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

для безударного перехода выбирается точка из условий равен­ ства кинетических энергий при равенстве амплитуд прогибов. Приближаясь ко второй критической скорости, можно аналогич­ ным путем устранить второй критический режим. Угловая ско­ рость изменения жесткости опор подсчитывается аналитически, при этом необходимо иметь данные податливости ротора под центром тяжести на исходных и упругих опорах. Определение этих данных для роторов реальных турбомашин является до­ вольно сложной задачей.

2А,мм

/—без ограничителя прогиба: 2—с ограничителем

Экспериментальные исследования, проведенные Р. И . Исае­ вым, подтвердили выводы, полученные аналитически. Исследова­

насаженное на гибкий вал, приобретает свойство самоцентриро­ вания— при значительных угловых скоростях гибкий вал изги­ бается так, что центр тяжести колеса приближается к геометри­ ческой оси вращения.

В турбине Лаваля гибкий вал выбирается так, что рабочая скорость турбины примерно в 7 раз больше критической. Для безопасного перехода критической скорости вал снабжается ограничителем прогиба. Амплитудно-частотная характеристика такой системы представлена на рис. 4.

9

Надо заметить, что для сложной многомассовой системы, имеющей несколько резонансов и работающей в широком диапа­ зоне оборотов, такой способ сдвига критического режима непри­ емлем по тем же соображениям, что и упругая втулка.

7. Балансировка роторов. Для обеспечения спокойной безвибрационной работы машины необходимо свести к минимуму не­ уравновешенные силы ротора, что достигается балансировкой его. Известно, что жесткие роторы можно хорошо уравновесить обычными методами на обычном оборудовании (при низких ско­ ростях по двум плоскостям коррекции).

Уравновешивание роторов быстроходных машин зачастую требует учета прогибов, возникающих в диапазоне рабочих обо­ ротов. В основу многих методов уравновешивания таких рото­ ров положена идея Мельдаля о балансировке их по собствен­ ным формам колебаний. Она заключается в следующем: поскольку собственные формы колебаний обладают свойством ортогональности, уравновешивающие грузы, внесенные на одном из критических режимов, не будут возбуждать колебаний на другом критическом режиме. Таким образом, ротор может быть уравновешен на всех критических режимах, попадающих в рабо­ чий диапазон.

Применение этого метода на практике встречает ряд затруд­ нений.

Роторы современных турбомашин представляют собой слож­ ную конструкцию, жесткость которой в процессе работы иногда может меняться, эксплуатационные условия весьма сложные, распределять грузы вдоль оси ротора часто не представляет­ ся возможным, поэтому такой способ балансировки нс всегда практически осуществим.

8. Автоматическая балансировка роторов. Значительный инте­ рес представляет собой автоматическая балансировка роторов: турбомашин на ходу.

Следует заметить, что наиболее разработанными являются методы, основанные на стремлении уравновешивающих грузов, участвующих в колебательном движении ротора, занять «напнизшее» положение [19]. Другими словами, задача уравновеши-,ч вания с помощью таких устройств решается пассивными сред­ ствами, что обеспечивает снижение вибраций ротора только в- определенном диапазоне рабочих скоростей .(в закритической области). На меньших скоростях эти устройства либо ухудшают уравновешенность ротора, либо, в лучшем случае, не меняют ее.. Некоторые устройства применяются лишь на вертикальных рото­ рах. В силу своих недостатков устройства такого типа не нашли применения в турбомашинах. Автоматическая балансировка ро­ торов турбомашин должна быть всережимной, тогда ротор, снабженный соответствующим устройством, будет балансиро­ ваться в процессе эксплуатации, дисбалансы будут устраняться независимо от их происхождения. Это важно, если иметь в виду-

10

По-видимому, термин «гибкие» роторы в данном случае не­ удачен, так как под гибким понимается ротор, имеющий рабо­ чую скорость выше первой критической, тогда как считаться с прогибами ротора приходится на значительно меньших скоро­ стях. Термин «упруго-деформируемые» тоже неточен, так как деформации ротора под действием неуравновешенности могут быть и неупругими, а упругие деформации имеют место даже при хорошей балансировке и на низких оборотах.

Л. Н. Кудряшев [30] предлагает для таких роторов употреб­ лять термин «быстроходные» и дает теоретическое обоснование определения данного класса роторов на основе анализа эффек­ тивности уравновешивания роторов с помощью двух грузов в плоскостях опор.

Если принять, что при эффективной балансировке таким спо­ собом амплитуда вибраций опор корпуса и усилий, передавае­ мых подшипниками, составит 0,05 от амплитуд неотбалансированного ротора, то из соотношений

— амплитуда колебаний опор;

Qп — усилие, передаваемое подшипником (индекс (б) отно­ сится к отбалансированному ротору),

следует, что балансировка установкой двух грузов в плоскостях

опор эффективна, строго говоря, для роторов, у которых — О ші

<0,224 или округленно /граб<0,2 лкр ь При этом изгиб ротора будет незначительным, мало отличающимся от статического.

Поэтому роторы с рабочей скоростью вращения птб< 0 ,2 л кр} можно отнести к классу тихоходных и уравновешивать их обыч­ ным способом как жесткие; роторы всех типов с npaß>0,2 /ікр г следует отнести к быстроходным. Балансировку таких роторовнеобходимо вести с учетом их прогибов, т. е. устанавливать урав­ новешивающие грузы не в опорных плоскостях, а в пролетах между опорами, и ответственные изделия балансировать на ра­

бочих оборотах.

Так, например, на одной из транспортных турбомашин по ста­ рой технологии ротор балансировался по двум опорным плоско­

стям обычным способом.

По новой технологии балансировка ротора производится сле­ дующим образом: определяя векторы дисбалансов по обеим опо­ рам, принимают, что закон распределения дисбалансов в роторелинейный. Соединяя векторы дисбалансов, получают этот закон

12