7. Ослабления в опорной системе

При нормальном состоянии опор все их элементы имеют плотный контакт друг с другом, который обеспечивается за счет посадочных натягов, резьбовых соедине­ний и другими способами. Можно гово­рить о плотности соединений вкладыша подшипника с посадочным местом, кор­пуса с фундаментной плитой, фундамент­ной плиты с фундаментом и т. д.

При нарушении плотности соедине­ний элементов опоры, которые иначе на­зывают "ослаблением", "разболтанно­стью" или люфтом, возникают своеобраз­ные вибрационные явления. К этой же категории дефектов можно отнести раз­рушение баббита в подшипниках сколь­жения. Преимущественно при этом появ­ляются удары, сопровождающиеся воз­никновением высокочастотных колебаний с частотами, кратными оборотной час­тоте:

f_k = kf₀, (8.3)

где к= 1,2, оборотная частота.

В спектре вибрации также возникают составляющие, кратные половине оборот­ной частоте:

f_k=(2k-l)f_a/2. (8.4)

Вследствие ударов в роторе возни­кают свободные колебания с первой соб­ственной частотой f_c, они могут модули­ровать колебания с частотами /_к, вследст­вие чёко в спектре возникают боковые частоты %± /_к.

Интенсивность высокочастотной виб­рации зависит от величины возмущений с оборотной и другими частотами, соответ­ствующими их происхождению. Вибрация может меняться во времени случайным образом: содержит существенную стохас­тическую составляющую.

Отметим некоторые физические яв­ления, сопровождающие ослабления.

При ослаблении возникает механизм колебаний между жесткими упорами.

Строго говоря, при этом одновременно с нелинейностью возникают явления, ха­рактерные для циклического изменения параметров системы: параметрические колебания. Как было сказано, при опреде­ленных условиях возникает широкий диа­пазон резонансных частот колебаний с упругими ударами об упоры. Интенсив­ные ударные нагрузки приводят к даль­нейшему развитию ослаблений и быстро­му вибрационному износу опорной сис­темы. Появление в спектре вибрации вы­сокочастотных гармоник с частотами, кратными половине оборотной, связано с упомянутыми нелинейностью и парамет­рическими явлениями.

Характерные повреждения опорной системы при ослаблениях: наклеп устано­вочных колодок вкладышей и посадочных мест, разрушение резьбовых соединений, разрушение центровочных прокладок из фольги, разрушение баббитовой заливки.

При отрыве фундаментной плиты от фундамента помимо снижения жесткости возникает нелинейность опорной систе­мы. Этот дефект может приводить к воз­никновению субгармонических колеба­ний, которые на исправном агрегате не наблюдаются.

8. Осевая вибрация подшипников

В роторной машине обычно отсутст­вуют достаточно интенсивные возбужде­ния в осевом направлении. Возможные осевые возмущения в упорных гребнях обычно невелики и характерны только для тех подшипников, внутри которых име­ются осевые упоры. Осевая вибрация ха­рактерна для всех подшипников, она по интенсивности обычно сопоставима с по­перечными компонентами, а нередко су­щественно превосходит их. Осевые пере­мещения в подшипниках возникают пре­имущественно под действием поперечных возмущений.

Осевая вибрация вызывается сле­дующими причинами: знакопеременными

Рис. 8.10. Схема возбуждения осевой вибрации подшипников:

а - при прогибе ротора; б - при асимметричной конструкции опоры; в - при противофазных

колебаниях соседних опор

угловыми перемещениями шеек при по­перечных колебаниях ротора или его ос­таточном прогибе, конструктивной асим­метрией опор, противофазными колеба­ниями двух опор, расположенных в одном корпусе. Чаще всего осевая вибрация взаимосвязана с вертикальной и попереч­ной и зависит от интенсивности послед­них.

При угловых перемещениях шейки вал поочередно воздействует на перед­нюю и заднюю стороны подшипника, что приводит к осевой вибрации (рис. 8.10, а). Из сказанного ясно, что осевая вибрация сопровождает прогибы роторов: для же­стких роторов - остаточный прогиб, для гибких - сумму остаточного и динамиче­ского прогибов, последний может быть вызван дисбалансом.

Осевая конструктивная асимметрия опоры предполагает внецентренное сжа­тие-растяжение опоры под действием возмущающей силы и возникновение из­гибающего момента в осевом направле­нии. Деформация несимметричной конст­рукции в вертикальном направлении со­провождается осевыми перемещениями ее элементов (рис. 8.10, б).

При противофазной вибрации двух опор, располагающихся в одном корпусе, в осевой плоскости возникает момент, изгибающий корпус в осевом направле­нии (рис. 8.10, в).

С разными конструкциями опор свя­заны особенности появления осевой виб­рации. На мощных энергетических паро­вых турбинах замечено, например, что в конструкциях выхлопного патрубка ци­линдра низкого давления, в котором раз­мещаются вкладыши подшипников тур­бины и генератора, осевая вибрация кор­пуса линейно связана с вертикальной виб­рацией подшипника турбины и практиче­ски не зависит от вертикальной вибрации подшипника генератора, расположенного над поперечным ригелем фундамента.