4. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ИЗГИБНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ

Частотная отстройка и применение упругих опор. Изменяя жесткости элементов системы роторы—корпус—подвеска, можно сместить опасные резонансные режимы из рабочей зоны в области повышенных или пониженных частот вращения. Эффективным средством смещения резонансных режимов в зону пониженных частот

вращения роторов являются упругие опоры. Их установка может быть произведена без каких-либо существенных изменений конструкции двигателя. При упругих опорах значительно снижаются динамические нагрузки, передающиеся от ротора на корпус. Гибкая подвеска ротора позволяет ему в закритической области вращаться вокруг главной оси.

Рис. 8

При размещении упругих опор и подборе их податливостей необходимо удовлетворять следующие требования:

в рабочем диапазоне частот вращения роторов должны отсутствовать опасные «роторные резонансы»;

не должно быть существенного влияния амплитуд колебаний на радиальные зазоры между рабочими лопатками и корпусом, чтобы заметно не снизить КПД ступеней;

зазоры в упругой опоре не должны выбираться при действии инерционных нагрузок, обусловленных эволюциями объекта;

упругие опоры должны располагаться на тех подшипниках, где поглощается наибольшая энергия; не рекомендуется ставить упругие опоры на межвальные подшипники.

Податливое звено упругих опор обычно располагают между наружной обоймой подшипника и корпусом. Применяют упругие опоры с линейной и нелинейной характеристиками. Типичные виды характеристик упругих опор представлены на рис. 8.

Рис. 9

Рис. 10

В отличие от линейных опор (рис. 8, а), только понижающих частоты резонансных режимов, нелинейные опоры (рис. 8, б-г) вообще уничтожают резонансные режимы или ограничивают амплитуды колебаний при проходе через резонанс [16].

Наибольшее распространение получили упругие опоры, податливым звеном которых являются кольца, снабженные с двух сторон равномерно расположенными выступами [52]. Элемент такого кольца показан на рис. 9, а конструкция узла — на рис. 10. Толщина, ширина кольца и число выступов на нем определяют его жесткость;

высота выступов — зону линейности опоры. Упругая характеристика такой опоры — нелинейна (см. рис. 8, б). Она состоит из прямой характеризующей упругость податливого звена и остальных элеменров конструкции, переходного участка на котором происходит последовательная ликвидация зазоров кольца, и прямой характеризующей податливость опоры при выключенном податливом звене. Опора данного типа не приспособлена для передачи осевой нагрузки.

Для опор, через которые передаются осевые нагрузки, рекомендуется применять упругий элемент, выполненный в виде втулки с аксиальными прорезями (рис. 11, где 1 — упругая втулка; 2 — канал подвода масла; 3 — масляный демпфер).

Повышение демпфирования. Упругодемпферные опоры. Газотурбинный двигатель обладает значительным конструкционным демпфированием. Оно сосредоточено в многочисленных разъемах узлов конструкции. По сравнению с ним демпфирование материала мало.

Конструкционное демпфирование зависит от многочисленных специфических для данного двигателя конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов и в настоящее время не поддается как расчетной, так и экспериментальной оценке при лабораторных исследованиях вне работающего двигателя.

Рис. 11

Рис. 12

Для повышения демпфирования широкое применение получили демпферные устройства. Их используют обычно в сочетании с упругими опорами. Опоры с упругими кольцами обладают также демпфирующими свойствами благодаря наличию масла в зазорах, а опоры, представленные на рис. 11, снабжены гидравлическим Демпфером, роль которого выполняет масло, подаваемое в зазор между втулкой и корпусом. При вибрациях в зазоре возникают силы гидродинамического сопротивления.

Применяются демпферные опоры и других типов. Например, на рис. 12 показан пластинчатый демпфер, представляющий собой набор упругих пластин, свернутых в пакет. Характеристика такого демпфера показывает, что он обладает большой нелинейностью и значительным демпфированием (см. рис. 8, в).

Подшипники, устанавливаемые на масляной пленке, имеют зазор между их обоймами, валом или корпусом. Зазор заполняется маслом. Масляная пленка

толщиной способствует центровке ротора при больших частотах вращения, благодаря чему снижаются динамические усилия на корпус. Опоры с масляной пленкой имеют характеристику, близкую к характеристикам упруго-демпферных опор. На рис. 13 показана конструкция такой опоры (где 1 — канал подвода масла; масляная пленка).

Предотвращение режима обкатки производится осевой подгрузкой шарикоподшипников специальными пружинами 2, расположенными между неподвижной 1 и подвижной 3 втулками (рис. 14), а также правильным назначением зазоров в роликоподшипниках с учетом изменения их в рабочих условиях в результате температурных расширений.

Конструктивно-технологические мероприятия, направленные на снижение интенсивности возбуждающих сил. Роторы газотурбинных двигателей, сбалансированные при сборке, в рабочих условиях могут разбалансироваться. На это указывает хотя бы то обстоятельство, что после работы остаточные дисбалансы роторов могут на порядок, а иногда и больше превышать исходные дисбалансы.

Несбалансированность роторов в рабочих условиях вызывают технологические и эксплуатационные причины.

Несовершенство технологии балансировки роторов как жестких тел. Роторы балансируются при небольших частотах вращения как жесткие. Две плоскости коррекции выбираются произвольно вне связи с распределением дисбалансов по ротору.

Рис. 13

Рис. 14

Такая балансировка для гибких роторов непригодна, поэтому применяют специальные методы — балансировку с несколькими плоскостями коррекции, последовательную балансировку, балансировку по собственным формам при рабочих частотах вращения в специальных вакуум-камерах и т. д.

Нарушения центровок деталей роторов, обусловленные их деформациями от центробежных нагрузок и температурных расширений. Для борьбы с такими нарушениями используют конструкции, обеспечивающие правильный выбор жесткостей сопрягаемых элементов, посадок по центрирующим поверхностям, конструкций фиксирующих элементов затяжки болтовых соединений.

Температурные коробления роторов, вызываемые нарушением осесимметрии температурных полей элементов конструкции. Коробление происходит на режимах останова из-за неравномерности остывания верхней и нижней половин роторов или на рабочих режимах из-за различия коэффициентов теплопередачи на различных участках поверхностей сочленения деталей роторов. Эти различия вызываются неодинаковой шероховатостью сопрягаемых поверхностей и неравномерностью усилий затяжки болтовых соединении. Рекомендуется введение предварительной прокрутки роторов на малой частоте вращения, выравнивание шероховатости сопрягаемых поверхностей и тарирование затяжки болтовых соединений.

Коробление роторов, вызываемое при сборке после балансировки различиями усилий ватяжки болтов фланцевых соединений. Рекомендуется тарированная затяжка болтов с измерением их удлинений в особо ответственных случаях.

Нарушения соосности опор при сборке и в рабочих условиях. Устраняется изменениями конструкции и совершенствованием технологии сборки.

Погрешности изготовления муфт, соединяющих роторы. При наличии значительных осевых сил, передаваемых муфтами, исчисляемых иногда десятками тонн, такие погрешности приводят к появлению дополнительных сил, обусловленных смещением осевой силы с оси вращения. Дополнительные силы, действующие на подшипники, могут возникать также при перекосах шлиц соединительных муфт из-за действия крутящих моментов. Погрешности устраняются повышением точности деталей муфт.

Пластические деформации деталей роторов. Эти деформации приводят к нарушениям балансировки. При необходимости производится усиление деталей.

Нестабильность положения лопаток в пазах замковых соединений. Нестабильность вызывает разбалансированность в случае применения устройств, фиксирующих лопатки, не обеспечивающих их неподвижность. Устраняется изменениями конструкции. В конструкции конкретного двигателя могут иметься и другие специфичные для него источники нарушений сбалансированности ротора. Они должны быть найдены и устранены.

Точность балансировки. Она зависит от точности балансировочного станка и массы балансируемого ротора. Она может оцениваться по эмпирическому соотношению где несбалансированность на опоре балансировочного станка, масса ротора,