Ядро программной системы DYNAMICS R4 (линейная динамика)
- Графический редактор
Графический редактор позволяет создавать и редактировать динамические модели многовальных роторных систем. - Базис (собственные частоты и формы колебаний недемпфированной и невращающейся роторной системы)
Программа для расчета собственных частот и динамического поведения роторных систем использует методы модального синтеза и анализа. Эти методы используют предварительно рассчитанный базис, включающий частоты и формы колебаний в заданном диапазоне. Базис рассчитывается в предположении отсутствия вращения роторов и какого-либо демпфирования. Базис включает набор частот и форм для всех типов колебаний – поперечных, осевых и крутильных.
Дополнительные элементы для линейного анализа
- Собственные частоты и формы колебаний роторной системы с учетом вращения и демпфирования
Алгоритм рассчитывает демпфированные (при наличии демпфирования в роторной системе) или недемпфированные частоты и формы колебаний роторной системы. В отличие от базиса частоты и формы собственных колебаний могут рассчитываться с учетом частоты вращения роторов. - Критические частоты вращения
Алгоритм рассчитывает критические демпфированные или недемпфированные формы колебаний роторной системы. Также рассчитывается распределение потенциальной и кинетической энергий по элементам роторной системы. - Карта собственных частот карта устойчивости
Карта частот собственных колебаний показывает зависимость частот собственных колебаний роторной модели от частоты вращения ротора. - Параметрический анализ
Алгоритм предназначен для линейного расчета динамического поведения роторной системы в зависимости от различных параметров – скорости, жесткости связей, нагрузки и т.д. - Дисбалансное поведение
Алгоритм предназначен для расчета поведения роторной системы от действия дисбалансов. Пользователь может получить результат в любой точке роторной модели. Одновременно пользователь может получить амплитудно-частотные характеристик во всех точках с помощью 2D или 3D графиков. - Несимметричная связь
Элемент позволяет получить связь, описываемую несимметричными матрицами жесткости и демпфирования. - Шестеренчатое зацепление
Элемент моделирует два типа зубчатых зацеплений – цилиндрических и конических, в том числе косозубых. - Упруго-демпферная связь [Беличье колесо]
[Беличье колесо] – специальный элемент в DYNAMICS R4 для моделирования радиальной жесткости упругой опоры типа «Беличье колесо». Этот элемент позволят параметризовать его параметры в задачах построения Карты критических частот и Карты собственных частот. Также могут быть получены дополнительные параметры для проектирования. - Силы Алфорда и Уочела
Аэродинамические силы, вызывающие дестабилизирующие эффекты, зависят от режимов работы турбомашины, меняются по времени и делают роторную систему нестационарной. Для их определения можно воспользоваться формулой Алфорда (Alford’s formula) или Вочела (Wachel’s formula), позволяющими определить перекрестные жесткости аэродинамической связи между ротором и статором, как для осевых, так и для центробежных компрессоров или их ступеней.
Блок программ и элементов для расчета нестационарных задач
Алгоритмы нестационарного анализа позволяют рассчитывать линейные и нелинейные системы путем прямого интегрирования уравнений движения, полученных для динамической модели роторной системы. Используются в случае присутствия в моделях нестационарных нагрузок, нестационарных режимов работы, нелинейных элементов и т. д.
Алгоритмы нестационарного анализа используют адаптивные методы интегрирования и могут настраиваться пользователем в зависимости от задачи и необходимой точности расчетов. Расчеты сопровождаются оперативной информацией о прохождении процесса интегрирования Для обработки результатов, полученных в нестационарном анализе в виде временных реализаций, используются следующие алгоритмы:
- Среднее значение
Возможны 2 алгоритма обработки временного сигнала:
Алгоритм <Peak-to-Peak> — определяется размах вибрационного сигнала от его максимального значения до минимального значения на некотором временном интервале.
Алгоритм <Root mean square> — определяется среднеквадратическое значения вибрационного сигнала. - Орбиты (Нестационарное поведение)
Алгоритм расчета и вывода орбит и фазы движения временного сигнала. Пользователь может вывести орбиты в любом сечении модели, и любом интервале временного сигнала. Орбиты могут быть выведены в двухмерном или трехмерном изображении. - Каскадная диаграмма
Алгоритм позволяет рассчитать каскадные диаграммы вибрационных спектров по времени или оборотам ротора. - Быстрое преобразование Фурье
Алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ) позволяет получить частотный состав смоделированного вибрационного сигнала в выделенном временном диапазоне. Предполагается, что все сигналы в заданном временном диапазоне являются стационарными.
Дополнительные элементы для нелинейного нестационарного анализа
- Упруго-демпферный ограничитель (зазор)
Элемент представляется особой связью между подсистемами. Позволяет моделировать касания ротора и статора. - Гидродинамический демпфер
Моделируются два основных типа демпферов – короткий (без уплотнительных колец) и длинный (с уплотнительными кольцами по краям). Граничные условия для жидкостной пленки – <π-пленка> (половинный охват) и <2 π-пленка> (полный охват). Ламинарное течение. Возможность расчета динамических систем, как на стационарных, так и на нестационарных режимах. Учет давления подачи жидкости. - Подшипник скольжения
Элемент является связью между двумя стержневыми подсистемами и моделирует подшипник скольжения между ротором и статором. Моделируются два основных типа цилиндрического подшипника скольжения – короткий (без уплотнительных колец) и длинный (с уплотнительными кольцами по краям. Граничные условия для жидкостной пленки – <π-пленка> (половинный охват) и <2 π-пленка> (полный охват). Ламинарное течение. Возможность расчета динамических систем, как на стационарных, так и на нестационарных режимах. Все прочие типы подшипников скольжения для расчета упругих и демпфирующих характеристик используют встроенный расчетный модуль DynFB и несимметричную связь. - Подшипник качения (2 степени свободы)
Элемент представляется связью между двумя стержневыми подсистемами и моделирует подшипник качения (роликовый или шариковый), устанавливаемый между ротором и статором. Учитывается зазор подшипника, количество тел качения, передающих радиальную нагрузку, контактная жесткость, угол контакта. В расчете можно задать также демпфирование в подшипнике. - Подшипник качения (5 степеней свободы)
Элемент представляется связью между двумя стержневыми подсистемами и моделирует шариковый подшипник качения (двухточечный), устанавливаемый между ротором и статором. Учитывается зазор подшипника, количество тел качения, передающих радиальную нагрузку, контактная жесткость, осевая сила, угол контакта, натяги. В расчете можно задать также демпфирование в подшипнике. - Нелинейная опора
Элемент соединяет две подсистемы. Моделирует нелинейную связь, например, подшипник между ротором и статором. Учитывает зазор и радиальную жесткость, заданную полиномом Ax2+Bx=F(x). Линейное демпфирование также может быть учтено. - Активный магнитный подшипник
Элемент является связью между двумя стержневыми подсистемами и моделирует активный магнитный подшипник (АМП). Моделируются три основных типа АМП — цилиндрический, конический и осевой. Возможно два типа ввода параметров подшипника – [standard] (обычный набор параметров) и [expert]. Экспертный ввод параметров предназначен для моделирования специальных случаев и предполагает знание пользователем алгоритма магнитной опоры. В модели учитывается: зазор между ротором и статором, максимальные ток и плотность тока в обмотке, кол-во электромагнитных полюсов, число полюсов управления. - Подшипник сухого трения
Элемент представляется особой связью между подсистемами. Позволяет моделировать подшипник скольжения сухого трения. - Кинематическое возбуждение
Элемент представляется связью между подсистемами. Связь позволяет при расчете алгоритма моделировать кинематическое возбуждение основания установки и возникающие при этом переходные процессы. Одним из частных случаев является работа установки в условиях сейсмического воздействия. Элемент позволяет настроить жесткость связи основания с установкой в трех направлениях и задать спектры сейсмического воздействия со стороны основания. - Щелевое уплотнение
Связь моделирует взаимодействие ротора и корпуса в условии протекания несжимаемой жидкости с постоянной вязкостью под давлением через небольшой радиальный зазор – щелевое уплотнение. В модели используется алгоритм, описывающий объемное течение жидкости с учетом центрирующей силы (эффекта Ломакина), закрутки потока и потерь на трение в жидкости. Для определения средней осевой скорости используется итеративный процесс. Роторные динамические коэффициенты определяются для центрального положения ротора. - Щелевое уплотнение с плавающим кольцом
Элемент является связью между двумя подсистемами и моделирует щелевое уплотнение c плавающим кольцом. В модели учитывается: объемное течение жидкости с учетом центрирующей силы (эффекта Ломакина), закрутки потока и потерь на трение, инерция кольца (возможно ее отключение), велинина поджатия пружины и сила от изменения перепада давлений на кольцо. Для определения средней осевой скорости используется итеративный процесс. - Одностороннее магнитное притяжение
Связь, моделирующая эффект одностороннего магнитного притяжения/тяжения (UMP) в электрических машинах. В случае возникновения неравномерности воздушного зазора между ротором и статором, вследствие статического или динамического эксцентриситета ротора, электромагнитное поле вызывает одностороннюю радиальную силу, приложенную к центру ротора и направленную в сторону наименьшего воздушного зазора. UMP работает на уменьшение жесткости ротора. Одностороннее магнитное притяжение присуще гидрогенераторам и асинхронным электродвигателям. - Трещина
Нелинейный элемент представляется особой связью между подсистемами. Позволяет моделировать трещины в валах роторов. - Несоосность валов
Нелинейный элемент предназначен для моделирования несоосности двух соединенных между собой валов. - Программируемый пользовательский элемент
Позволяет пользователю на базе имеющейся у него математической модели или алгоритма разработать собственный нелинейный элемент. Например, это может быть фланец переменной жесткости, шлицевое соединение валов, упругая муфта и т.д. Пользователь может включить его в общую схему расчетов роторной системы любой сложности с уже имеющимися наборами нелинейных элементов. Связь между перемещениями и силами осуществляется при помощи встроенного скриптового языка Python.
Функциональные блоки
- Командный интерфейс моделирования
Командный интерфейс расширяет возможности пользователя по созданию моделей, а также проведению вариантных расчетов. Он дает возможность написания конвертеров из форматов моделирования или протоколов сторонних программ в формат DYNAMICS R4. Позволяет организовать автоматический ввод данных, представленных в табличном виде. Позволяет создавать так называемые «калькуляторы» — небольшие программы, рассчитывающие характеристики элементов. - Расчёт подшипников скольжения и уплотнения DynFB
Расчётный инструмент, который позволяет рассчитывать жесткостные и демпфирующие коэффициенты переменные по режимам работы для следующих типов подшипников:
Подшипники скольжения (жидкостные)
- Цилиндрический подшипник скольжения (Plain journal bearing);
- Цилиндрический подшипник с осевыми проточками (Axial groove journal bearing);
- Подшипник со смещенными сегментами (Offset half journal bearing);
- Эллиптический и многоклиновый подшипник скольжения (Elliptical and multi lobe journal bearing);
- Подшипник скольжения с клиновидной выборкой в сегментах (Tapered land journal bearing);
- Подшипник с порогом (Pressure dam journal bearing);
- Подшипник с самоустанавливающимися сегментами (Tilting pad journal bearing).
Подшипники скольжения (газовые)
- Цилиндрический газодинамический подшипник;
- Многоклиновый газодинамический подшипник;
- Лепестковый газодинамический подшипник (Air foil bearing).
Рассчитываются также щелевые жидкостные уплотнения. Рассчитанные коэффициенты используются в элементе типа [Несимметричная связь]. Возможен расчета динамических систем, как на стационарных, так и на нестационарных режимах.