5.2.Влияние расцентровок валов роторов на вибрацию подшипниковых узлов.

В общем случае сопрягаемые валы имеют сложное взаимное смещение. Различают два основных вида расцентровки:

• угловая (торцевая) - излом осей;

• параллельная (радиальная) - параллельное смещение осей.

На практике расцектровка валов включает в себя оба вида расцентровок. Обычно в таких случаях основное влияние на параметры вибрации оказывает параллельная расцентровка. При смещении подшипника угол излома обычно мал и не превышает одного градуса, что не приводит к резкому изменению параметров вибрации. Параллельное смещение осей в центруемом сечении может превышать 1 мм., что оказывает сильное влияние на вибрационный спектр и режим работы агрегата. Кроме того, при большом параллельном смещении осей, помимо высокочастотной вибрацш возникает кинематическое возбуждение оборотной гармоники в радиальном направлении. Такую вибрацию трудно устранить методами балансировки и для снижения ее уровня необходима центровка роторов по полумуфтам.

Таким образом, недостаточная точность центровки приводит к тому, что при сопряжении валов образуется «колено», при параллельном смещении осей или «излом», если оси валов оказываются непараллельными. И в том и в другом случае на опорных подшипниках возникает вибрация, интенсивность которой пропорциональна ошибке центровки и массе роторов.

Расцентровка подшипников приводит к появлению дополнительных циклических нагрузок на муфты и ротора. В свою очередь, опорные подшипники и статоры воспринимают дополнительные нагрузки от валопровода, деформированного вследствие смещения опор. Эксплуатация машин с расцентрованными подшипниками способствует их повреждению, увеличению потерь мощности на трение. Известны случаи разрушения роторов из-за накопления усталости, вызванной изгибными деформациями. Другим негативным фактором является появление местного перегрева и износа вкладыша подшипника при переносе цапфы.

В электродвигателях расцентровка подшипников приводит к нарушению магнитной симметрии и вибрации, кратной числу полюсов.

Так как расцентровка вызывает перераспределение нагрузок на опоры, то в зависимости от качества балансировки можно получить различное вибрационное состояние. То есть, балансировка оказывает влияние на силы вызванные расцентровкой, но не может полностью их устранить.

Перераспределение нагрузок на опоры, как уже указывалось, изменяет динамические характеристики отдельных пролетов, определяющие их резонансные частоты вращения. На рис.18 показано изменение частот собственных колебаний модели энергетической турбины в зависимости от радиальной (r) и торцевой (t) расцентровки. Перераспределение нагрузок между соседними опорами вызывает быстрое снижение частоты собственных колебаний за счет изменения расчетной системы. На рис. 19 показаны формы колебаний рассмотренной двухпролетной системы при отсутствии и наличии расцентровки (нулевая нагрузка на последней опоре). При радиальной расцентровке частота собственных колебаний РСД турбины уменьшилась с 253.8 до 136.9 Гц, а частота собственных колебаний РНД возросла с 169.5 до 170.1 Гц.

Таким образом, расцентровка подшипников приводит к существенному изменению динамических свойств роторов, что необходимо учитывать в процессе эксплуатации.

Рис.18.а. Изменение частот собственных колебаний w рядов среднего и низкого давления турбины (1-РСД,2-РНД) при радиальной расцентровке r.

Рис. 18.б.Изменение частот собственных колебаний w (1 - РСД, 2 - РНД) рядов турбины при торцевой расцентровке t.

Рис.19.Формы колебаний системы РСД-РНД на собственных частотах:

- нулевая нагрузка на задней опоре РСД;

- жесткая муфта;

- полужесткая муфта.

Величины размаха (2А) резонансных колебаний вала рассмотренной системы у передней опоры РНД в вертикальной и горизонтальной плоскостях в зависимости от значения неуравновешенной массы m при наличии и отсутствии радиальной расцентровки 0.3 мм приведен на рис.20. Как следует из приведенных данных, наибольшие изменения вибрации происходят при больших неуравновешенных массах. Если при начальной неуравновешенности эти изменения достигали 30 %, то при конечной - 100 %.

Изменение гармонического состава вибрации в этом случае показано на рис.21. Здесь по оси абсцисс отложено отношение высших гармоник к частоте оборотной составляющей wk / wo, а но оси ординат отношение амплитуды гармоники к амплитуде оборотной составляющей Ак / Ао, заштрихованные прямоугольники относятся к муфте без расцентровки, светлые к муфте с радиальной расцентровкой 0.3 мм. Основные изменения при этом начинаются со второй гармоники, амплитуда которой увеличилась в 1.8 раза, на более высокие гармоники расцентровка муфты повлияла в меньшей степени.

Таким образом, наличие расцентровки существенно изменяет вибрационное состояние агрегата и нагрузки, действующей на его элементы. Но поскольку оценить количественный вклад расцентровки на напряжения, действующие на отдельные элементы агрегата, их износ и долговечность при наличии возмущений, вызванных действием других дефектов, оказывается весьма сложным, то остается принять меры к снижению интенсивности именно этого источника.

Рис.20. 3ависимость размаха резонансных колебаний вала при расцентровке от величины дебаланса М в горизонтальной (1) и вертикальной (2) плоскостях:

- нулевая расцентровка;

- радиальная расцентровка 0.3 мм.

Рис.21. Отношение амплитуд высших гармоник к амплитуде оборотной гармоники при отсутствии и наличии расцентровки.