ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уничтожение критических режимов и разгрузка опор роторов с помощью упругих линейных опор из "Нелинейные колебания элементов машин и сооружений " Довольно часто вращающийся ротор или вал машины, являющийся прочным с точки зрения статических нагрузок, может при некотором числе оборотов терять устойчивость его прогибы начинают сильно расти, возникают сильные колебания, из-за которых машина может выйти из строя. Такие режимы работы вала или ротора называют критическими. Они наблюдаются при оборотах, соответствующих частоте свободных поперечных колебаний ротора [17]. [c.56] Следует заметить, что для многих машин, особенно транспортных, закрыт путь простого использования так называемых гибких валов или роторов как из-за необходимости частых переходов через критические обороты, так и из-за восприятия больших перегрузок во время движения и недопустимости значительных изменений зазоров в проточной части и лабиринтах, которые возникают вследствие получаюш,ихся больших статических прогибов гибкого ротора. [c.57] Часто во время доводки роторной машины или при форсировке ее по оборотам (за счет применения более совершенных материалов, форм элементов и технологии) критические числа оборотов, ранее бывшие выше рабочих, могут приближаться к последним и даже вклиниться в них. В таких случаях обычно прибегают к увеличению жесткости ротора. [c.57] Следует обратить внимание на принципиально другой метод повышения опасных критических чисел оборотов ротора без повышения его жесткости, т. е. без его существенной переделки и без увеличения его веса. Указанный метод позволяет вал средней жесткости использовать на числах оборотов, при которых он ранее терял устойчивость. Это можно сделать, как будет показано ниже, с помощью применения упругих опор, имеющих линейную характеристику (под валом средней жесткости понимается такой вал, у которого первые критические числа оборотов приходятся на его рабочие обороты или близки к ним). [c.57] На первый взгляд такое решение кажется парадоксальным, так как общеизвестно, что понижение жесткости опоры вызывает понижение критических чисел оборотов ротора и введение упругой опоры в конструкцию должно быть эквивалентно уменьшению жесткости вала или ротора. Действительно, в случае применения упругих опор появляются новые, но очень низкие критические обороты, которые проходятся безболезненно еще в начале запуска роторной машины, когда действие неуравновешенных сил еще мало. Величина же новых вторых критических оборотов будет намного выше прежних первых критических оборотов (соответствующих случаю ротора, вращающегося на жестких опорах). В этом состоит первое важное свойство упругих опор. [c.57] Вторым, не менее важным свойством упругой опоры быстроходной роторной машины является возможность получения эффекта разгрузки подшипников, разгрузки всей силовой схемы двигателя или другого турбоагрегата и, наконец, разгрузки узлов крепления турбоагрегата к фундаменту, освобождения фундамента от лишних источников вибраций. [c.58] В этом случае переменная нагрузка на опоры пропорциональна квадрату угловой скорости. [c.58] Для диска, расположенного консольно или около опоры, 1. [c.58] Из приведенных соотношений видно, что при упругих опорах нагрузка R на подшипник не зависит от числа оборотов и определяется лишь жесткостью опор вала и величиной дисбаланса. [c.59] Следует заметить, что при наличии достаточной податливости у самого ротора и при расположении диска посредине между опорами реакция на опору будет значительно меньше, чем для жесткого ротора, враш,ающегося на закритических оборотах и на тех же упругих опорах. [c.59] Уравнения (II. 3) и (И. 4) показывают, что при наличии упругой опоры с помощью подбора достаточно малой жесткости еще допустимой из конструктивных соображений, можно очень сильно уменьшить нагрузку R на подшипник. [c.59] Указанное обстоятельство особенно важно для высоконагру-женных скоростных подшипников тех роторов, у которых происходит рост дисбаланса во время эксплуатации (по сравнению с допустимым монтажным дисбалансом). Это относится в первую очередь, как отмечалось выше, к ротору газовой турбины, диск которой работает в области пластической деформации и у которой может наблюдаться заметная вытяжка лопаток. Более того, у газовой турбины возможны дефекты обгар лопатки, обрыв частей лопатки и даже полный обрыв лопатки. Эти дефекты могут привести к возникновению неуравновешенных сил, измеряющихся тоннами. [c.59] Указанные дефекты могут возникать у газовой турбины как во время длительной эксплуатации, так и особенно в период форсировки и доводки конструкции двигателя на заводе. [c.59] Покажем на роторе простейшей схемы максимальную величину диапазона чисел оборотов, который освобождается от критических оборотов при применении упругой опоры. [c.59] Пусть однородный вал имеет жесткость на изгиб EJ и длину /. Массу, приходящуюся на единицу длины, обозначим через т. [c.59] Рассмотрим сначала критические скорости вала, имеющего обычные опоры. Тогда в выражении (II. 5) коэффициент будет равен = л . Пусть теперь одна опора будет упругой и имеет достаточно малую жесткость С. [c.59] В этом и состоит физический смысл метода повышения эффективной жесткости ротора за счет конструкции опор. [c.60] Однако следует еще раз заметить, что при применении упругой опоры возникает дополнительный критический режим, который проходится при низких оборотах. [c.60] Если же сплошной вал по-прежнему оставить на жестких опорах, то для увеличения критических чисел оборотов в 1,56 раза было бы необходимо увеличить жесткость вала более чем в 6 раз. Вес же вала при этом увеличивается в 2,5 раза [эти цифры получаются из формулы (II. 5) в предположении, что вал сплошной ]. [c.60] Выше был рассмотрен предельный случай, т. е. при С - 0 при жесткостях же С, еще допустимых с конструктивной точки зрения, эффект смещения критических чисел оборотов будет, конечно, значительно меньше. [c.60] Вернуться к основной статье