Этапы работы:

• Построение подробной расчетной конечноэлементной модели отсеков насоса из восьми-узловых конечных элементов

• Модальный анализ конструкции 

• Исследование динамического превышения напряжений из-за износа втулок и прецессии вала

• Исследование статического поля напряжений от избыточного давления

• Оценка усталостной прочности

• Анализ влияния износа на динамику погружного насоса и прочность соединений секций конструкции

Конечноэлементная модель

Гидродинамические моменты на рабочих колесах, значительная угловая скорость, вращения вала, наличие эксцентриситетов приводят к появлению относительно медленных прецессионных движений вала, объясняющих доминирующее равномерное по окружности изнашивание втулок. Усилия во втулках вала вызывают переменный износ втулок и изменение деформаций оси вала.

Учитывая сложность конструкции и необходимость учитывать много степеней свободы, возможные геометрические и физические разбросы параметров системы, применение расчетных пакетов высокого уровня является необходимым. Описание динамики всей системы с помощью уравнений представляется бесперспективным с точки зрения получения практических результатов.

Трудности моделирования связанны с неприспособленностью существующих МКЭ - пакетов работать с вращающимися деформируемыми телами.

Результат состоит в том, что удалось разработать адекватную конечноэлементную математическую модель. Конечноэлементная модель создана в пакете MSC/PATRAN.

Результаты расчетов конструкции. Распределение напряжений

Расчеты динамического поведения подобной конструкции является достаточно сложной нелинейной задачей, многие параметры которой заданы с большой неопределённостью. Поэтому исследование динамического поведения конструкции проводилось последовательно, определяя вначале динамические характеристики отдельных агрегатов, а затем проводя объединение их вплоть до моделирования работы конструкции в целом.

На основе проведенных исследований выявлено, что динамическое превышение уровня эквивалентных напряжений, вызванное прогрессирующим износом опорных втулок и прецессией вала насоса незначительно, по сравнению со статическим полем напряжений от избыточного давления. Однако, это является существенным при анализе усталостной прочности.

ООО «Хекса» совместно с ИМАШ им. А.А. Благонравова РАН, 2003 год.