Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Причины возникновения вибрации в агрегате электронасосном космического аппарата и способы ее снижения

Авторы

З.А. Юдина, М.И. Синиченко, А.П. Ладыгин, Ф.К. Синьковский, Д.Б. Усманов

Организация

АO «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация

Аннотация

Разработка высокоресурсных электронасосных агрегатов, ориентированных для эксплуатации в составе ракетно-космической, авиационной и транспортной техники, является важной задачей. Данные агрегаты являются активными устройствами преобразования энергии, обеспечивают функциональность системы терморегулирования. Его отказ приводит к непоправимым последствиям: неисправностям сопрягаемого оборудования, отказам системы в целом, авариям со значительным экономическим ущербом. Вибрация для электронасосного агрегата является наиболее неблагоприятным фактором, сказывающимся на его надежности. Данное обстоятельство обуславливает актуальность, целесообразность и важность поставленных задач исследования виброактивности электронасосного агрегата – причин появления вибраций и способами борьбы с ними. Рассмотрены основные источники вибраций в электронасосном агрегате космического аппарата, а именно: механические, гидродинамические и электротехнические. Рассмотрены рекомендации зарубежных и отечественных авторов по мерам борьбы с каждым источником. Было проведено исследование технического уровня существующих разработок, результатов, основных технических решений и тенденций развития технических решений для решения проблемы по снижению виброактивности электронасосных агрегатов. На основании данного обзора были сформулированы основные направления дальнейших исследований виброактивности, которые способны привести к ее снижению в существующих конструкциях электронасосных агрегатов.

Ключевые слова

электронасосный агрегат, космический аппарат, виброактивность

Список литературы

[1] Кузнецова З. А., Синиченко М. И., Кузнецов А. Д., Клешнина И. А., Синьковский Ф. К. Исследование влияния конструктивных параметров рабочего колеса на величину осевой нагрузки центробежного электронасосного агрегата // Сибирский журнал науки и технологий. 2020. Т. 21. № 3. С. 389–399. doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-389-399

[2] Краев М. В., Лукин В. А., Овсянников Б. В. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. М. : Машиностроение, 1985. 128 с.

[3] Григорьева Н. В. Вибрация энергетических машин : справ. пособие. Л. : Машиностроение, 1974. 464 с.

[4] Перевощиков С. И. Разработка научных основ управления вибрацией гидродинамического происхождения в центробежных насосах магистральных нефтепроводов : дисс. д-ра техн. наук: 05.02.13. Тюмень : ТюмГНГУ, 2004. 48 с.

[5] Быховский И. И. Основы теории вибрационной техники. М. : Машиностроение, 1968. 362 с.

[6] Джафари П. Снижение вибрации гидродинамического происхождения насосно-силовых агрегатов // Научный вестник МГТУ ГА. 2011. № 173. С. 137–140.

[7] Hammond, Osama H. I. Compound fault diagnosis of centrifugal pumps using vibration analysis techniques : doctoral thesis. University of Huddersfield, 2018. 181 p.

[8] Luo Y., Yuan Sh., Yuan J., Lu J. Research on Characteristic of the vibration spectral entropy for centrifugal pump // Hindawi Publishing Corporation Advances in Mechanical Engineering. 2014. 9 p.

[9] Si Q., Yuan Sh., Yuan J., Liang Y. Investigation on Flow-induced noise due to backflow in low specific speed centrifugal pumps // Hindawi Publishing Corporation Advances in Mechanical Engineering. 2013. 11 p.

[10] Lu J., Liu X., Zeng Y., Zhu B., Hu B., Yuan Sh., Hua H. Detection of the flow state for a centrifugal pump based on vibration // MDPI. 2013. 18 p.

[11] Cui B., Li J., Zhang Ch., Zhang Y. Analysis of radial force and vibration energy in a centrifugal pump // Hindawi Mathematical Problems in Engineering. 2020. 12 p.

[12] Basic principles for the design of centrifugal pump installations. Sterling SIHI, 2003. 389 c.

[13] Yang A., Lang D., Li G., Chen E., Dai R. Numerical research about influence of blade outlet angle on flow-induced noise and vibration for centrifugal pump // Hindawi Publishing Corporation Advances in Mechanical Engineering. 2014. 11 p.

[14] Zhang X., Wang P., Ruan X., Xu Zh., Fu X. Analysis of pressure pulsation induced by rotor-stator interaction in nuclear reactor coolant pump // Hindawi Shock and Vibration. 2017. 18 p.

[15] M.M.E. van Osch. Rotor dynamics of a centrifugal pump. Technische Universiteit Eindhoven, 2006. 54 p.

[16] Бобков А. В. Повышение эффективности малоразмерных центробежных насосов авиакосмических энергосиловых установок и систем терморегулирования : дисс. д-ра техн. наук: 05.07.05. М. : ГОУВПО «КнАГТУ», 2004. 399 с.

[17] Wu Y., Li S., Liu S., Dou H.-S., Qian Z. Vibration of Hydraulic Machinery. Springer, 2013. 500 p.

[18] Кузьмин А. В. Исследование характеристик лопастного насоса для добычи нефти при изменении геометрии проточной части его ступени : дисс. канд. техн. наук: 05.02.13. М. : ФГБОУ ВО «ЗГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина», 2018. 257 с.

[19] Перевощиков С. И. Конструкция центробежных насосов (общие сведения) : учеб. пособие. Тюмень : ТюмГНГУ, 2013. 228 с.

[20] Иванов Я. Н., Ивченко Л. Ф., Стебловцев А. А., Шнякин В. Н. Разработка конструкции и исследование электронасосного агрегата с ресурсом работы более 35000 часов // Авиационно-космическая техника и технология. 2003. № 5. С. 114–117.

[21] Челомей В. Н. Вибрации в технике : справочник в 6-ти т. М : Машиностроение, 1980. Т. 3. 544 с.

[22] Куцубина Н. В., Санников А. А. Теория виброзащиты и акустической динамики машин : учеб. пособие. Екатеринбург : УГЛТУ, 2014. 167 с.

[23] Краев М. В., Лукин В. А., Овсянников Б. В. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. М. : Машиностроение, 1985. 128 с.

[24] Nurulhusna binti Mohd Mohtar. Vibration analysis of centrifugal pump : Dissertation of the Bachelor of Engineering. Universiti Teknologi Petronas. 2013. 37 p.

[25] Волоховская О. А. Снижение виброактивности центробежных насосов путем изменения последовательности расположения рабочих колес на оси вала // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2010. № 4. С. 69–78.

[26] Волоховская О. А. Об одном подходе к снижению уровня вибраций погружных центробежных насосов для нефтедобычи // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. № 4 (2). 2011. С. 82–84.

[27] Валюхов С. Г., Ярославцев С. В., Патрахин Р. И. Экспериментальное исследование влияния параметров упругой муфты и дисбаланса консольных насосов на уровень виброактивности // Труды Х Междунар. науч.-техн. конф. «СИНТ’19». 2019. С. 134–142.

[28] Ряховский О. А., Обозный Ю. С., Кушнарев В. И., Гуськов А. М. Магистральный нефтяной центробежный насос с ротором на подшипниках качения и способ улучшения характеристик насоса. Пат. № 2485352 Российская Федерация, 2013. Бюл. № 17.

[29] Бургетт Д., Хартман Ю., Хельдманн Й. Виброизоляционный композитный материал подшипника скольжения, вкладыш подшипника скольжения и узел подшипника скольжения. Пат. № 2461746 Российская Федерация, 2012. Бюл. № 26.

[30] Dry journal bearing. Patent US 3881791. 1975.

[31] Merot Ph., Bozet J. L., Poysat P. Polymeric bearing with elastomer. Patent 2003/0012467 USA, 2003.

[32] Богун В. С., Войтов С. Н. Многоступенчатый центробежный насос. Пат. № 2361117 Российская Федерация, 2009. Бюл. № 19.

[33] Bloch H. P., Budris A. R. Pump user’s handbook life extension. Third edition. Fairmont Press, 2010. 506 p.

[34] Harris T. A., Kotzalas M. N. Essential Concepts of Bearing Technology. Fifth edition. CRC Press, 2007. 375 p.

[35] Ovacikli A. K. Condition Monitoring of Ball Bearings Using Vibration Analysis. Lulba University of Technology, 2010. 54 p.

[36] Jauregui Correa J. C., Lozano Guzman A. Mechanical vibrations and condition monitoring. Elsevier, 2020. 202 p.

[37] Шубов И. Г. Шум и вибрация электрических машин. Л. : Энергоатомиздат, 1986. 208 с.

[38] Коротков Е. Б., Слободзян Н. С., Широбоков О. В., Киселев А. А., Надежин М. И. Наземная система комплексной диагностики электромеханических устройств космических аппаратов // Радиопромышленность. 2019. № 4. С. 54–62. doi: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-54-62

[39] Матвеев С. А., Жуков Ю. А., Коротков Е. Б., Широбоков О. В., Надежин М. И., Ладыгин А. П. Обзор методов диагностики электронасосных агрегатов спутниковых платформ // Радиопромышленность. 2020. Т. 30. № 3. С. 86–98. doi: 10.21778/2413-9599-2020-30-3-86-98

[40] Логанов А. А., Овечкин Г. И., Бородин Л. М., Синиченко М. И., Шилкин О. В. Электронасосный агрегат. Пат. № 2574782 Российская Федерация, 2016. Бюл. № 4.

[41] Белоусов Н. И. Многоступенчатый электронасосный агрегат. Пат. № 2162547 Российская Федерация, 2001. Бюл. № 3.

[42] Логанов А. А., Овечкин Г. И., Бородин Л. М., Синиченко М. И. Смирнов В. В., Воловиков В. Г. Двухступенчатый электронасосный агрегат. Пат. № 2618777 Российская Федерация, 2008. Бюл. № 14.

[43] Heat exchange module and serial pump thereof. Patent US 10198046. 2016.

[44] Electro motor driven pump. Patent US 10465679. 2014.

[45] Electro motor, pump divice using electric motor, and stator. Patent US 2167341. 2013.

[46] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2208183 Российская Федерация, 2003. Бюл. № 19.

[47] Белоусов Н. И. Дублированный электронасосный агрегат. Пат. № 2160389 Российская Федерация, 2000. Бюл. № 34.

[48] Белоусов Н. И. Резервированный электронасосный агрегат. Пат. № 2160390 Российская Федерация, 2000. Бюл. № 34.

[49] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2329401 Российская Федерация, 2008. Бюл. № 20.

[50] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2357104 Российская Федерация, 2009. Бюл. № 15.

[51] Белоусов Н. И. Дублированный электронасосный агрегат. Пат. № 2511788 Российская Федерация, 2014. Бюл. № 10.

[52] Белоусов Н. И. Дублированный электронасосный агрегат. Пат. № 2329402 Российская Федерация, 2008. Бюл. № 20.

[53] Белоусов Н. И. Дублированный электронасосный агрегат. Пат. № 2599402 Российская Федерация, 2016. Бюл. № 28.

[54] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2162549 Российская Федерация, 2001. Бюл. № 3.

[55] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2162548 Российская Федерация, 2001. Бюл. № 3.

[56] Electrically driven pump. Patent US 10415582. 2016.

[57] Electric-motor-driven liquid pump. Patent US 10337513. 2016.

[58] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2680635 Российская Федерация, 2019. Бюл. № 6.

[59] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2642877 Российская Федерация, 2018. Бюл. № 4.

[60] Двирный В. В., Тестоедов Н. А., Бартенев В. А., Туркенич Р. П., Роскин С. М. Электронасосный агрегат. Пат. № 2396464 Российская Федерация, 2010. Бюл. № 22.

[61] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2357103 Российская Федерация, 2009. Бюл. № 15.

[62] Белоусов Н. И. Электронасосный агрегат. Пат. № 2358161 Российская Федерация, 2009. Бюл. № 16.

[63] Electric fuel pump and pump mechanism for a fuel pump. Patent CA 2321608. 2000.

[64] Яперов И. Ф. Электронасосный агрегат. Пат. № 45481 Российская Федерация, 2005. Бюл. № 13.

[65] Electric fuel pump. Patent US 20170363052. 2017.

[66] Electric fuel pump. Patent EU 3258096. 2017.

[67] Electric pump unit. Patent US 10400767. 2015.

[68] Electric coolant pump. Patent US 10415590. 2016.

[69] Automotive electric liquid pump. Patent US 10458414. 2014.

[70] Electric fuel pump uninterrupted power supply. Patent US 10054075. 2017.

[71] System and method for cold temperature control of an electric oil pump. Patent US 10330096. 2014.

Цитирование данной статьи

Юдина З.А., Синиченко М.И., Ладыгин А.П., Синьковский Ф.К., Усманов Д.Б. Причины возникновения вибрации в агрегате электронасосном космического аппарата и способы ее снижения // Космические аппараты и технологии. 2021. Т. 5. № 2. С. 63-76. doi: 10.26732/j.st.2021.2.01

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.