Механизмы формирования и способы реализации статического и динамического снижения вязкого трения в активных жидкостных опорах роторов

В рамках концепции Индустрии 4.0 информационные, интеллектуальные и управляющие технологии внедряются в большинство узлов и систем современных машин. Возможность управления свойствами отдельных узлов, традиционно имевших пассивную конструкцию, открывает возможности для реализации новых функциональных возможностей. В роторных машинах критическими элементами являются опорные узлы, в них концентрируются энергетические и информационные потоки всей роторно-опорной системы, и интеграция в них средств управления позволяет в наибольшей степени оказывать влияние на рабочие характеристики агрегата. Изменение характера сдвигово-напорных течений в смазочном слое активных подшипников жидкостного трения может достигаться применением активной смазочной системы, активных подвижных элементов опорной поверхности, и приводит к изменению интегральных, динамических и трибологических свойств опорных узлов. Это дает возможность проектировать активные опоры с расширенными диапазонами устойчивой работы, увеличенным ресурсом и минимизированными потерями энергии на вязкое трение в смазочном слое. Таким образом, формируется отдельный класс триботронных опорных узлов (ТОУ), для которых вопросы комплексного достижения динамической устойчивости, длительного ресурса и энергетической эффективности практически не исследованы. Сложный характер взаимосвязей между протекающими в ТОУ процессами требует при активном изменении отдельных параметров опоры учитывать также сопутствующие изменения прочих их параметров и характеристик. Поскольку в активных опорах жидкостного трения трибологические, динамические и теплофизические параметры ранее практически не рассматривались во взаимосвязи, это и формирует проблематику их взаимного учета и рассмотрения ТОУ как комплексной триботронной системы. Предшествующие исследования показывают принципиальную возможность снижения вязкого трения при движении ротора в смазочном слое активного подшипника жидкостного трения как в динамическом (снижение диссипации энергии в ходе вибрационных процессов), так и в статическом (оптимизация распределения сдвиговых напряжений в смазочном слое при установившемся состоянии системы) режимах. Однако остаются невыясненными пределы повышения энергоэффективности таких систем в зависимости от конструктивных параметров активных роторно-опорных систем, не ясны ограничения, которые неизбежно возникают в управляемых ТОУ ввиду выраженной взаимосвязи между их отдельными параметрами и характеристиками. Восполнение такого пробела в научно-техническом знании требует выявления и описания ключевых взаимосвязей между параметрами ТОУ на основе расчетно-методического аппарата, на создание которого направлен проект. В исследовании будут впервые рассмотрены механизмы статического управления параметрами вязкого трения в триботронных опорных узлах (ТОУ) во взаимосвязи с прочими ключевыми процессами в таких роторно-опорных системах. Проект позволит выявить характер влияния рассматриваемых процессов управления трением на прочие энергетические, динамические и интегральные характеристики активных подшипников жидкостного трения (АПЖТ) с учетом вариабельности их управляемых параметров, а также сопоставить их с ключевыми параметрами движения ротора в ТОУ, в первую очередь касающихся устойчивости такого движения. Будут выявлены накладываемые на режимы работы таких систем ограничения и сформирован новый, обобщенный подход к решению задач по минимизации вязкого трения в ТОУ на основе анализа и модификации распределенных параметров (поля давлений, скоростей) смазочной пленки подшипника системой управления. Применение триботронного подхода к вопросам исследования и проектирования активных опор жидкостного трения подразумевает, таким образом, позволит рассматривать и определять закономерности функционирования более широкого спектра процессов в опорных узлах, нежели рассматривает классический подход к рассмотрению опор жидкостного трения. Выявленные закономерности совместного протекания таких процессов создадут научную базу для создания адекватных расчетных моделей и их дальнейшего применения в ходе проектирования активных опорных узлов роторных машин новых поколений.