The modeling of defects in the rotor-trains of turbomachinery – simulation-based diagnostics

Abstract

The paper is devoted to the problem of the turbomachinery defects’ modeling. The numerical analysis of the proper model of the rotating system and its defect can give the symptoms of the defect. The presented computer software MESWIR is originally invented in the Institute of Fluid-Flow Machinery of PAS (Gdansk, Poland) and it is the effective tool for generation of diagnostic relations. It is based on the non-linear analysis of the rotating systems founded on hydrodynamic slide bearings. It uses a 3D Reynolds equation, FEM and the non-linear equation of motion. The MESWIR software can generate the kinetoststic characteristics of bearings and vibration of the entire system (the shaft and the bearings). It allowes a model-based diagnostics of a several classes of defects. A large power turbo-set is taken for example calculations. A dynamic state of the healthy rotor, in the form of vibration of bearings, is presented as a “base case” which is the reference for further analyzes. A two different defects were modeled: the bearing misalignment and the crack of the shaft. The calculated vibratory state of the bearings shows their symptoms in comparison with the base case.

Рассматривается проблема моделирования дефектов роторных машин. Показано, что с помощью численного анализа модели ротора и его дефекта можно определить признаки этого дефекта. Представлено программное обеспечение MESWIR, которое может генерировать кинетостатические характеристики подшипников и вибрации всей системы (вала и подшипников), что позволяет проводить диагностику дефектов различных классов. В качестве примеров приведены расчёты турбоагрегата большой мощности. Показаны результаты моделирования двух дефектов: смещение подшипника и поперечная трещина вала.

Розглядається проблема моделювання дефектів роторних машин. Показано, що за допомогою чисельного аналізу моделі ротора та його дефекту можна визначити ознаки цього дефекту. Наведено програмне забезпечення MESWIR, що може генерувати кінетостатичні характеристики підшипників і вібрації всієї системи (вала й підшипників), що дозволяє проводити діагностику дефектів різних класів. Як приклади наведені розрахунки турбоагрегату великої потужності. Показано результати моделювання двох дефектів: зсув підшипника й поперечна тріщина вала.