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

при испытаниях показывал повышенную виброперегрузку (более 4 5°', где g — ускорение свободного падения). На заводе ротор балансировался на обычном оборудовании по двум крайним плос­ костям, затем его несколько раз перебалансировали по трем плоскостям, наконец, он трижды балансировался по всем ступе­ ням, но желаемых результатов достичь так и не удалось. После этого ротор был отправлен в MAPI для исследований.

Для снятия исходных характеристик было проведено 16 экс­ периментов. В результате было выяснено, что система имеет два устойчивых резонанса в диапазонах 8000 об/мин и 10 000 об/мин,

Максимальная величина размаха амплитуды вибрации соот­ ветственно равнялась 0,26 и 0,25 мм. Прогнбные характеристики 'показали, что максимальный прогиб наблюдается на V I, V III, IX и X ступенях на резонансных оборотах 9500— 10 500 об/мин, а на II ступени — на 8200 об/мин. Характерно, что уже с первых экспериментов была обнаружена нестабильность в амплитудно-

•частотных характеристиках системы. Эти же эксперименты пока­ зали, что места максимальных прогибов не лежат в одной плос­ кости и упругая линия ротора является пространственной кривой. Положение мест максимальных прогибов по каждой сту­ пени меняется в зависимости от числа оборотов. Исходя из кар­ тины полученной упругой линии, было решено проверить воспри­ имчивость, ротора к изменению дисбалансов на IX и III ступенях. Но достичь существенных изменений амплитуды вибраций не удалось. Затем, в соответствии с характеристиками прогибов бы­

ная картина изменения упругой линии показана на рис. 27. После

.внесения уравновешивающего груза с моментом = гс-см

37

со

оэ

{0,01 Н-м) во II ступень (2-я лопатка) пик уменьшился и при 8000 об/мин. Эти результаты представлены на рис. 28.

Дальнейшие эксперименты по уравновешиванию ротора су­ щественных результатов не дали. Следует указать, что весь про­ цесс уравновешивания был сопряжен с большими трудностями в связи со значительной нестабильностью амплитуд вибраций и прогибов ротора.

После окончания экспериментов по уравновешиванию ротор сбыл снят со стенда. Спустя некоторое время для проверки ста-

Рис. 28. Сравнительные амплитудно-частотные характе­ ристики ротора десятиступенчатого компрессора № 1 до и после балансировки:.

бильности результатов уравновешивания он вновь был установ­ лен в камеру. Первые пять экспериментов подтвердили получен­ ную ранее сбалансированность, затем прошел ряд эксперимен­ тов, где были получены высокие вибрации; в следующих экспериментах виброперегрузки самопроизвольно снизились при неизменном состоянии ротора и всего стенда.

Исследование ротора с максимальными посадочными натяга­ ми. Из полученных амплитудно-частотных характеристик вид­ но, что система с этим ротором имеет также два резонансных режима в диапазонах 8100—8300 и 10800— 11000 об/мин. Сравни­ вая показания вертикальных и горизонтальных вибродатчиков, было отмечено, что система проявила свойство анизотропности опор. Система в динамическом отношении оказалась более ста­ бильной. Максимальный прогиб ротора равнялся 0,1 мм. Формы упругих линий по оборотам в исходном состоянии ротора и с уравновешивающими грузами с моментом <7 = 1 8 6 гс-см (0,0186 Н -м ) показаны на рис. 29. Уравновешиванию этот ротор не подвергался.

Исследование ротора с минимальными посадочными натягами.

Исследования показали, что система с этим ротором имеет два резонансных режима в диапазонах 7900—8100 и 10300— 10600

39

об/мин. Система с данным ротором также проявляла нестабиль­ ность амплитуд вибраций и прогибов, что может быть отнесено

Рис. 29. Эпюры прогиба двух роторов десятисту­ пенчатого компрессора (ротора № 2 с максималь­ ными посадочными натягами и ротора № 3 с ми­ нимальными посадочными натягами) по оборотам:

за счет минимальных посадочных натягов. Максимальный про­ гиб ротора равнялся 0,15 мм и наблюдался на втором резонанс­ ном режиме.

Формы упругих линий, которые наблюдались в диапазоне обо­ их резонансных режимов, показаны на рис. 29. Установка груза,

40

равного 1 г, на радиусе 19 см на II ступень снизила амплитуду вибраций компрессора примерно в 3 раза.

На рис. 30 представлены сравнительные амплитудно-частот­ ные характеристики трех роторов десятиступенчатого компрессо-

Рис. 30. Сравнительные амплитудно-частотные харак­ теристики трех роторов десятиступенчатого компрес­ сора:

ра с «неустранимой» вибрацией, с максимальными и минималь­ ными натягами.

РЕЗУЛ ЬТА ТЫ И С С Л Е Д О В А Н И И РО ТО РА ГТД М А Л О Й М О Щ Н О СТ И

Для исследования таких роторов была создана специальная вакуумная камера. Габаритные размеры камеры позволили ве­ сти исследования полноразмерного двигателя.

Предварительно проведенная серия экспериментов для снятия исходных характеристик позволила установить хорошую сходи­ мость амплитудно-частотных характеристик, снятых с этого дви­ гателя на заводе и при испытаниях в вакуумной камере. Во вре­ мя предварительных экспериментов из-за больших прогибов вала и соответственно больших динамических нагрузок на подшипни­ ки один из подшипников компрессора вышел из строя. Двига­ тель пришлось перебрать. До и после переборки двигателя были произведены замеры первоначального прогиба на низких оборо­ тах. Замеренный прогиб до переборки был равен 0,05 мм, а пос­ ле нее — 0 ,0 2 мм.

Измерения прогиба вала ротора на рабочих оборотах (0 — ' 36000 об/мин) показали, что величина прогиба после переборки двигателя уменьшилась на 0,1—0,2 мм. Величина максимально­

41

го прогиба вала до переборки составляла 0 ,6 —0 ,8 мм, после пе­ реборки'— 0,5—0,7 мм.

Изменение амплитуды прогиба вала ротора в средней части в зависимости от оборотов до и после балансировки показано на

рис. 31.

При этом упругая линия ротора в целом имела пространст­ венный характер с преобладанием первой формы (рис. 32). На режиме критических оборотов упругая линия практически нахо­ дилась в одной плоскости, что хорошо согласуется с теоремой,

Рис. 31. График изменения амплитуды прогиба средней части вала ротора ГТД малой мощности:

/—до балансировки; 2—после балаисировкц

доказанной А. Н. Огуречниковым для изгибных колебаний. Тео­ рема формулируется следующим образом: упругая линейная си­ стема при внешнем возбуждении на резонансном режиме движет­ ся так же, как и при свободных колебаниях. Другими словами, упругая линия ротора при резонансном режиме должна лежать в одной плоскости.

Многочисленные эксперименты показали, что фаза прогиба вала ротора перемещается с изменением оборотов таким обра­ зом, что при 36000—39000 об/мии он оказывается повернутым на 180° по отношению к положению при 0—8000 об/мин. Кроме того, фаза прогиба ротора неустойчива и перемещается в секторе600 при 12000—30 000 об/мин. Различные опыты показывают, что величина и положение этого сектора изменяются в зависимости от величины и места груза. По получении исходных характери­ стик приступили к балансировке ротора по методу М АИ . Балан­ сировка ротора производилась по плоскостям компрессора и турбины, указанным на рис. 33. Результаты уравновешивания ротора представлены на рис. 34. Балансировка на резонансном режиме позволила значительно снизить уровень вибрации во

4?