирович. Динамика и прочность рабочих колес со сдвоенными листовыми лопатками осевых вентиляторов главного проветривания : Дис. ... канд. техн. наук : 05.05.06 : Новосибирск, 2004 125 c. РГБ ОД, 61:04-5/3603

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Определения, обозначения и сокращения 5

Введение 6

Обоснование применения регулируемых на ходу реверсивных
осевых вентиляторов. Определение проблем исследования
динамики и прочности рабочих колес со сдвоенными листовыми
лопатками
11

  1. Этапы создания шахтных осевых вентиляторов и анализ парка действующих машин 11

  2. Перспективы применения осевых вентиляторов, в том числе выработавших проектный ресурс 15

  3. Конструктивные особенности рабочих колес с поворотными на ходу сдвоенными листовыми лопатками 19

  4. Анализ нагрузок, действующих на рабочее колесо вентилятора 23

  5. Определение основных задач исследования динамики и прочности рабочих колес со сдвоенными листовыми лопатками 30

  6. Выводы по разделу 31

2. Исследование напряженно-деформированного состояния
корпусов рабочих колес крупных осевых вентиляторов
33

  1. Обзор методов решения задач прочности для элементов турбомашин 33

  2. Методы расчета корпусов рабочих колес 34

  3. Постановка задач исследования напряженно-деформированного состояния конструкций в формулировке метода конечных элементов ... 38

  4. Анализ напряженно-деформированного состояния корпусов рабочих колес на основе метода конечных элементов 43

2.5. Выводы по разделу 53

3. Исследование напряженно-деформированного состояния
сдвоенных листовых лопаток рабочих колес
55

  1. Методы расчета лопаток осевых вентиляторов 55

  2. Анализ напряженно-деформированного состояния сдвоенных листовых лопаток рабочих колес на основе метода конечных элементов . 60

  3. Влияние режима вентилятора на напряжения в элементах сдвоенной листовой лопатки 70

  4. Влияние места расположения перемычки на напряженное состояние сдвоенной листовой лопатки 74

  5. Выводы по разделу 74

4. Исследование колебаний сдвоенных листовых лопаток рабочих
колес осевых вентиляторов
76

  1. Анализ методов решения задач динамики рабочих лопаток турбомашин 76

  2. Постановка задач исследования механических колебаний в формулировке метода конечных элементов 78

  3. Анализ собственных колебаний сдвоенных листовых лопаток на основе метода конечных элементов 80

  1. Выбор расчетных моделей при анализе собственных колебаний лопаток методом конечных элементов 80

  2. Влияние центробежных сил на собственные частоты лопатки 90

  3. Влияние толщины листового материала на собственные частоты лопатки 95

  4. Влияние толщины перемычки и места ее расположения на собственные частоты лопатки 97

  5. Влияние радиуса поворотного основания на собственные частоты лопатки 103

  1. Анализ вынужденных колебаний сдвоенных листовых лопаток 106

  2. Выводы по разделу 111

Заключение 113

Список литературы 116

Приложения 124

Определения, обозначения и сокращения

ГВУ - главные вентиляторные установки;

РК - рабочее колесо;

НА - направляющий аппарат;

СА - спрямляющий аппарат;

СНА - спрямляюще-направляющий аппарат;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

v - втулочное отношение;

Профильная (рабочая) часть лопатки - две лопасти, соединенные одной или

двумя перемычками.

Введение к работе:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие горнодобывающей отрасли России предполагает дальнейшее совершенствование применяемых в технологических процессах систем и оборудования. Определяющую роль в обеспечении безопасности подземных работ играет состояние шахтных вентиляционных систем, основным звеном которых являются главные вентиляторные установки (ГВУ).

Подавляющее число ГВУ российских шахт оснащено устаревшими осевыми вентиляторами серий ВОКД и ВОД. Эти установки часто эксплуатируются с низким уровнем экономичности, их общий КПД с учетом потерь энергии в каналах, электроприводе и вентиляторе находится в пределах 0,27-0,35, т.е. около 70 % потребляемой на вентиляцию электроэнергии теряется. Кроме того, по-прежнему актуально повышение надежности установок.

Необходимость повышения надежности и эффективности ГВУ требует проведения работ по созданию новых конструкций и модернизации существующего парка главных вентиляторов. Наиболее перспективным путем повышения эксплуатационных характеристик вентиляторных установок главного проветривания является применение реверсивных регулируемых вентиляторов с поворотными на ходу сдвоенными листовыми лопатками рабочих колес.

Существенный вклад в развитие систем вентиляции в России и СНГ внесли Г.А. Бабак, И.В. Брусиловский, СИ. Демочко, Н.И. Загребельный, И.В. Клепаков, В.И. Ковалевская, A.M. Красюк, Е.М. Левин, Н.Н. Петров, Н.А. Попов, В.А. Руденко, С.А. Тумаркин, К.А. Ушаков и другие.

Одной из первостепенных задач обеспечения надежности вентиляторов, является исследование динамики и прочности элементов их конструкций, в частности рабочих колес, основными элементами которых являются корпус и

лопатки. Поскольку вентиляторы являются типичными представителями класса лопаточных машин, развитие науки о прочности этих конструкции не возможно отделить от исследований связанных с другими видами этой техники: паровыми и газовыми турбинами, гидротурбинами, компрессорной техникой, воздушными и водяными движителями.

Исследованиями динамики и прочности турбомашин занимались многие ученые, инженеры и конструкторы: И. А. Биргер, И.В. Демьяну шко, Г.С. Жирицкий, Р.С. Киносашвили, А.В. Левин, Н.Н. Малинин, Э.А. Манушин, И.И. Мейерович, Г.С. Скубачевский, А.П. Филиппов, Д.В. Хронин, А.З. Шеметов, Б.Ф. Шорр, М.И. Яновский и другие. Результаты их исследований являются основой современной науки о прочности и надежности лопаточных машин.

К настоящему моменту накоплен значительный опыт по анализу динамики и прочности элементов турбомашин, в то же время недостаточно исследований, учитывающих особенности конструкций шахтных вентиляторов. В большей степени это относится к вентиляторам, проектируемым на основе новых конструкторских решений и рассчитанным на более тяжелые условия нагружения.

К числу таких решений относится применение рабочих колес со сдвоенными листовыми лопатками. Исследованию напряженно-деформированного состояния и колебаний их основных элементов - корпусов и лопаток посвящена данная работа.

Цель работы - повышение надежности и технического совершенства корпусов и сдвоенных листовых лопаток рабочих колес осевых вентиляторов главного проветривания.

Идея работы состоит в проведении численных экспериментов с применением метода конечных элементов и компьютерного моделирования для определения прочностных и динамических характеристик рабочих колес со сдвоенными листовыми лопатками.

Задачи исследований:

  1. Анализ напряженно-деформированного состояния корпусов и сдвоенных листовых лопаток рабочих колес.

  2. Обоснование расчетных моделей для исследования колебаний сдвоенных листовых лопаток рабочих колес.

  3. Исследование колебаний лопаток с оценкой влияния их отдельных геометрических и инерционно-массовых параметров на собственные частоты.

  4. Разработка рекомендаций по проектированию корпусов и сдвоенных листовых лопаток рабочих колес.

Методы исследований включают анализ источников научно-технической информации, постановку и проведение теоретических исследований и численных экспериментов методами конечных элементов и компьютерного моделирования с применением пакета прикладных программ

Основные научные положения, защищаемые автором:

  1. В корпусах рабочих колес с втулочным отношением 0,5 и менее максимальные напряжения возникают в районе отверстий для крепления лопаток в силовом поясе. При втулочном отношении 0,6 напряжения вокруг отверстий под поворотные основания лопаток на обечайке сопоставимы с напряжениями в силовом поясе и могут превосходить их.

  2. Снижение напряжений в лопастях сдвоенной листовой лопатки обеспечивается установкой перемычки, оптимальное положение которой находится на расстоянии 0,2-0,3 длины лопастей от их основания.

  3. При исследовании колебаний сдвоенных листовых лопаток в расчетной модели необходимо учитывать массово-жесткостные характеристики поворотного основания и хвостовика, а также податливость механизма поворота лопаток.

4. Центробежные силы оказывают максимальное влияние на изгибную
жесткость лопатки в режиме реверса вентилятора. При этом для окружных

скоростей вентилятора до 55 м/с увеличение собственных частот за счет центробежных сил может не учитываться.

Достоверность научных результатов обеспечивается достаточным объемом проведенных исследований и практикой применения стандартных пакетов программ для решения задач статической прочности и динамики конструкций, а также проведением сравнительной оценки результатов, полученных альтернативными способами.

Новизна научных положений заключается в следующем:

установлено расположение зон максимальных напряжений в корпусах рабочих колес и определен их относительный уровень в зависимости от втулочного отношения;

получены зависимости напряжений в рабочей части лопатки от расположения перемычки и определено ее оптимальное положение;

обоснован выбор расчетных моделей для исследования колебаний сдвоенных листовых лопаток;

установлена зависимость собственных частот сдвоенной листовой лопатки „от окружных скоростей вентилятора при различных углах ее поворота относительно расчетного угла.

Личный вклад автора состоит в обобщении известных методов исследования динамики и прочности лопаток и корпусов рабочих колес турбомашин, постановке задач исследований, разработке расчетных моделей и проведении исследований, обработке и анализе результатов, разработке рекомендаций по проектированию сдвоенных листовых лопаток и корпусов рабочих колес осевых вентиляторов главного проветривания.

Практическая ценность. Проведенные исследования и разработанные на

основе их результатов рекомендации определяют пути возможных

конструкторских решений при разработке рабочих колес для новых шахтных

осевых вентиляторов главного проветривания и модернизации вентиляторов,

находящихся в эксплуатации. Полученные результаты также могут быть использованы при разработке тоннельных вентиляторов метрополитенов.

Реализация работы в промышленности. Результаты научных исследований использованы в Институте «АЭРОТУРБОМАШ» при разработке шахтного вентилятора ВО-24К, внедренного в проектах вентиляционных систем шахт «Костромовская» и «Романовская-1» в Кемеровской области, тоннельного вентилятора ВО-21К(т), применение которого предусмотрено на станции «Березовая роща» Новосибирского метрополитена, а так же при подготовке проекта модернизации ротора шахтного вентилятора ВОД-40.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международной конференции «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, 2001); Международной конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2002); 11-й Международной конференции «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, 2003).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, изложенных на 125 страницах машинописного текста, включая 4 таблицы, а также содержит 58 рисунков и список литературы из 74 наименований.

Автор выражает благодарность коллективу лаборатории рудничной аэродинамики ИГД СО РАН за оказанную помощь при подготовке диссертации.

Подобные работы
Упоров Сергей Александрович
Оптимизация режимов эксплуатации вентиляторов главного проветривания метрополитенов
Шантарин Сергей Сергеевич
Обоснование параметров шахтных вентиляторов местного проветривания смешанного принципа действия
Макаров Владимир Николаевич
Исследование и разработка энергетических методов повышения эффективности шахтных установок главного проветривания (УГП) с центробежными вентиляторами
Полынцев Олег Евгеньевич
Динамика и прочность авторотирующего несущего винта
Максименко Ирина Викторовна
Возможности улучшения динамики и прочности тягового привода II класса для локомотивов и электропоездов
Карташов Николай Сергеевич
Прочность и долговечность дисков колес из перспективных материалов современных легковых автомобилей и мотоциклов
Узлов Владимир Иванович
Разработка процессов термической обработки, повышающих прочность и надежность железнодорожных колес
Иванов Борис Георгиевич
Разработка методов расчета динамики и прочности агрегатов транспортной техники с рычажно-шарнирными кинематическими связями
Берлин Борис Наумович
Определение рациональных параметров ободьев колес автомобилей с особо большой массой перевозимых грузов для обеспечения прочности и снижения металлоёмкости

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net