16. Спец. Вопросы динамики и надежности турбомашин

16.1. Основные виды напряженного состояния. Свойства материалов при статических и переменных напряжениях.

1. Растяжение – сжатие. В турбомашинах характерно для деталей стержневой формы (лопатки, ротор, шпильки фланцевых соединений, стяжки, штоки узлов регулирования). .

Относительная деформация: - линейная , где - длина в начальный момент времени.

- поперечная (площадь поперечного сечения) , где - коэффициент Пуассона

возрастает значит происходит изменение посадок призонных болтов в муфтах, стяжек нарушение соосности, повышается вибрация.

, где EA – жесткость на растяжение – сжатие.

2. Изгиб. В турбомашинах характерно для валов и роторов на опорах, корпусов под действием собственного веса, рабочие и сопловые лопатки под действием ГДС. , , где y – максимальный прогиб, q – распределенная нагрузка, - осевой момент инерции сечения, - жесткость на изгиб.

Для обеспечения правильной центровки деталей статора необходимо точно знать линию прогиба ротора.

3. Сдвиг – срез и смятие. В турбомашинах характерно для шпонок, хвостовых элементов лопаток, болтов во фланцах. , , , где a – некоторый характерный размер, - модуль сдвига, - жесткость на сдвиг.

4. Кручение. В турбомашинах характерно для валов, рабочих лопаток, корпуса турбины. , где - момент сопротивления сечения при кручении. , где - угол закручивания, - полярный момент инерции, - жесткость на кручение.

5. Тепловые(температурные) напряжения. Температурные неравномерности. , где - коэффициент линейного расширения материала.

16.5. Балансировка роторов и валопроводов. Статистическая и динамическая балансировка. Бьющая точка и фазовый угол. Измерение вибрации и угла. Балансировка жестких роторов. Низкочастотная балансировка.

Балансировка роторов, деталей роторов, систем связанных роторов (валопроводов) - технологический процесс компенсации их дисбалансов путем установки корректирующих масс (балансировочных грузов) в доступные плоскости коррекции (балансировочные плоскости).

Статическая балансировка - компенсация статического (симметричного) дисбаланса на специальном приспособлении. При статической балансировке используется свойство неуравновешенного ротора при отсутствии существенного трения на опорных поверхностях устанавливаться тяжелой точкой вниз.

Динамическая балансировка ротора - балансировка ротора как жесткого тела. Определяет корректирующие массы в двух торцевых плоскостях, осуществляется на низкочастотном балансировочном станке при скоростях вращения существенно ниже номинальной.

Жесткий ротор - ротор, для которого действующие динамические изгибающие моменты от центробежных сил дисбалансов не вызывают существенных упругих прогибов. Для балансировки важно такое фундаментальное свойство жесткого ротора: отбалансированный на любой скорости вращения он сохраняет состояние уравновешенности на всех скоростях вращения. Выбрав произвольно две плоскости коррекции, для них всегда можно найти такие корректирующие массы, которые компенсируют главный вектор и главный момент всех центробежных сил от всех эксцентрично расположенных масс ротора.

Гибкий ротор изгибается под действием дисбалансов. Если все жесткие роторы одинаково жесткие, то все гибкие роторы гибкие по разному: их гибкость определяется прежде всего количеством критических скоростей вращения, находящихся в диапазоне примерно до двойной от номинальной. Для балансировки имеет значение такое свойство гибкого ротора: будучи отбалансированным на одной скорости вращения в двух плоскостях коррекции, ротор оказывается неуравновешенным на других, а для достижения состояния уравновешенности во всем заданном диапазоне скоростей корректирующие массы должны быть расположены оптимальным образом в трех и более плоскостях коррекции.

Динамическая балансировка ротора осуществляется на низкочастотном балансировочном станке. Такая балансировка уравновешивает ротор как жесткое тело без учета его возможного динамического прогиба под действием изгибающих моментов при повышении скорости вращения.