Жесткий ротор

Опубликовано: 2017-12-18 14:42:08

Жесткий ротор, конечно, всегда предпочтительнее, но в современных конструкциях длина ротора и его масса ( с увеличением и того, и другого критическая частота уменьшается) столь велики, что жесткие роторы мощных турбин встречаются очень редко. При этом необходимо учитывать снижение критической частоты вращения из-за податливости масляной пленки.

Схема возникновения масляной вибрации. Жесткие роторы практически не подвержены низкочастотной вибрации. Реальные роторы во многих случаях имеют первую критическую скорость, примерно равную половинной частоте вращения. В этом случае возникающая низкочастотная вибрация обычно весьма интенсивна.

Жесткие роторы с газовой смазкой гибридных гидростатических подшипников умеренной длины по своей динамической структуре одинаковы с рассмотренными упругими роторами, если в них т 0 ( см. гл.

Жесткий ротор, опирающийся на газостатические подшипники, имеет две формы колебаний - цилиндрическую и коническую. При скоростях вращения, меньших низшей резонансной частоты колебаний ротора на газовом слое ( синхронный резонанс), возбуждение колебаний ротора происходит в основном за счет сил дисбаланса.

Инерционное возмущение колебаний подшипника в зависимости от п / п. а рин -. Абсолютно жестких роторов не существует.

Первая ( а и вторая ( б формы собственных колебаний жесткого ротора на податливых опорах. Абсолютно жестких роторов не существует. Кроме того, у реальных роторов масса и жесткость распределены вдоль всей линии вала. В связи с этим система ротор - опоры имеет не две, а ряд критических скоростей, соответствующих частотам свободных из-гибных колебаний ротора.

Жестким ротором называется ротор, ось которого при вращении в эксплуатационных условиях не испытывает изгибных деформаций.

Рассмотрим массивный жесткий ротор весом G ( массой М), установленный на упругих опорах А и В, жесткость которых в горизонтальном и вертикальном направлениях равна соответственно kXa, kya и kxb, kvb. К опорам присоединены также демпферы вязкого трения, одинаковые для обеих опор и для горизонтального и вертикального направлений. Величина демпфирующих сил характеризуется коэффициентом внешнего трения к.

Балансировочный станок. МС 903 - 1. Для жесткого ротора неуравновешенность может быть устранена при любом п, так как положение неуравновешенных сил не зависит от числа оборотов. Ниже рассматривается конструкция одного из станков для динамической балансировки.

Якорь влектродвигателя ЗМП-4000 на параллелях для статической балансировки.

Для жесткого ротора уравновешивание, достигнутое на одной скорости, не нарушается и при другой скорости вращения, поэтому процесс их уравновешивания ведется только на рабочей скорости.

Расположение точек.| Два равноценных способа. Для жестких роторов сбалансированность, достигнутая при одной частоте вращения, не нарушается и при другой частоте, поэтому их балансировку можно производить только при рабочей частоте вращения.

Главный вектор дисбалансов. ст и главный момент MD дисбалансов ротора. Для жестких роторов компенсация неуравновешенности должна производиться в двух плоскостях коррекции при ( LlD) 0 2, где L - осевой размер; D - диаметр; при ( LlD) 0 2 допускается одна плоскость коррекции.

Балансировочный станок С 03 - 1. Для жесткого ротора неуравновешенность может быть устранена при любом значении п, так как положение неуравновешенных сил не зависит от частоты вращения. Ниже рассматривается конструкция одного из станков для динамической балансировки.

Для жесткого ротора все несбалансированные массы можно привести к двум плоскостям, обычно их приводят к плоскостям опор.

Балансировочный станок С 03 - 1. Для жесткого ротора неуравновешенность может быть устранена при любом значении п, так как положение неуравновешенных сил не зависит от частоты вращения. Ниже рассматривается конструкция одного из станков для динамической балансировки.

Способы устранения неуравновешенности. Для жестких роторов при силовой ( статической) неуравновешенности изменение массы ведется в одной плоскости исправления, а при моментной ( динамической) и моментно-силовой неуравновешенности - в двух.

Область жестких роторов электрических машин весьма обширна, к ней относится большая часть машин постоянного тока и асинхронных, а также все синхронные явнополюсные машины. В табл. 1 - 1 приведены значения первой критической скорости вращения жестких роторов некоторых электрических машин распространенных типов.

На жестком роторе должно быть предусмотрено не менее двух плоскостей исправления; на гибком - возможность установки грузов вдоль ротора, а также на консолях.

На жестком роторе должно быть предусмотрено не менее двух плоскостей коррекции, на гибком - возможность установки корректирующих масс вдоль ротора, а также на консолях.

В жестком роторе центробежная сила, вызываемая дисбалансом, зависит от квадрата скорости вращения, от массы ротора и ее эксцентриситета относительно оси вращения. У упруго-деформируемых роторов к начальному эксцентриситету добавляется еще и прогиб ротора [1-3], что обусловливает более сложный закон изменения центробежной силы.

Пусть имеется жесткий ротор, в центре которого расположен единичный дисбаланс, соответствующая единичная центробежная сила вызывает дополнительные реакции подшипников, каждая из которых равна половине единичной центробежной силы. При гибком роторе указанная единичная центробежная сила вызовет его изгиб, сместив осевую линию ротора с первоначального положения.

Пересчет параметров дисбаланса в плоскости коррекции ротора.| Разложение вектора дисбаланса на составляющие проекции по осям коррекция ротора. При балансировке жесткого ротора используют свойства твердого тела: правило сложения сил и моментов или их разложения на составляющие. При всем разнообразии распределения неуравновешенных центробежных сил в жестком роторе они могут быть сведены к главному вектору сил и моменту.

Вопрос уравновешивания жестких роторов достаточно подробно освещен в литературе, поэтому в настоящей работе нет необходимости останавливаться на нем более детально.

При вращении жесткого ротора в упругих опорах значения ег первой и второй критических частот определяются в первую оче редь жесткостью упругих опор, причем вибрации ротора и опор н; этих частотах значительно меньше, чем в системе жесткий ротор - жесткие опоры. Применение упругих опор в ВБД представляе несомненный интерес в отношении увеличения частоты вращени ротора или его длины ( диаметр ограничен по условию прочности) но в этом случае подходить к проектированию следует, учитыва жесткость системы ротор - опоры.

Два равноценных спос оба установки уравновешивающих грузов на жестком роторе. Что касается жестких роторов массой более 1000 кг, а также гибких роторов, то допустимые уровни их вибраций устанавливаются обычно внутризаводскими нормалями.

Для балансировки жесткого ротора эти массы закрепляются неподвижно. В случае упруго-деформируемого ротора балансировочные массы необходимо устанавливать на упругих элементах, жесткость которых должна быть соответствующим образом выбрана. Очевидно, что предлагаемый способ установки балансировочных масс пригоден и для балансировки упруго-деформируемых роторов другой конструкции при соответствующем выборе характеристики упругих элементов.

Роторы вертикальных роторных пленочных аппаратов. Аппараты с жестким ротором требуют точной обработки внутренней поверхности корпуса и кромок лопастей ротора, строгой соосности корпуса и ротора.

Воздействие дисбалансов на жесткий ротор с изменением оборотов проявляется только с количественной стороны, в то время как на гибкий ротор воздействия дисбалансов с изменением оборотов проявляется не только с количественной, но и с качественной сто роны. Поэтому уравновешивание гибких роторов обладает целым рядом специфических особенностей по сравнению С уравновешива нием жестких роторов.

Теория динамического уравновешивания жесткого ротора на машине с подвижными опорами впервые разработана акад.

Вопросам теории уравновешивания жестких роторов на балансировочных машинах с освещением различных методов и средств посвящена обширная литература, вопросы теории уравновешивания гибких роторов до настоящего времени не разработаны, методов и средств для уравновешивания гибких роторов почти нет.

Для полного уравновешивания жесткого ротора необходимо и достаточно установить грузы в двух заранее выбранных плоскостях.

Так как для жестких роторов величина угловой скорости со не изменяет характер распределения масс ротора относительно оси его вращения, то геометрически массовые параметры ротора ДМг и Д7 могут являться обобщенными характеристиками его неуравновешенности ( фиг.

Так, для симметричных жестких роторов с одинаковыми подшипниками датчик вибраций не следует располагать посередине вала, ибо тогда останется незамеченной коническая прецессия. В случае неодинаковых подшипников или несимметричных роторов датчик, расположенный в непосредственной близости от одного из подшипников, хорошо отобразит воздействие смазочного слоя этого подшипника и даст лишь слабое представление о колебаниях ротора под воздействием другого подшипника. Поэтому, если возможно разместить только один датчик вибраций, то его следует ставить в некотором отдалении как от любого из подшипников, так и от центра массы ротора.

Рассмотрим далее автоколебания простейшего жесткого ротора в условиях помпажа.

Для динамического уравновешивания жестких роторов компрессоров, турбин и других изделий с лопатками созданы балансировочные машины моделей ДБ-102, ДБ-302, ДБ-303, ДБ-1001, охватывающие широкий весовой диапазон балансируемых роторов ( от 10 до 1000 кг) и обеспечивающие высокую точность балансировки.

В реакторах с жестким ротором окружная скорость обычно составляет 5 - 12 м / с, а зазор между корпусом и ротором А 0 6 - - 3 мм. Эти аппараты следует рекомендовать для обработки чистых жидкостей, когда недопустимо их загрязнение частицами металла, появляющимися при трении лопасти о стенки корпуса. Аппараты с жестким ротором требуют точной обработки внутренней поверхности корпуса и кромок лопастей ротора, строгой их параллельности и соосности.

Схема распределения жидкости в сечении аппарата.| Зависимость коэффициента сжатия струи е от ReHCT. В аппарате с жестким ротором величина А является известным конструктивным параметром.

Коэффициент массоотдачи Рж при рж ж ЗПа-с. р 0 5 МПа. Д 0 5 мм. z 1 и следующих значениях окружной скорости лопастей со /. ( в м / с. В аппарате с жестким ротором, если лопасти ротора погружены в жидкостную пленку, можно ожидать примерно тех же значений рж, что и в аппарате со скребковым ротором.

Перемешивание газового потока жестким ротором, если лопасти не погружены в жидкостную пленку, может быть применено в случаях, когда сопротивление массопереносу сосредоточено в газовой фазе.

Положение центра тяжести диска при наличии эксцентриситета. Сварные роторы являются примером жестких роторов. Для турбин, где установлены жесткие сварные роторы, характерна спокойная работа, малая чувствительность к допущенной неуравновешенности при балансировке.

При меньших расходах воздействие жесткого ротора на жидкость осуществляется посредством газовой фазы.

Подобное соотношение типично для жестких роторов и объясняется тем, что для них первая критическая скорость находится ближе к рабочей, чем вторая, а следовательно, статическая неуравновешенность сильнее сказывается на вибрации опор, чем динамическая.

Рассмотренные особенности демпфированных колебаний жестких роторов в основе своей справедливы и для гибких роторов. Расчет их ведется аналогичным образом и, естественно, несколько более сложен. При этом вследствие гибкости роторов могут появляться местные зоны неустойчивости, в общем же характер движения ротора сохраняется.

Существующие многочисленные методы уравновешивания жестких роторов являются совершенно неприемлемыми для уравновешивания гибких роторов. Известно, что уравновешивание жестких роторов, как правило, производят в двух заданных плоскостях уравновешивания. Для гибких роторов при одной и той же величине уравновешивающих грузов с изменением числа оборотов изменяется расстояние между плоскостями уравновешивания. Этим объясняется тот факт, что многие роторы, будучи уравновешенными на малых оборотах, делаются неуравновешенными на больших оборотах, и наоборот. В этих случаях дополнительная неуравновешенность ротора появляется из-за прогиба, величина которого изменяется с изменением оборотов.

Поскольку для компенсации неуравновешенности жесткого ротора в общем случае необходимо и достаточно добавление ( удаление) масс в двух заранее выбранных плоскостях исправления, в рабочих чертежах задаются допустимые остаточные неуравновешенности ( Г мм) для каждой плоскости исправления.

Таким образом, неуравновешенность жесткого ротора определяют два вектора ( фиг.

Для гироскопов характерно наличие жесткого ротора на упругом валу, поэтому полное уравновешивание гироскопа можно произвести двумя противовесами.

Иногда выбор гибкого или жесткого ротора определяется общей задачей, стоящей перед конструкцией турбины, например требованием быстроты пуска, равной скорости прогрева ротора и цилиндра, устойчивой работы при переменном числе оборотов.

В отличие от рассмотренных выше жестких роторов, которые могут быть представлены одной или двумя эффективными массами, при вынужденных колебаниях многомассовых роторов возможно несколько резонансных состояний. Их число не превышает числа степеней свободы масс ротора. В случае цилиндрических, статически ненагруженных подшипников это число равно числу масс, которыми приближенно представляется ротор. Вынужденные колебания и их резонансы образуются при совместном влиянии упругих элементов ротора и квазиупругой компоненты воздействия смазочного слоя. В состояниях, когда податливость смазочного слоя много меньше упругой податливости вала ротора при тех или иных формах его прогиба, смазочный слой оказывает лишь небольшое влияние на значение резонансных частот. Однако амплитуды резонансных колебаний и тогда самым существенным образом зависят от воздействия смазочного слоя, так как внутреннее трение в металле валов очень мало.