W celu umożliwienia Czytelnikom prowadzenia zarówno obliczeń inżynierskich jak i badań naukowych we własnym zakresie, Autor niniejszej monografii udostępnia Czytelnikom część programów stanowiących środowisko MESWIR wraz z pakietem stosownych programów graficznych. Można tu znaleźć pełny opis wszystkich parametrów wejściowych i wyjściowych oraz przykładowe dane i rysunki stanowiące wynik obliczeń.

Opis programów

Zamieszczone zostały następujące programy obliczeniowe (w wersji skompilowanej .exe) oraz programy graficzne:

KINWIR-I (moduł wykonywalny: kinwir-i.exe) - do analizy zagadnień kinetostatyki (czyli statyki z wirującym wałem) wielopodporowych i wielomasowych wirników ułożyskowanych ślizgowo. Program ten zawiera w sobie moduł do obliczeń poprzecznych łożysk ślizgowych o prostej lub złożonej geometrii szczeliny smarnej i bazujący na izotermicznym modelu cieplnym. Jest to odpowiednio przetransformowany program IZOTER. Model matematyczny na którym bazuje program KINWIR-I , w odniesieniu do linii wirników przedstawiony został w rozdziale 2.1 , a w odniesieniu do łożysk w rozdziale 2.2. Strukturę tego programu przedstawia rys. 3.63.
Z programem KINWIR-I współpracuje program graficzny preproc.exe umożliwiający zapis graficzny siatki MES linii wirników i ułatwiający odczyt poszczególnych parametrów dyskretyzacji. Szczegółowy opis wszystkich parametrów wejściowych i zbiorów wynikowych programu KINWIR-I oraz programu graficznego "preproc.exe":

kinwir-i.pdf
preproc.pdf

Program KINWIR-I umożliwia rozwiązanie układów statycznie niewyznaczalnych jakimi są układy wielopodporowe i tym samym umożliwia wyznaczenie, w postępowaniu iteracyjnym, położenia środków czopów w łożyskach i reakcji w podporach po osiągnięciu warunków równowagi statycznej z uwzględnieniem wszystkich statycznych sił i momentów zewnętrznych i obciążeń masowych. Ponadto istnieje możliwość zaprogramowania przemieszczeń środków panwi w stosunku do linii geodezyjnej wirnika o wartości AMONT i BMONT (w zbiorach łożyskowych nazwa. ii"nrp"). Stwarza to doskonałą możliwość modelowania rozosiowania linii wirników. Program umożliwia modelowanie łożysk o praktycznie dowolnym kształcie szczeliny smarnej (np: łożyska wieloklinowe z dowolnie usytuowanymi klinami w przestrzeni luzów). Trafny dobór lepkości dynamicznej oleju w znacznym stopniu pozwoli zmniejszyć ograniczenia izotermicznego modelu cieplnego. W efekcie, poza charakterystykami statycznymi łożysk i deformacjami kinetostatycznymi wirnika, otrzymujemy współczynniki sztywności i tłumienia filmu olejowego dla wszystkich podpór (zbiór nazwa.gab), co umożliwia już obliczenia dynamiki układu w zakresie liniowym.

DYNWIR-W (moduł wykonywalny: dynwir-w.exe) - do analizy zagadnień dynamiki w zakresie liniowym wielopodporowych i wielomasowych wirników ułożyskowanych ślizgowo. Model matematyczny na którym bazuje program przedstawiony został w rozdziale 2.1. Strukturę tego programu przedstawia rys. 3.64.
Z programem współpracują następujące programy graficzne:
- preproc.exe umożliwiający zapis graficzny siatki MES linii wirników i ułatwiający odczyt poszczególnych parametrów dyskretyzacji (jak dla programu KINWIR-I)
- wykr4_dynwir.m rysujący przestrzenne trajektorie przemieszczeń dynamicznych (elipsy drgań) wybranych węzłów wzdłuż linii wirników lub przemieszczenia bezwzględne panwi i względne filmu olejowego na tle ugięć kinetostatycznych wirnika. Pracuje w środowisku MATLAB.
Szczegółowy opis wszystkich parametrów wejściowych i zbiorów wynikowych programu DYNWIR-W oraz programów graficznych:

dynwir-w.pdf
preproc2.pdf
wykr4-dynwir.pdf

Punktem wyjścia do obliczeń dynamicznych są m. in. współczynniki sztywności i tłumienia filmu olejowego w poszczególnych łożyskach (wynik obliczeń programem KINWIR-I) oraz współczynniki sztywności i tłumienia samych podpór mocujących panwie, czyli konstrukcji podpierającej - rys. 3.64. Te ostatnie mogą być wyznaczone bądź drogą bezpośrednich pomiarów eksperymentalnych na obiekcie lub też obliczeń za pomocą innych programów (np: komercyjnych) czy też innych szacunków. Przyjęcie skrajnie dużych wartości współczynników sztywności i tłumienia podpór (np: rzędu e15) oznacza praktycznie nieskończenie sztywne podpory i fundament, co też w niektórych przypadkach może być zasadne, zwłaszcza w przypadku obliczeń wstępnych. Siłami wymuszającymi drgania układu są w przyjętym modelu siły typu "niewyważenie wirnika", czyli wirujące na odpowiednich promieniach masy usytuowane w wybranych węzłach z uwzględnieniem przesunięć fazowych. Trajektorie przemieszczeń są w tym przypadku zawsze elipsami (właściwość opisu liniowego). Warto zwrócić uwagę na fakt, iż poprzez sprzężenie z programem KINWIR-I (za pomocą współczynników sztywności i tłumienia filmu olejowego łożysk ślizgowych), mamy możliwość modelowania oddziaływań dynamicznych układu, w którym pracują łożyska o złożonej geometrii szczeliny smarnej lub też w którym zaprogramowaliśmy rozosiowania linii wirników. Zmieniając współczynniki sztywności i tłumienia podpór możemy z kolei modelować charakterystyki fundamentu i analizować ich wpływ na cały układ. Stwarza to interesujące możliwości badawcze.

IZOTER (moduł wykonywalny: izoter.exe) - do wyznaczania charakterystyk statycznych poprzecznego łożyska ślizgowego o prostej i złożonej (wieloklinowej) geometrii szczeliny smarnej oraz charakterystyk dynamicznych sprzężonego z tym łożyskiem prostego, symetrycznego i jednomasowego wirnika. Model matematyczny łożyska przedstawiony został w rozdziale 2.2 a model wirnika w rozdziale 2.3. Schemat logiczny programu przedstawia rys. 3.65 a jego strukturę rys. 3.66.
Z programem współpracują następujące programy graficzne:
- klin-izo.exe rysujący położenie klinów smarnych na tle koła luzów oraz rozkład ciśnienia hydrodynamicznego w linii środkowej łożyska
- biblioteka IZOGRAF w której znajduje się program startowy izograf.m do rysowania przestrzennych rozkładów ciśnienia w szczelinie smarnej z możliwością wyboru tylko określonego klina smarnego lub całej szczeliny. Pracuje w środowisku MATLAB.
Szczegółowy opis wszystkich parametrów wejściowych i zbiorów wynikowych programu IZOTER oraz programów graficznych:

izograf.pdf
izoter.pdf
klin-izo.pdf

Program IZOTER bazuje na izotermicznym modelu cieplnym (stała temperatura i lepkość oleju w szczelinie smarnej). Dla zadanego obciążenia zewnętrznego łożyska PST działającego pod kątem FIZ program samoczynnie dobiera, w postępowaniu iteracyjnym, położenie środka czopa EPS i GAM w którym reakcja filmu olejowego równoważy zadane obciążenie statyczne. W tak dobranym położeniu równowagi statycznej program oblicza podstawowe charakterystyki dynamiczne przyjętego układu (prosty, jednomasowy i symetryczny wirnik). Program określa współczynniki sztywności i tłumienia filmu olejowego a także tłumienie i częstości drgań własnych układu oraz parametry elipsy drgań dla założonego zmiennego wymuszenia zewnętrznego (synchroniczna siła wirująca lub pulsująca).

Rys.3.63. Struktura programu KINWIR-I stanowiącego część środowiska MESWIR

Rys. 3.64. Struktura programu DYNWIR-W stanowiącego część środowiska MESWIR

Rys. 3.65. Przyjęta kombinacja (schemat logiczny) modelu łożyska z prostym modelem wirnika.

Rys. 3.66. Struktura programu IZOTER stanowiącego część środowiska MESWIR

Przykład obliczeniowy

Przykład obliczeniowy odnosi się do wirnika trójpodporowego z dwoma dyskami pracującego na typowych łożyskach ślizgowych z luzem kołowo-cylindrycznym i dwiema kieszeniami smarnymi. Przykład ten odnosi się do programów KINWIR-I oraz DYNWIR-W co umożliwia prześledzenie charakterystyk kinetostatycznych i dynamicznych tego samego obiektu (zbiór nazwa: w_lab_3p ). Natomiast do programu IZOTER zamieszczony został przykład odnoszący się do łożyska turbinowego typu Y z trzema klinami smarnymi umieszczonymi w specyficzny sposób w płaszczyźnie luzów (zbiór nazwa: Y270t200 ).

Katalogi z danymi:

DYNWIR-W
IZOTER
KINWIR-I

Zamieszczone przykłady dotyczą zarówno wartości liczbowych w plikach wejściowych stanowiących dane do obliczeń (katalogi DAN), jak i w plikach wynikowych (katalogi WYN). Wyniki obliczeń przedstawione też zostały graficznie w postaci rysunków sporządzonych w oparciu o zamieszczone pakiety graficzne. Przedstawiają je rys. 3.67 do 3.69 (program IZOTER) oraz rys. 3.70 do 3.73 ( programy KINWIR-I oraz DYNWIR-W).

Rys. 3.67. Położenie klinów smarnych na tle koła luzów oraz rozkład ciśnienia w linii środkowej łożyska. Przykład obliczeniowy do programu IZOTER: łożysko turbinowe typu Y. Graficzna prezentacja wyników za pomocą programu klin-izo.exe

Rys. 3.68. Przestrzenny rozkład ciśnienia we wszystkich klinach smarnych. Przykład obliczeniowy do programu IZOTER: łożysko turbinowe typu Y. Graficzna prezentacja wyników za pomocą programu izograf.m .

Rys. 3.69. Przestrzenny rozkład ciśnienia w wybranym klinie smarnym. Przykład obliczeniowy do programu IZOTER: łożysko turbinowe typu Y. Graficzna prezentacja wyników za pomocą programu izograf.m .

Rys. 3.70. Dyskretyzacja MES linii wirników do programu KINWIR-I uzyskana za pomocą preprocesora preproc.exe. Wirnik trójpodporowy.

Rys. 3.71. Dyskretyzacja MES linii wirników do programu DYNWIR-W uzyskana za pomocą preprocesora preproc.exe. Wirnik trójpodporowy.

Rys. 3.72. Trajektorie przemieszczeń wybranych węzłów wzdłuż linii wirników na tle ugięć kinetostatycznych. Przykład wirnika trójpodporowego. Wyniki obliczeń: program DYNWIR-W, grafika: program wykr4_dynwir.m .

Rys. 3.73. Trajektorie przemieszczeń bezwzględnych panwi (linia czerwona) i względnych filmu olejowego (linia niebieska) w łożyskach wirnika trójpodporowego. Wyniki obliczeń: program DYNWIR-W, grafika: program wykr4_dynwir.m .