Файл: Зальцман М.М. Прочность и колебания элементов конструкций ГТД конспект лекций.pdf

Сдвиг критического числа оборотов ротора на жестких опорах на обороты, лежащие выше рабочих, можно осуществить, увеличивая жесткость ротора на изгиб. Еесткость ротора повышают ужесточе­ нием наиболее податливых его элементов. Роторы с длинными вала­ ми иногда ужесточают введением дополнительных промежуточных опор.

Сдвиг критических режимов на обороты, лежащие ниже рабѳчих, можно осуществить путем уменьшения изгибной жесткости ротора. Однако ослабление вала приводит к уменьшению его статической прочности и вызывает трудности в сохранении радиальных зазоров в проточной части. Поэтому такой способ применяется редко.

Снижение критических оборотов ротора целеооосразно осущест­ влять путем увеличения податливости опор. Опору делать нежест­ кой нецелесообразно, поэтому вводят упругие элементы между под­ шипником и корпусом (иногда - между подшипником и валом ротора). При этом не только отстраиваются критические режимы, но и умень­ шаются динамические нагрузки на корпусные детали, что уменьшает тряску двигателя на всех режимах его работы. Такие опоры в за­ висимости от конструкции бывают упругими или упругодемпферными.

При конструировании и доводке упругих и упругодемпферных опор соблюдают следующие условия:

1.Перемещения ротора должны быть достаточно малы, чтобы исключить касание в лабиринтных уплотнениях и рабочих лопаток

окорпус.

2.Критические обороты, соответствующие более высоким фор­ мам, не должны попадать в диапазон рабочих оборотов.

Рассмотрим некоторые примеры упругих и упругодемпферных опор. На рис.8.16 изображена опора, упругим элементом которой является кольцо с чередующимися выступами. Наружными выступами это кольпо опирается на корпус опоры, а внутренними - на коль­ цо, расположенное между упругим кольцом и наружной обоймой под­ шипника. Установка такого упругого кольца с малой жесткостью снижает критическое число оборотов, но оно не способно погло­ щать значительную энергию, возникающую при колебаниях, т.е.не

обладает достаточными демпфирующими свойствами. Преимуществом такой опоры является ее простота, малый вес и габариты. К не­ достаткам ее следует отнести неспособность воспринимать осевые

нагрузки.

216

На рис.8.17 изображена схема упругодемпферной опоры. Упру­ гим элементом ее является пакет стальных лент, расположенный между наружным кольцом подшипника и корпусом. К пакету через

з 6

отверстие в корпусе непрерывно подводится масло под давлением. Неуравновешенная сила ротора, действующая на подшипник, выжи­ мает пленки масла между лентами, чем обеспечивается значитель­ ное демпфирование. В зависимости от числа лент, их толщины, толщины масляной пленки и ее вязкости податливость и демпфи­ рующая способность опоры может изменяться и регулироваться в соответствии с весом ротора и возбуждаемостью системы.

Неуравновешенная сила ротора, действующая на опору,колеб­ лет ее в пленке масла, отчего уменьшается передача вибраций

от ротора к корпусу (снижение интенсивности вибраций до 60$). 217

В двухконтурных отечественных двигателях широко применяют­ ся упругодемпферные опоры типа "беличье колесо", идея которых была предложена впервые академиком П.Л.Капнцей. Принципиальная

опоры; 6 - вал; 7,8 - гайки ванную благодаря наличию зазора между наружным и внутренним стаканами и ограниченную маслоуплотнительными кольцами. Демпфирование колебаний происходит за счет гидродинамического сопротивления, возникающего при всасывании и выдавливании масла из зазора. Преимуществом такой опоры явля­ ется возможность осуществления большого демпфирования колебаний путем развития поверхности демпфирования и хорошее центрирова­ ние опоры. Кроме того, прогибы ротора ограничиваются зазором. Такая опора может воспринимать значительные осевые усилия.

8.10.Понятие о влиянии гироскопического эффекта дисков на критическую скорость вращения

При выводе формул для определения критического числа обо­ ротов массу дисков предполагали сосредоточенной в точках. Это справедливо только для диска, расположенного посередине между опорами на гладком валу. При вращении такого ротора все точки диска движутся в плоскостях, параллельных его срединной плос­ кости. Если же диск расположен ближе к одной из опор (рис.8.20), то при прогибе паля его сечение в месте соединения с диском ока-

218

зывается повернутым на некоторый угол <р , и диск будет вращать­ ся в наклонном положении по отношению к оси х • При этом на вал действует центробежная сила Р , приложенная в центре масс диска,

Рис.8.20. К определению центробежной силы и восстанав­ ливающего момента

и восстанавливающий момент M (его часто называют гироскопичес­ ким моментом) , который стремится уменьшить угол поворота сече­ ния <р и прогиб вала, т.е. как бы повышает изгибную жесткость вала.. Обычно критическое число оборотов, рассчитанное с учетом восстанавливающего момента (гироскопического эффекта), получа­ ется большим и более близким к реальному, чем при расчете без учета этого эффекта.

Определим величины центробежной силы и восстанавливающего момента, пренебрегая эксцентриситетом центра масс (рис.8.20). Ось X является осью вращения, ось Х1 направлена по оси диска. Пусть элемент массы dm находится в точке Л. К нему приложена

центробежная сила d p , действующая в плоскости вращения.

ц

dP =dm-oùZz ,

где 1 - радиус вращения элемента.

Как видно из рис.8.20, составляющая элементарной центро­

Составляющие d-Pj взаимно уравновешиваются и поэтому в дальней­ шем не рассматриваются.

Все силы, действующие на диск, можно привести к силе Рц, приложенной в центре масс диска, и моменту М- Сила