ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы О расчете частот свободных колебаний облопаченных дисков с помощью электронно-вычислительных машин из "Вибрация деталей судовых турбоагрегатов Том 2 " Для примера рассмотрим расчет, выполненный для дисков различного профиля на машине Урал [17]. Программа расчета диска, составленная по формуле вида (67), содержит две зоны. [c.48] В первой расположены исходные данные (159 ячеек), константы и программа расчета величин, не зависящих от параметра S, программа расчета лопатки. В исходные данные для диска входят такие параметры, как геометрические размеры и физические характеристики материала. Исходные данные для лопатки представляют собой таблицу моментов инерций и площадей для десяти сечений, делящих лопатку по длине на равные части. [c.48] Во второй зоне расположена основная программа вычислений / = Ф (S), составленная для расчета пяти форм колебаний диска (т = 2-6). [c.48] На рис. И показаны расчетные зависимости статической частоты /ст = р (S), полученные на машине для трех дисков различного профиля. Кривые имеют один или два минимума, при уменьшении т второй минимум может выродиться в перегиб, а с увеличением т, наоборот, вырождается первый минимум. В практических расчетах можно сузить границы изменения параметра S и довести время, необходимое для получения одной кривой / = ф (S), до 5—6 мин. [c.49] Из сказанного следует, что нет никаких сомнений в перспективности машинизации расчетов и необходимости применения ее в расчетных работах конструкторских бюро и проектных организаций. [c.49] Конструктивное устройство роторов главных судовых турбин в настоящее время настолько разнообразно, что мы ограничимся описанием лишь наиболее типичных конструкций. Роторы главных судовых турбин почти всегда конструируют как жесткие и с таким расчетом, чтобы первая критическая скорость ротора была по крайней мере на 30% выше максимального рабочего числа оборотов турбины. [c.50] Роторы бывают дисковые, барабанные и смешанной конструкции, цельнокованые, составные или сварные. Цельнокованые роторы применяют обычно небольших диаметров (до 1000 мм). Эти роторы компактнее и легче других, они не требуют иной механической обработки, кроме обточки на станках, при их обработке получается меньше отходов металла. [c.50] В качестве примера на рис. 12, а показан цельнокованый ротор дискового типа. На роторе выточено пять дисков переднего хода и один диск двухвенечного колеса заднего хода (штрих-пунктирные линии — положение вкладышей опорных подшипников). Ротор имеет сквозную внутреннюю расточку для облегчения поковки и обеспечения возможности визуального контроля качества поверхности специальным перископическим устройством. [c.50] При больших диаметрах ступеней пркименяют составные роторы. Для уменьшения веса такие роторы выполняют полыми, а для облегчения их расточки и снижения веса поковки одну или обе шейки отковывают отдельно. На рис. 12, б показан барабанный ротор с одной отъемной шейкой /, которая при помощи патрона 2 соединяется с барабаном 3. Патрон 2 вставляется в барабан 3 с натягом и скрепляется с ним радиальными штырями. Диск заднего хода и поршень думмиса насаживаются на шейку отдельно. На шейках могут быть выточены упорные гребни и различные выступы. Внутреннюю полость барабана растачивают на станке. [c.50] Правильное относительное положение ободов. Крайние диски отковываются заодно с шейками. [c.51] На рис, 12, в показан ротор, состоящий из сплошного диска 1, регулировочного колеса и барабана, сваренного из шести сплошных дисков носовая шейка 2 откована заодно с седьмым диском, а кормовая 3 — заодно с поршнем 4 думмиса (внизу на рисунке показано сечение сварного шва). [c.51] Из многочисленных конструкций роторов сварные считаются наиболее перспективными. Применение сварки позволяет создать любую конструкцию жесткого ротора и надежно обеспечить требуемое критическое число оборотов для современных быстроходных турбин большой мощности. [c.51] Основные понятия. При исследовании вращающихся валов было установлено, что на определенных скоростях вращения валы становятся динамически неустойчивыми и возможно появление больших колебаний. Скорости, при которых возникают эти явления, называются критическими. Для изучения данного явления рассмотрим вертикальный вал с насаженным на него эксцентрично диском, имеющим массу т. Обозначим эксцентрицитет через е и допустим, что вал с диском вращается с постоянной угловой скоростью (О. Для упрощения задачи пренебрегаем массой вала по сравнению с массой диска. При вращении вследствие эксцентрицитета на вал будет действовать центробежная сила Р = тет . Так я сила, вращающаяся вместе с диском, может быть разложена в плоскости вращения на две перпендикулярные друг к другу синусоидальные составляющие, по осям л и у. Под действием этих сил возникают изгибные колебания вала, которые будут особенно интенсивны, когда частоты указанных возмущающих сил совпадут с частотой р свободных колебаний невращающегося диска на упругом валу. Таким образом, критическая скорость вала есть такая скорость, при которой число оборотов вала (о р равно частоте р его свободных поперечных колебаний. [c.52] На рис. 13, б, в изображено взаимное расположение точек О, В и С при угловых скоростях меньше (рис. 13, б) и больше (рис. 13, в) критической. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при угловых скоростях меньше и больше критической вал динамически устойчив, т. е. если по каким-либо причинам прогиб вала увеличивается, то после устранения этих причин он возвращается в первоначальное положение. На критической же угловой скорости вал динамически неустойчив. [c.54] Таким образом, в последнем случае критическая скорость второго порядка примерно вдвое меньше круговой частоты свободных колебаний вала. [c.57] Неустойчивость вала, вызванная внутренним гистерезисом. В предыдущем анализе неустойчивого движения вращающегося вала предполагалось, что материал вала совершенно упругий и в нем отсутствует внутреннее трение, и рассматривались вращения изогнутого вала при скоростях лишь ниже и выше критической. Было установлено при этом, что в обоих случаях плоскость, в которой изгибается ось вала, вращается с той же скоростью, что и сам вал. Однако в действительности вследствие внутреннего гистерезиса в металле, из которого изготовлен вал, при скорости вращения вала выше критической иногда может наблюдаться своеобразное явление, когда плоскость изогнутого вала вращается с постоянной скоростью со р, тогда как сам вал вращается с большей скоростью ш. В этом случае самовозбуждаю-щиеся колебания вала могут иметь установившийся характер и изгиб вала остается постоянным но иногда изгиб стремится возрастать со временем до тех пор, пока не выберется весь радиальный зазор между диском и ограничительным устройством. [c.57] Примем, что вал вращается против часовой стрелки и плоскость изгиба вала остается неизменной, тогда его продольные волокна будут испытывать переменные напряжения например, волокно в положении Ai, расположенное с выпуклой стороны вала, растянуто, а после половины оборота вала оно окажется с вогнутой стороны в положении Лд и будет сжато. [c.58] Физически эти напряжения вызываются силой Q, которая должна быть приложена к валу, чтобы предотвратить при его вращении вращение плоскости, содержащей изогнутую ось. Следовательно, при изгибе вала в плоскости xz напряжения изгиба создают изгибающий момент в плоскости, наклоненной к плоскости XZ, и нейтральная ось напряжений n-jL-i не совпадает с нейтральной осью деформации пп. [c.59] К этому же заключению можно прийти другим путем, рассматривая положение точек на петле гистерезиса. Волокно в процессе перемещения от Лд к проходит положение, обозначенное точкой Л4, которая соответствует нулевой деформации. Однако из рис. 17, а видно, что в точке Л4 имеется растягивающее напряжение. При прохождении волокна положения Лд оно будет испытывать сжимающее напряжение. Следовательно, вертикальный диаметр Л 2Л4, соответствующий точкам с нулевыми деформациями, не представляет в этом случае нейтральной оси для напряжений, последняя должна иметь наклонное положение (например, п п ). [c.59] В рассмотренном случае не учитывалось внешнее трение, например трение вала в подшипниках и диска в среде, в которой он вращается. Влияние сил трения приводит к стабилизации прогиба вала, плоскость его изгиба будет вращаться при этом со скоростью, приблизительно равной со р. Однако в случае составного ротора любое трение между его частями в процессе изгиба может оказать точно такое же влияние на вращающийся ротор, как и гистерезис материала вала. [c.61] Вернуться к основной статье