Центробежные насосы нефтепереработки (Ефанов) - страница 10

Конструкции нефтяных насосов подробно приведены и описаны в классической литературе [7], [8], [9], [10].

Расчет методом конечных элементов является теоретически самым обоснованным методом расчета валов и выполняется в специальном программном пакете. Используемый программный пакет может выступать в роли стандарта по-умолчанию на расчет валов на резонанс.

Ниже приведем теорию расчета на резонанс по теории колебаний и по теории, на которой основан расчет в программном пакете по методу конечных элементов.

Расчет насоса является междисциплинарной задачей, в которой первоначально строится модель, рассчитывается гидродинамический процесс, происходящий при взаимодействии лопастей с потоком, прочностной расчет корпуса и оболочек, расчет вала на резонанс, расчет подшипниковых узлов, расчет других деталей.

Для выполнения связанного междисциплинарного расчета рекомендуется пакет ANSYS. Для сквозного проектирования по результат расчета рекомендуется российский пакет КОМПАС 3D.

Колебания при вращении вала происходят в результате отсутствия равновесия между внутренними силами упругости металла и внешними динамическими нагрузками. При гармоническом колебании отклонение оси вала от прямой происходит по синусоиде, т.е.:

Под степенью свободы понимается определение положения вала относительно системы координат с помощью одной координаты. Этой одной координате соответствует одна мешалка на валу.

Если колебания вала возникают из-за колебаний упругих внутренних сил, колебания являются свободными или собственными. Если под действием внешней силы по закону с заданной периодичностью, то колебания являются вынужденными.

Положительным расчетом вала на колебания является результат, по которому частота собственных колебаний не совпадает и не имеет близкого значения с критической частотой, т.е. с частотой вынуждающей силы.

При расчета по теории колебаний рассчитываются собственные и критические частоты. В случае их совпадения изменяется жесткость вала или устанавливается другая частота вынужденных колебаний.

Изменение жесткости вала связано с изменением статической деформации, которая связана со свободной частотой по формуле:

На резонансной частоте амплитуда вынужденных колебаний неограниченно возрастает при отсутствии внешних сопротивлений:

При наличии ограничителей колебаний, при резонансе амплитуды не превышают какого-либо максимального значения. Для валов мешалок в условиях отсутствия элементов, ограничивающих колебания, важно обеспечить расчетом отсутствие совпадения частот свободных колебаний и резонанса. При разгоне вала до рабочих оборотов, происходит быстрый переход через резонансную частоту, не оказывающий влияния на вал.