книги из ГПНТБ / Куинджи А.А. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин

А. А. К УИ Н Д Ж И , Ю . А. К О Л О СО В , Ю . И . Н А РО Д И Ц К А Д

АВТОМАТИЧЕСКОЕ

УРАВНОВЕШИВАНИЕ РОТОРОВ

БЫСТРОХОДНЫХ МАШИН

Москва

«М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »

1 9 7 4

Куинджи А. А., Колосов Ю. А., Народицкая Ю. И. Автоматическое уравновешивание рото­ ров быстроходных машин. М ., «Машиностроение», 1974, 152 с.

В книге рассматривается необходимость приме­ нения автоматической балансировки роторов бы­ строходных машин, описываются отдельные виды автоматической балансировки за счет изменения положения главной центральной осп инерции ро­ тора.

Книга будет полезна для конструкторов и про­ изводственников, занимающихся вопросами увели­ чения ресурса и надежности быстроходных машин, а также для преподавателей вузов и студентов старших курсов.

Табл. 4, ил. 107, список лит. 65 пазв.

Рецензент канд. техп. наук Огуречников А. Н.

30305_—-П6— ^іб— 74

К

038(01)— 74

(6) Издательство «Машиностроение», 1974 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Современная техника требует расширения класса быстроход­ ных турбомашин. Роторы всех авиационных ГТД следует отне­ сти к классу быстроходных, т. е. таких, прогиб которых превы­ шает статический и должен учитываться при балансировке [30].

В связи с этим особое значение приобретает проблема устра­ нения вибраций, связанных с возникновением резонансных ре­ жимов в диапазоне рабочих оборотов.

Резонансные явления, возникающие при работе туірбомашин, нередко являются причиной поломок, а иногда и значительных аварий.

Вибрация вредно сказывается также на организме человека, воздействуя на его нервную систему.

Как правило, в условиях эксплуатации неспокойная работа турбомашины обуславливается несколькими причинами. Поэто­ му устранению повышенных вибраций должно предшествовать детальное обследование турбомашины с выявлением как основ­ ных причин вибраций, так и условий, повышающих интенсив­ ность их проявления.

Статистические данные убедительно показывают, что основ­ ным источником сил, вызывающих вибрацию турбомашины, яв­ ляется неуравновешенность ротора.

Пока роторы и опорные корпуса турбомашин были сравни­ тельно жесткими (т. е. их резонансные режимы лежали далеко за максимальными оборотами), балансировка их на низких обо­ ротах по двум плоскостям коррекции давала хорошие резуль­ таты. Тенденция к снижению веса двигателей и увеличению оборотов ротора приводит к применению в турбомашинах гиб­ ких роторов с податливыми опорами, а это, в свою очередь, при­ ближает зону критических оборотов ротора к его рабочим обо­ ротам. Нередки случаи, когда критические режимы находятся в диапазоне рабочих оборотов, т. е. ротор является гибким.

В 1957 г. Ф. М. Диментбергом и А. А. Гусаровым была выпу­ щена теоретическая работа по вопросу уравновешивания гибких роторов на жестких опорах. Эта работа, по-существу, положила

3

1.МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ РЕЖИМОВ

ИПОВЫШЕННЫХ ВИБРАЦИЙ ТУРБОМАШИН

ВДИАПАЗОНЕ РАБОЧИХ ОБОРОТОВ

Проблема динамической прочности вращающегося ротора тесно связана с вопросами обеспечения надежной работы его подшипников, уменьшения динамических усилий, передающих­ ся с цапфы ротора на подшипник и корпус.

Следует заметить также, что проблема динамической проч­ ности быстроходных роторов,' в том числе и балансировка их, должна решаться совместно конструкторами и технологами, но до сих пор вопросы балансировки роторов турбомашин решают­ ся, в основном, технологами. Вопросы эти настолько сложны, что требуют специальных исследований динамики роторов, поэтому решить их силами одних технологов невозможно.

ментальных методов определения критических чисел оборотов ро­ тора, учитывающих различные факторы, позволяет сделать рас­ четы более точными. Эти методы можно использовать в про­ цессе проектирования машины для соответствующего выбора параметров системы с тем, чтобы избежать резонансные режи­ мы. Методы первого направления обладают ограниченными воз­ можностями, когда машина уже создана.

В т о р о е н а п р а в л е н и е . Разработка конструкторских и технологических методов устранения резонансных режимов.

Работы этого направления должны решать задачу устране­ ния резонасных режимов турбомашин, имеющих широкий диа­ пазон рабочих оборотов.

Таких методов существует несколько, и каждый из них име­ ет свою область применения.

1.Упругая опора с линейной характеристикой. Применяется

вгазовых и паровых турбинах, турбокомпрессорах, центрифу­ гах и т. д. Эти устройства сильно сдвигают критические режимы по оборотам (рис. 1) и могут освобождать от них некоторый диапазон рабочих оборотов, если он не очень велик. Линейная упругая опора применяется и с целью разгрузки высоконагру-

о

потребоваться индивидуальный подбор параметров демпфера для каждого экземпляра ротора, что весьма затруднительно. Кроме того, может оказаться, что доля гашения колебаний в демпфере будет мала по сравнению с общим демпфированием в системе машины, и, следовательно, эффективность такого спо­ соба будет незначительной. Трудности эти в некоторых случаях успешно преодолеваются, хотя указанные свойства демпфера ог­ раничивают область его применения.

масляного демпфера под переднюю опору, тогда как установка такого же демпфера под заднюю опору ухудшила амплитудночастотные характеристики системы «ротор — корпус». Следова­ тельно, установке упруго-масляного демпфера в опору должны предшествовать исследования, выявляющие особенности динами­ ки ротора, так как аналитическим путем невозможно учесть все факторы, влияющие на работу демпфера.

3. Демпфер с сухим (нелинейным) трением. Демпфер такой схемы [17] принципиально неприменим при двухопорной схеме вала, так как демпферная опора этого типа не может быть не­ сущей. Кроме того, у такого демпфера нестабильна характери­ стика, и он требует периодического контроля. Можно говорить только о применении таких демпферов в многоопорных роторах.

4. Использование зазоров в подшипниках для создания бескритического ротора. В. Я- Натанзон предложил использовать за­ зоры подшипников качения для устранения критической скоро­ сти ротора [33].

Как известно, частота нзгибных колебаний у ротора во взве­ шенном состоянии выше, чем у опертого. Для того, чтобы ротор перестал касаться хотя бы одной из опор, необходимо произве­ сти специальную балансировку его с тем, чтобы при достижении критической скорости он оказался во взвешенном состоянии. При этом критическая скорость не наступит, характеристика ротора перейдет с одной ветви на другую, минуя критический режим

(рис. 2).

Необходимые для этого условия для различных случаев вы­ водятся В. Я. Натанзоном. Он вводит понятие первого режима, т. е. такого режима, при котором ротор касается опор, и второго режима, при котором ротор всплывает. Угловая скорость, при которой происходит переход от первого режима ко второму, называется скоростью прямого перехода, а от второго режима к первому — скоростью обратного перехода. Критическая ско­ рость вала на двух опорах ниже, чем у свободного вала; Если добиться, чтобы скорость перехода была ниже критической для вала на опорах, то эта скорость придется на интервал второго режима, и ротор вообще не будет иметь критического режима. Натанзон показал, что скорость перехода можно менять путем

7

изменения дисбалансов, и поэтому любой ротор при наличии

нения жесткости опор в процессе работы. Р. И. Исаевым был тео­ ретически обоснован II экспериментально проверен метод устра­ нения критической скорости ротора путем изменения жесткости опор в процессе работы машины. Критическая скорость ротора

8