ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нелинейный демпфер критических режимов роторов и валов и общая задача о вращении ротора на нелинейных упругих опорах из "Нелинейные колебания элементов машин и сооружений " Как указывалось выше, в некоторых роторных машинах находят применение различного вида демпферы (устранители) критических режимов. Однако в силу ряда причин их применимость ограничена. [c.70] Нами предлагается новый принцип уничтожения критических режимов, основы которого покоятся на общих свойствах нелинейных систем, которые используются в электротехнике, а также и при борьбе с крутильными колебаниями [14]. Разрабатываются конструкции двух типов агрегатов, построенных на основе указанного принципа. [c.70] Этот метод уничтожения критических режимов основан на идее такого изменения упругих свойств системы ротор — опоры во время работы машины, при котором не могли бы развиваться прогибы, опасные как с точки зрения работы вала, подшипников, так и с точки зрения развития заметных неуравновешенных сил, вызывающих неприятные вибрации силовой установки и элементов фундамента. В исследуемом нелинейном демпфере критических режимов нужное изменение параметров системы (жесткости) происходит автоматически и управляется остаточной величиной неуравновешенной центробежной силы (дисбалансом), оказывающей давление на опору, в которой устанавливается демпфер. В том же случае, когда величина дисбаланса очень мала, эксцентриситет s имеет величину, сравнимую с величиной зазора в шариковых подшипниках двигателя в силу этого ротор иногда может устойчиво вращаться вокруг центра тяжести, не вызывая никаких неприятных яв. егий . [c.70] Теоретические исследования [20, 24 ] показывают также, что при отсутствии дисбаланса ротор должен устойчиво работать и на критических режимах. Это относится практически и к малым величинам дисбаланса. Наши наблюдения за поведением ротора при различных величинах дисбаланса полностью подтверждают это. Однако следует заметить, что очень малая величина дисбаланса некоторых турбомашин возможна лишь в первые часы их работы. [c.70] Из дальнейшего будет видно, что предельные прогибы, остающиеся при работе нелинейного демпфера, являются стабильными и не могут возрастать, так как они определяются механическими параметрами системы (жесткостями, массами, натягами), которые не зависят от условий работы машины. Это было подтверждено и экспериментально. [c.71] Следует заметить, что даже кратковременный отказ демпфера критических режимов является опасным, особенно при больших величинах дисбаланса, тогда как, например, демпфер крутильных колебаний может временно и не работать, так как обычно резонансные крутильные колебания могут вызвать поломки вала только усталостного характера. Это и объясняет тот факт, что демпферы крутильных колебаний жидкостного трения все же находят применение в транспортных установках. [c.71] Построенный и экспериментально исследованный нелинейный демпфер имеет дополнительную массу А (фиг. 28 и 29). Он является удобным в экспериментальном отношении, так как конструкция демпфера легко позволяет экспериментатору менять по своему произволу его параметры жесткости пружин, предварительные натяги, зазоры между ограничителями. [c.72] Разрабатывается и конструкция демпфера без дополнительной массы (фиг. 30). [c.72] Предварительная затяжка его упругого Н-образного элемента 1 создается обжимными кольцами 2 к 3. [c.72] Этот демпфер в конструктивном отношении более прост, имеет меньшие габариты и вес. Однако относительно большая (в некоторых случаях) эффективность демпфера с дополнительной массой и наличие возможности использовать в качестве дополнительной массы элементы двигателя (всегда имеющейся из-за чисто конструктивных соображений) делают возможным применение в турбомашинах и демпферов первого типа. Выбор типа демпфера должен производиться, исходя из конкретной конструкции двигателя или механизма, на который он устанавливается. [c.72] Заметим, что случаи возникновения критических режимов в диапазоне рабочих оборотов часто имеют место при испытании вновь построенных машин. Это объясняется тем, что рассчитать критические режимы составных роторов затруднительно, особенно в том случае, когда части, из которых собирается ротор, выполнены из различных материалов (например, из стали и сплавов алюминия). Возникают существенные трудности при определении критических режимов ротора из-за увлечения масс корпуса и наличия зазоров в подшипниках. [c.73] Чтобы развить методику подбора оптимальных параметров нелинейного демпфера, необходимо сначала теоретически получить зависимость прогиба ротора и нагрузки на его опоры от оборотов. Оптимальными параметрами называем такие параметры, при которых прогибы ротора и нагрузка на опоры не превосходят допустимых величин при любых оборотах машин. [c.73] Заметим, что в дальнейшем будут рассматриваться лишь установившиеся процессы. Это объясняется тем, что в реальных турбомашинах ускорения при переходных процессах обычно являются малыми и, более того, при быстром изменении оборотов наблюдаются прогибы, меньшие установившихся. Это явление для линейных систем исследовано уже сравнительно давно [13], [25]. Оно рассмотрено теоретически и для нелинейных одномассовых систем [26]. При исследовании работы нелинейного демпфера это обстоятельство было подтверждено экспериментально для более сложных нелинейных систем. [c.73] Галеркина [27], который для исследования колебаний многомассовых нелинейных систем был удачно применен А. И. Лурье и А. И. Чекмаревым [28]. В. П. Терских не менее удачно соединил эту методику с методом цепных дробей при расчете такого же рода систем [13 ]. Последний прием был применен и нами при развитии теории работы нелинейной муфты как демпфера крутильных колебаний [14]. [c.74] С целью применения методов теории колебаний в исследованиях движения ротора обычно его вращательное движение заменяют двумя колебательными движениями, происходящими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с постоянным сдвигом фаз. Исследуют отдельно каждую компоненту и далее для получения общей физической картины производят суммирование обеих составляющих. Этот метод удобен и точен для линейных систем. Однако этого нельзя сказать о нелинейных системах. [c.74] Таким образом, относительная громоздкость и приближенность исследования отдельных компонент движения по методу Б. Г. Галеркина, соединенная с дальнейшим суммированием компонент, делали исследование на этом пути очень затруднительным и результаты мало достоверными. Отмеченные обстоятельства и заставили искать новый метод решения рассматриваемой задачи. Такой путь оказался чрезвычайно простым, если не учитывать массу вала (ее учет будет ясен из следующей главы). Полученные с его помощью решения оказались точными, что является интересным для нелинейных задач вообще. [c.74] Искомое решение было получено из рассмотрения равновесия сил во вращающейся координатной системе, вместо ранее обычно применяемых неподвижных координат и разложения на компоненты. При этом уравнения равновесия сил нужно составлять в функции от чисел оборотов ротора. Следовательно, нужно составлять свои уравнения для каждого участка нелинейной характеристики, если та состоит из прямолинейных участков. [c.74] В дальнейшем не будут детально рассматриваться силы трения, которые могут иметь место в демпфере, из-за следующих причин. [c.74] Во-вторых, силы трения не учитываются еще и потому, что они в предлагаемом демпфере случайны и нестабильны. Отмечалось, что силы трения можно легко учесть, однако это на первом этапе исследования нецелесообразно с точки зрения выявления физической картины чисто нелинейного демпфирования критических режимов, что и является нашей основной целью. [c.75] Для большей наглядности будем вести решения для двухопорной схемы ротора. Полученная методика, как будет видно из дальнейшего, легко применяется и к другим, более сложным, схемам ротора. [c.75] Вернуться к основной статье