Файл: Куинджи А.А. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин.pdf

тельно снижены, то ротор выходит и на критический режим с уменьшенными прогибами и реакциями.

Если при этом удается полностью устранить реакции опор, то может возникнуть эффект, который предсказывался и наблю­

85

чае ось инерции ротора не совпадает с осью вращения и усилия, возникающие в роторе при вращении, через цапфы передаются на опоры и вызывают вибрацию машины.

На рис. 66, б показан тот же ротор, но с работающими уст­ ройствами принудительного центрирования, которые сместили ось инерции ротора на ось вращения.

Устройство принудительного центрирования механического типа показано на рис. 66, в в исходном (нулевом) положении. Здесь между цапфой ротора 4 и внутренней обоймой 5 подшип­ ника расположены два эксцентричных кольца 6 и 7. Поворотом этих колец друг относительно друга можно регулировать вели­ чину смещения цапфы относительно обоймы от нуля до макси­ мальной величины, которая определяется для каждой конструк­ ции машины опытным путем в зависимости от величины макси­ мального прогиба ротора, полученного при проходе всего диапазона рабочих оборотов. Величину этого смещения жела­ тельно задавать с некоторым запасом для надежного перекрытия всех 'возможных усилий, которые могут появиться в работе. По­ воротом эксцентричных колец 6 и 7 относительно внутренней обоймы подшипника 5 выбранная величина смещения устанав­ ливается в нужном положении по углу.

На рис. 66, г показано то же устройство, но в рабочем поло­ жении для случая уравновешенного ротора. Устройство принуди­ тельного центрирования пневматического или гидравлического типа в исходном положении показано на рис. 66, д. Здесь между цапфой ротора 4 и внутренней обоймой подшипника 5 установ­ лены концентрично два корпуса устройства — внутренний 8 и наружный 9. Корпуса изготовлены и соединены таким образом, что пространство между ними при помощи упругих уплотнений 11 делится на несколько герметичных камер 10. На рисунке по­ казаны три камеры. Внутренний корпус может эксцентрично смещаться относительно наружного в любом по углу направле­ нии.

На рис. 66, е показано то же устройство, но в рабочем поло­ жении. Здесь сбросом давления из нижней камеры (или подачей избыточного давления в обе верхние камеры) внутренний корпус устройства вместе с цапфой смещается в нужном направлении и на. необходимую величину.

Рассмотрим жесткий ротор с дисбалансом, распределенным по произвольному закону (рис. 67). При вращении такого рото­ ра на его опоры, кроме статических сил веса и сил внешних на­ грузок, определяемых условиями работы, будут действовать так­ же переменные периодически действующие силы. Величина этих

86

е — эксцентриситет; со — угловая скорость.

При этом все центробеленые силы неуравновешенных масс ротора приводятся к паре Q/0, действующей в некотором осевом сечении So, и к радиальной силе Р, приложенной к центру масс ротора и лежащей в осевом сечении S t. Плоскости S, и S 3 могут в общем случае не совпадать. Разложим каждую из действую­ щих сил на составляющие, лежащие в двух произвольных попе­ речных сечениях / и II. В результате получим две сходящиеся системы сил Р i, Q i , Q " и Р 2, Q 2 , Qi', лежащие соответственно

Рис. 67. Схема жесткого ротора с дисбалансом, рас­ пределенным по произвольному закону

в плоскостях / и II, которые могут быть заменены их равнодей­ ствующими Ri и Ro, расположенными в-тех лее плоскостях. Для ротора, являющегося абсолютно твердым телом, все кинематиче­ ские соотношения остаются постоянными при различных скоро­ стях вращения. Следовательно, задача заключается в определе­ нии векторов усилий в опорах ротора R і и Ro. Определив Ri и Ro, производим смещение ротора относительно внутренней обоймы подшипника — каждую цапфу смещаем на величину, пропорциональную своему усилию. Главная центральная ось инерции совместится с осью вращения и ротор будет уравнове­ шен.

При балансировке ротора устройства принудительного цент­ рирования поворачивают вращающийся ротор относительно оси, проходящей через центры подшипников, при этом появляются давления от гироскопических составляющих на подшипники. Момент от этих составляющих определяется из уравнения

87

Здесь

dt

где ß — угол поворота ротора при работе устройств принуди­ тельного центрирования.

Пусть смещение цапфы производится по экспоненциальному закону, тогда можно написать

где е — эксцентриситет ротора;

k— константа;

Т— постоянная времени;

ние от гироскопических составляющих в 30 раз меньше динами­ ческих составляющих от неуравновешенности. Если время вы­ ведения ротора на главную центральную ось инерции увеличить до 30 с, то соотношение между гироскопическими и динамиче­ скими составляющими уменьшится до 150 раз, т. е. влиянием ги­ роскопической составляющей можно пренебречь.

Как известно, быстроходные роторы, прогибы которых зна­ чительно больше статических, не сохраняют свою уравновешен­ ность в широком диапазоне скоростей. Балансировка быстроход­ ного ротора с тем или иным распределением масс по длине должна строиться с учетом его формы прогиба, вызванной си­ лами инерции и меняющейся в зависимости от скорости. Любая произвольная неуравновешенность быстроходного ротора вызы­ вает определенную, постоянную на данных оборотах, форму про­ гиба, что, в свою очередь, вызывает появление на цапфах фик­ сированных для данной скорости усилий. Определив векторы этих усилий, производят смещение ротора пропорционально уси­ лиям и навстречу им с помощью устройств принудительного цент-

88