6. Влияние анизотропности и нелинейности опор на характер вибрации

Реальные опоры в вертикальном и поперечном направлениях обладают раз­личной жесткостью, это свойство опор называется анизотропностью. Анизо­тропность и нелинейность могут быть не связаны с какими-либо дефектами, тем не менее их влияние на характер вибрации оказывается существенным. Для двух ор­тогональных направлений вследствие анизотропности рабочая частота враще­ния располагается в разных областях по отношению к ближайшей резонансной (например, в докритической и закритиче- ской), соответственно, для этих направле­ний имеют место разные коэффициенты динамичности и разные сдвиги по фазам. В общем случае для этих направлений характерны не только разные по амплиту­де вибрации, но и отличающиеся разности фаз вибрации на подшипниках одного ротора. При определенных условиях в предельном случае на опорах ротора в вертикальном направлении может преоб­ладать противофазная вибрация, а в по­перечном - синфазная и наоборот. Траек­тория движения оси вращающегося рото­ра, или прецессия, при наличии только оборотных составляющих перемещений вследствие анизотропности является эл­липтической, при этом ось эллипса обыч­но наклонена к горизонтали. Эллиптиче­ская траектория может быть представлена в виде суммы прямой и обратной круго­вых прецессий (рис. 8.8).

В практике можно встретиться с та­ким парадоксом, когда преобладающей является обратная круговая прецессия, это в общем случае не является признаком какого-либо дефекта, а соответствует оп­ределенной анизотропности опор и харак­теру действующих динамических на­грузок.

Соответствующие колебания совер­шают точки поверхности подшипника. При этом на симметричном относительно вертикальной осевой плоскости подшип­нике возникает асимметричная вибрация (рис. 8.9). Не следует, таким образом, свя­зывать асимметричную вибрацию исклю­чительно с односторонним нарушением жесткости опоры, например с отрывом фундаментной плиты с одной стороны.

Нелинейная жесткость опор характе­ризуется нарушением пропорционально­сти между возмущающими силами и де­формациями. Вследствие этой нелинейно­

сти при гармонических или близких к гармоническим перемещениям вала опор­ная реакция может иметь сложный спектр, содержащий гармоники разных частот. Высшие гармонические составляющие опорных реакций возбуждают колебания опор с соответствующими частотами. Обычно высшие гармоники по амплитуде невелики, но при резонансных явлениях могут наблюдаться высокие вибрации с кратными частотами. Известны случаи колебаний опоры мощной турбины с тройной оборотной частотой интенсивно­стью более 15 мм/с.

Существенную нелинейность и ани­зотропность имеет масляный слой: попе­речная жесткость масляной пленки при­мерно в 10 раз ниже, чем вертикальная. Анизотропность и, в меньшей мере, нели­нейность могут возникать и в других эле­ментах опоры при отсутствии в них ка­ких-либо дефектов. Нелинейность возни­кает в опорных элементах также и при всевозможных повреждениях и дефектах, например при отрыве фундаментных плит от фундамента.

20*

Важно отметить, что при расцен- тровке роторов вследствие нелинейности и анизотропности масляного слоя меняется анизотропность опоры, при этом изменяет­ся соотношение между вертикальной и поперечной вибрациями на опоре. Это мо­жет служить диагностическим признаком расцентровки. К сожалению, устойчивых априорных соотношений между верти­кальными и поперечными вибрациями при расцентровке нет: они зависят от конкрет­ных динамических свойств агрегата, од­нако для конкретного агрегата эти соот­ношения могут быть определены соответ­ствующими исследованиями. Можно лишь отметить, что при разгружении подшипника анизотропность масляного слоя несколько снижается, соответствен­но, отношение амплитуд вертикальной и поперечной вибраций чаще имеет тенден­цию приближения к единице.

Рис. 8.8. Траектория центра сечения вала:

1 - эллиптическая прецессия;

2 - составляющая прямой круговой прецессии;

3 - составляющая обратной круговой прецессии; а, б, в,г,д- положения векторов круговой и эллиптической прецессий в определенные моменты времени

На нелинейных опорах могут наблю­даться субгармонические колебания, или субгармонический резонанс. Субгармони­ческие колебания возбуждаются возму­щающими силами с оборотной частотой, чаще всего действием дисбаланса, и име­ют частоту, в целое число раз меньшую частоты вращения, при этом преобладают колебания с половинной частотой.

Рис. 8.9. Возможная кинематика поперечной вибрации точек симметричного анизотропного корпуса подшипника:

А, В, С, D - точки измерения вибрации