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

После очередной балансировки по заводской методике ротор № 1 был прислан в МАИ и установлен с собственными опорны­ ми корпусами и подшипниками в вакуумную камеру балансиро­ вочного стенда (рис. І7). Опорные корпуса ротора при этом бы­ ли жестко связаны с корпусом вакуумной камеры при помощи кольцевых переходников. Такая установка ротора в вакуумной камере была осуществлена по следующим соображениям. Ис­ пользование собственных опорных корпусов дает возможность

-W

-11

-П

пусу вакуумной камеры не мо­ жет повлиять на результаты балансировки, так как ротор, урав­

новешенный на жестких опорах, в диапазоне рабочих оборотов сохранит уравновешенное состояние и на опорах любой подат­ ливости.

Отсутствие промежуточного корпуса компрессора не дало существенного изменения амплитудно-частотной характеристики.

После установки ротора в вакуумную камеру было сделано несколько пробных экспериментов с проходом всего диапазона рабочих оборотов для получения исходных амплитудно-частот­ ных характеристик. Полученные при этом характеристики пока*- зали, что резонансный режим и величина амплитуды вибрации совпадают с данными, полученными по вибродатчикам на кор­ пусе компрессора при стендовых испытаниях двигателей, что подтвердило правильность выбранной схемы подвески ротора в вакуумной камере. Амплитудно-частотная характеристика виб-

30

раций опор имела два резонансных режима в диапазоне рабочих оборотов двигателя от 6400 до 7200 об/мин.

Одновременно определялась амплитудно-частотная характе­ ристика прогибов ротора при помощи емкостной аппаратуры.

Прежде чем установить емкостные датчики на рабочий зазор, была определена суммарная величина максимального перемеще­ ния ступеней компрессора по отношению к емкостному датчику. Для этого в шпиндели емкостных датчиков были установлены свинцовые штыри, диаметром 15 мм. Шпиндели были закрепле­ ны таким образом, чтобы свинцовые штыри слегка касались ло­ паток ступени. Затем был произведен запуск с проходом всего диапазона рабочих оборотов. После остановки ротора штыри снова были приведены в соприкосновение с лопатками ступени при помощи микрометрического винта, расположенного на шпин­ деле. Замеры производились по трем ступеням ротора: первой, третьей и девятой. Результаты были получены следующие: шты­ ри были «съедены» лопатками на. первой ступени на 0,65 мм, на третьей — на 0,80 мм и на девятой — на 0,70 мм. Эти величи­ ны являются суммой зазора в подшипнике, вытяжки лопаток и диска от центробежных сил и прогиба ротора.

На основании этого был выбран рабочий зазор между емко­ стными датчиками и ступенями — 1,5 мм. Замеры прогибов ем­

венно 0,08 и 0,1 мм. Максимальный прогиб (на III ступени) пе­ ремещался на 60° при переходе от 6400 к 7200 об/мин, причем в диапазоне между резонансными режимами прогиб уменьшался примерно наполовину. Форма упругой линии при этом была весь­ ма близка к первой форме на жестких опорах (рис. 18).

Для удобства проведения балансировки ротора III и IX ступе­ ни были доработаны: в III ступени в радиальном направлении между лопатками были высверлены отверстия 10X1,5, а в 9-й ступени ц осевом направлении по балансировочному бурту — от­

ские балансировочные грузы. Балансировку ротора № 1 начали внесением уравновешивающего груза в III ступень. Сначала был подобран груз, который уменьшил прогиб при 7200 об/мин. Уменьшение прогиба повлекло за собой на этих опорах умень­ шение амплитуды вибраций примерно в 5 раз. Затем был по­ добран груз, уменьшивший прогиб ротора при 6400 об/мин, при этом вибрация уменьшилась в 2 раза. Амплитудно-частотные характеристики вибрации опор по переднему вертикальному дат­ чику показаны на рис. '19. После балансировки характер работы ротора (даже на слух) сильно изменился: уровень шума резко снизился. При подходе к 6400 об/мин, т. е. к бывшему резонанс­ ному режиму, наблюдались короткие всплески амплитуд вибра­

31

на III ступени. Уравновешивающий груз, равный 10 г, поставлен­ ный на радиусе 25 см в III ступень, снизил уровень вибрации примерно до 1 2 0 мкм. Эта величина была определена как сред­ няя по нескольким экспериментам.

Последующие эксперименты показали, что этот ротор имеет значительные прогибы на I и IX ступенях, причем они появляют­ ся раньше, чем прогибы на III ступени. По-видимому, у данного

32

2А, мм

Рис. 20. Эпюры прогиба ротора девя­ тиступенчатого компрессора № 2 до и после балансировки:

П і—плоскость внесения уравновешивающих

грузов (индекс і—порядковый номер сту­ пени); а—эпюры прогиба ротора № 2 до балансировки в изометрии и в трех проек­ циях при /і=8200 об/мнн; б—эпюра проги­ ба ротора № 2 после балансировки при п =

=&АЮ об/мнн

ротора задняя и передняя цапфы оказались несколько податли­ вей, чем у ротора № 1 .

Следующие эксперименты были направлены на сведение прогиба в одну плоскость. Затем были подобраны грузы для уст­ ранения прогиба по трем ступеням.

Величина и месторасположение окончательно подобранных грузов показаны на рис. 21. Там же даны амплитудно-частотные характеристики вибраций опор до и после уравновешивания это­ го ротора.

Рис. 21. График амплитудно-частотной характеристики и схема распо­ ложения балансировочных грузов:

а—амплитудно-частотные характеристики ротора компрессора № 2 (/—1до балан­ сировки; 2—после балансировки); о—места расположения балансировочных грузов

В одном из экспериментов были изменены места расположе­ ния уравновешивающих грузов почти на 180° по трем ступеням без изменения величины этих грузов. При этом амплитудно-ча­ стотная характеристика системы качественно не должна была измениться, однако были получены зависимости, показанные на рис. 2 2 .

Затем был подвергнут балансировке ротор № 3 той же кон­ струкции, тоже с «неустранимой» вибрацией. Вначале, как обыч­ но, была снята исходная амплитудно-частотная характеристика, которая качественно отличалась от характеристик предыдущих роторов — система имела два резонансных режима: при 7800 и 8200 об/мин. При этом наблюдались значительные прогибы рото­ ра на I и IX ступенях, возникающие раньше, чем на III, т. е. картина формирования прогиба ротора выглядела примерно как

ив случае с ротором № 2 .

Врезультате балансировки ротора удалось уменьшить про­ гибы и одновременно уменьшить амплитуду вибрации корпусов компрессора в среднем в 4 раза (рис. 23). Внесение балансиро­

34

вочных грузов осуществлялось по схеме, приведенной на этом

же рисунке.

Кроме того, на этом же роторе были получены сравнительные данные по вибрации корпусов опор компрессора в зависимости от

Рис. 22. График влияния расположения дисбаланса по углу на амплитудно-частотную характеристику ротора девятнступенчатого компрессора № 2:

/—балансировочные грузы внесены в I, III н IX ступени: 2— балансировочные грузы внесены в те же ступени, но места рас­ положения грузов изменены на 180°

распределения дисбаланса ротора вдоль оси. Данные этих экс­ периментов показаны на рис. 24. Балансировочные грузы вноси­ лись поочередно в I, III и IX ступени, а в одном из эксперимен­ тов — одновременно в III и IX ступени.

Рис. 23. Сравнительные амплитудно-частотные характеристики ротора девятиступепчатого компрессора № 3 с указанием места расположения балансиро­ вочных грузов:

/—до балансировки; 2—после балансировки; я—схема расположения балансировочных грузов

На всех девятиступенчатых роторах компрессоров, исследо­ вавшихся в М АИ , в зависимости от распределения дисбаланса вдоль оси замечено перемещение прогиба, т. е. изменение поло-

Рис. 24. График влияния расположения дисбаланса по длине на амплитудно-частотную характеристику ротора девятиступенчатого компрессора № 3:

жения упругой линии ротора в пространстве, даже на резонансных режимах, следствием чего является нестабильность ампли­ тудно-частотных характеристик и появление неустранимой вибра­ ции на некоторых двигателях при стендовых испытаниях.

РЕЗУЛ ЬТАТЫ И С С Л Е Д О В А Н И Й РОТО РОВ Д Е С Я Т И С Т У П Е Н Ч А Т О Г О К О М П Р Е С С О Р А

Так как роторы десятиступенчатого компрессора отличаются конструктивно от роторов девятиступенчатого компрессора (рис. 25), то вакуумная камера балансировочного стенда была соот­ ветствующим образом модернизирована. Были изменены крепле­ ния корпусов компрессора к камере, расположение и количест­ во датчиков и узел привода. Схема установки ротора десятисту­ пенчатого компрессора в камере показана на рис. 26.

Программой предусматривалось исследование трех роторов десятиступенчатого компрессора: ротора с «неустранимой» виб­ рацией, ротора с максимальными посадочными натягами и рото­ ра с минимальными посадочными натягами в местах соединения ступеней.

Исследование ротора с «неустранимой» вибрацией. Этот ротор 19 раз устанавливался на разных двигателях и каждый из них

36