НИИ механики МГУ
В последнее время ветроэнергетические установки (ВЭУ) вызывают большой интерес в исследованиях. Обычно рассматриваются установки с горизонтальной или вертикальной осью симметрии. В данной работе рассматриваются ВЭУ колебательного типа, на основе многозвенных аэродинамических маятников. Это маятники с вертикальными осями вращения, на последнем звене которых, расположены симметричные аэродинамические профили. В межзвенных шарнирах маятника (между первым и вторым, вторым и третьем звеньями) закреплены пружины. Вся система помещена в поток воздуха, скорость которого на бесконечности постоянна. Исследуется влияние жёсткости пружин и положение крыла на последнем звене на движение маятников. В работах [1-2] была рассмотрена система с двухзвенным аэродинамическим маятником.
Для описания аэродинамического воздействия была использована квазистатическая модель, в рамках которой аэродинамическое влияние сводится к подъёмной силе, силе лобового сопротивления и аэродинамическому моменту. Характеристики брались из статических экспериментов. В качестве профиля, был выбран аэродинамический профиль NACA0015. Составлена система уравнений, описывающая поведение многозвенного маятника. Проведено численное моделирование полученных уравнений. На рисунке представлена зависимость выходной мощности от скорости набегающего потока.
Предполагается использовать такую механическую систему для преобразования энергии ветра в механическую энергию. Преимуществами данной системы может служить низкая скорость старта и то, что она будет работать при любом направлении ветра.
Андрей Петрович Голуб
АО «ОКБМ Африкантов»
Основной причиной источников повышенного шума арматур являются процессы, возникающие при обтекании элементов проточной части. Для удовлетворения требований по уровню шума, при проектировании новой проточной части арматуры, необходимо корректно моделировать аэро/гидродинамику потока рабочей среды. В данной работе рассмотрена задача обтекания потоком глухой кольцевой полости (коллектора) как типового элемента паровой арматуры спроектированной в АО «ОКБМ Африкантов».
Экспериментальные исследования на упрощенной модели проточной части арматуры показали, что в определенных условиях испытаний, в области коллектора возникает процесс, с возбуждением акустических колебаний на частоте f ~ 1,3 кГц. Из анализа результатов испытаний также определено, что процесс носит автоколебательный характер.
Результаты расчетного исследования показали возможность моделирования наблюдаемых автоколебательных процессов в кольцевом коллекторе с помощью методов численного моделирования. Численные расчеты аэродинамики потока выполнялись в ПП Логос. Расчетные пульсации давления в проточной части модели имеют хорошую сходимость с результатами, полученными экспериментальным методом. По результатам выполнения работы показано, что предложенный подход прогнозирования возбуждения акустических частот потоком рабочей среды может быть использован в прикладных задачах, как при проектировании проточной части нового оборудования, так и доработки существующего, в части снижения вибрации и шума
Михаил Геннадьевич Маслов
АО «ОКБМ Африкантов»
В связи с постоянно ужесточающимися требованиями к массо-габаритным характеристикам различного оборудования и электронасосов в частности рассматриваются различные пути по уменьшению их габаритов.
Один из основных путей состоит в увеличении частоты вращения рабочего колеса, что приводит к уменьшению габаритов, как электродвигателя, так и насосной части. Однако, одновременно со снижением массы и размеров, значительно увеличиваются силы на частоте вращения ротора электронасоса и вибрация на частоте вращения становится определяющей в спектральных характеристиках виброскорости насосного оборудования.
Анализ различных источников вибрации на частоте вращения показал, что помимо остаточного дисбаланса, наиболее вероятными и определяющими источниками сил на частоте вращения ротора электронасоса будут:
- несоосность подшипниковых опор ротора;
- неоднородность потока на входе в рабочее колесо.
Цель данной работы состояла в том, чтобы численно проанализировать интенсивность гидродинамических сил на частоте вращения, связанных с неравномерностью потока на входе в рабочее колесо, а также оценить влияние несоосности подшипников скольжения на амплитуды вибрации насоса.
В качестве исследуемого образца использовался электронасос разработки АО «ОКБМ Африкантов». Электронасос представляет собой моноблочный агрегат с одним рабочим колесом, радиальным направляющим аппаратом, гидрокамерой и асинхронным электродвигателем. Ротор рабочего колеса и электродвигателя вращается в подшипниках скольжения, охлаждаемых и смазываемых перекачиваемой рабочей средой (водой). Частота вращения ротора электронасоса составляет 3000 об/мин. На рисунке показан общий вид данного электронасоса.
Выполненные исследования позволят в дальнейшем обеспечивать минимальные уровни вибрации электронасосов на повышенных частотах вращения ротора.
1. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации // Учеб. пособие. СПб.: «СЕВЗАПУЧЦЕНТР», 2021, 160 с.
2. Гантман М.Ю., Куликов Д.А., Фомин М.Н… Применение отечественного ПО для прогнозирования вибрации насосного оборудования… // Сборник тезисов межотраслевой научно-технической конференции «Направления развития ЯЭУ перспективных…». Н. Новгород, 2022, 110 с.
3. Савчук Д,В., Бесчеров Д.Е., Куликов Д.А.,… Обеспечение вибрационных характеристик центробежных насосов реакторных установок // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. Т. 22, №1, 2023. С.112-120.
Дмитрий Андреевич Куликов
Механико-математический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
В работе исследуется задача аэроупругих колебаний круглого цилиндра в потоке сплошной среды. Актуальность и практическая значимость данной задачи определяется её связью с ведущимся в мире поиском принципов проектирования новых типов ветрогенераторов без использования вращающихся и/или трущихся элементов. Объектом исследования является жесткий тонкостенный цилиндр конечного размаха, установленный поперечно направлению дозвукового воздушного потока в аэродинамической трубе и закрепленный на упругой консольной балке. В настоящих экспериментах наблюдались два типа вихревых колебаний (VIV) [1,2]: классические квазидвумерные VIV, при которых балка испытывает изгибные колебания, и неизвестный ранее тип VIV, обусловленный резонансом вихревой дорожки с крутильной модой. Экспериментально показано, что в режиме крутильных колебаний существует режим захвата частоты. Вихревые дорожки Кармана, генерируемые верхней и нижней частями цилиндра, смещены по фазе приблизительно на π. Изменение фазы происходит скачком вблизи закрепления балки, которая ведет себя как разделительная пластина (splitter plate), предотвращающая образование вихрей в сечениях вблизи оси вращения цилиндра. В настоящих экспериментах для рассматриваемой модели получена максимальная амплитуда колебаний на торцах цилиндра A/D = 0.34 крутильных колебаний (расстояние от точки измерения до оси вращения – 9.8D). Для состояния крутильного резонанса характерный диапазон приведенных скоростей составляет 6 – 7.2, что соответствует числам Струхаля 0.166 – 0.139. Эти значения меньше, чем St ≈ 0.2, характерный для цилиндров бесконечного размаха, что объясняется влиянием свободного торца на течение около цилиндра.
1.Williamson, C.H.K., Govardhan, R., 2004. Vortex-induced vibrations // Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 413–455.
2. Oleg Ivanov, Vasily Vedeneev. Vortex-induced vibrations of an elastic cylinder near a
finite-length plate // Journal of Fluids and Structures. 2021. Vol. 107. 103393.
Ярослав Владиславович Демченко
