книги из ГПНТБ / Куинджи А.А. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин

рирования до тех пор, пока не добьются совпадения главной центральной оси инерции ротора с осью его вращения. Такое смещение эквивалентно внесению распределенных уравновеши­ вающих грузов по всей длине ротора, что является необходимым условием уравновешивания быстроходных роторов. Это «внесе­ ние» грузов производится по трапецеидальному закону, что поз­ воляет устранить реакции опор и значительно уменьшить про­ гибы ротора [11].

Действительно, рассмотрим произвольный ротор, жесткость которого для простоты вычислений считается постоянной. Ж е ­ сткости опор ротора сравнимы с жесткостью самого ротора и равны: для левой опоры — Къ для правой опоры — Ко- Массы опор обозначим соответственно АД и М 2.

При выводе уравнений не учитывается влияние дополни­ тельного прогиба от поперечных сил и сил инерции, вызываемых угловыми смещениями сечений ротора, так как у реальных рото­ ров прогибы при колебании значительно меньше по сравнению с размерами самих роторов и поэтому эти факторы не могут ока­ зать существенного влияния на точность выводимых соотно­ шений.

Пусть ср(г) — закон смещения центров тяжести отдельных се­ чений в начальный момент времени. Тогда можно написать сле­

— погонная масса; со — угловая скорость ротора.

Обозначив

Это уравнение, кроме того, должно удовлетворять начальным и краевым условиям.

Начальные условия задаются следующим образом: при t —0

Краевые условия складываются из равенства перемещений концов ротора и соответствующих опор и равенства нулю мо­ ментов на опорах, т. е.

ротора в общем случае могут быть представлены следующим вы­ ражением:

90

Решая уравнение (87) с учетом начальных и краевых усло­ вий, обозначив

Как указывалось выше, уравновешивание ротора методом принудительного центрирования эквивалентно уравновешиванию с трапецеидальным законом распределения балансировочных

грузов.

В этом случае закон смещения центров тяжестей отдельных сечений представляет собой прямую линию, т. е. d[ —d2 = dn=0, и уравнение (88) будет иметь вид

чем диапазоне будут отсутствовать при всех скоростях ротора. Это означает, что реакции опор такого ротора будут равны нулю. При этом остаточная деформация ротора будет изменять­ ся в зависимости от угловой скорости.

Если ротор имеет узкий диапазон рабочих оборотов, то та­ ким методом он уравновешивается. Если же диапазон рабо­ чих скоростей машины достаточно широкий, то процессом балан-

снровкн необходимо управлять дистанционно, на ходу, ба­ лансируя ротор по мере необходимости. Система управления устройствами принудительного центрирования предусматривает возможность дистанционной балансировки на ходу.

Если учесть, что при осуществлении дистанционного управ­ ления уравновешиванием ротор постоянно балансируется, то он будет уравновешен в широком диапазоне скоростей, т. е. будут сведены к нулю (практически к минимуму) его опорные реакции и значительно снижены прогибы.

7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ УСТРОЙСТВ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ЦЕНТРИРОВАНИЯ

вые предназначены для балансировки роторов, работающих на

главная центральная ось инерции ротора совпала с осью враще­ ния ротора. Упрощается технология уравновешивания, т. е. не нужно вносить или устранять какие-либо грузы, которые распо­ лагаются порой в труднодоступных местах. Нужно иметь в виду

92

также, что имеется целый ряд машин, на которых средние плос­ кости на роторе невозможно использовать как плоскости кор­ рекции.

ВСЕРЕЖИМНОЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

-Принципиально данное устройство основано на том же мето­ де 'совмещения главной центральной оси инерции с осью враще­ ния ротора путем эксцентричного смещения цапф во внутренней обойме подшипника. Но в отличие от івышеприведенного устрой­ ства, которое является однорежимным п может регулироваться лишь на остановленной машине, гидравлическое устройство соз­ дает возможность балансировать ротор на ходу.

'Рис. 69. Схема всережимного гидравлического устройства:

/—цапфа ротора; 2—‘наружный корпус; 3—внутренний корпус; 4—под­ шипник; 5—уплотнение; б—штуцер подвода командного давления; 7— штуцер сброса

' Неуравновешенный ротор создает усилия на цапфы, величи-

-на которых определяется либо по разности давлений в камерах механизма принудительного центрирования, либо по показаниям специальных датчиков, измеряющих смещение цапфы. Исполни-

■тельный механизм позволяет каждую цапфу перемещать навст­ речу усилию. Ось ротора при этом совершает перемещение в пространстве так, что его главная центральная ось инерции сов­ мещается с осью вращения. На рис. 69 показана цапфа 1 ротора с механизмом принудительного центрирования и опорным под­ шипником 4. Этот механизм состоит из внутреннего 3 и наруж­ ного 2 корпусов, между которыми располагаются рабочие каме­ ры, разделенные резиновыми уплотнениями 5. Рабочая полость

; механизма разделена резиновыми уплотнениями на три сектора

93

I

(камеры). Каждая камера имеет штуцер подвода командного давления масла 6 и штуцер сброса его 7.

К штуцерам присоединяются соответствующие магистрали. В радиальном направлении перемещение наружного корпуса от­ носительно внутреннего ограничивается резиновыми уплотнения­ ми 5, количество которых подбирается (по упругости) из сооб­ ражении минимального смещения ротора в статическом состоя­ нии под действием собственного веса.

1 5

Рис. 70. Схема гидравлической системы управления всережимным устройством:

/—ротор; 2—камеры; 3—обратный клапан; 4—дроссель; 5—линия сброса жидкости; 6—линия подачи командного давления; 7—распределитель; 8—кран; 9, 10—мано­ метры; II—насос; 12—редукционный клапан; 13—фильтр; 14—бак

На схеме гидравлической системы управления двумя меха­ низмами принудительного центрирования (рис. 70) условно по­ казан двухопорный ротор / с механизмами принудительного центрирования, камеры 2, которые для удобства чтения развер­ нуты в плоскости чертежа. Из схемы видно, что каждая камера имеет по одному вводу от линии подачи командного давления 6 и по одному выводу в линию сброса командного давления 5. Все магистрали от камер сходятся к распределителю 7, через который осуществляется на ходу общий подвод командного дав­ ления и вывод всех линий сброса.

9 4

Для подбора постоянной времени срабатывания механизма принудительного центрирования каждая камера во входной и выходной магистралях снабжается сменным дросселем 4. Пи­ тание механизмов осуществляется от насоса 11. За насосом ус­ тановлен редукционный клапан 12 для регулировки давления в

.линии подачи командного давления, фильтр тонкой очистки 13 и манометр 10. Регулирование величины сброса командного дав­ ления из камеры производится краном 8, из которого м-асло сте­ кает в расходный бак 14.

Рис. 71. Схема распределителя:

/—приемная головка ротора; 2—центральная часть ротора; 3—статор; -/—хвостовик; 5—хвостовой статор; б—‘подшипники; 7—корпус

Величина командного давления задается в зависимости от максимальных величин реакций в опорах ротора таким образом, чтобы мощность каждой камеры механизма принудительного центрирования была больше мощности, потребной для переме­ щения цапфы. На входе в каждую камеру в линиях подачи ко­ мандного давления установлены обратные клапаны 3 с тем, что­ бы на переходных режимах, когда ротор под действием неурав­ новешенных сил стремится в направлении какой-либо камеры и повышает в ней давление, это давление не сбрасывалось в ли­ нию подачи, а сохранялось некоторое время, необходимое для замера этого повышенного давления. Замер может быть исполь­ зован для определения величины и направления усилия на цап­ фе и производится по манометру 9.

Управление механизмом принудительного центрирования про­ изводится через распределитель (рис. 71), который состоит из ротора 2, статора 3, корпуса 7, хвостового статора 5. В роторе

95

имеется семь сверлений для подвода н сброса командного дав­ ления.

Центральное сверление служит для подвода командного дав­ ления, а шесть остальных — для сброса командного давления из камер двух механизмов принудительного центрирования (в случае двухопорного ротора). Ротор опирается на два подшип­ ника 6 и состоит из центральной части 2, хвостовика 4 и прием­ ной головки 1. Центральная часть имеет шесть кольцевых кана­ лов, соединенных сверлениями с приемной головкой, к которой подведены магистрали сброса командного давления, идущие от устройств. В статоре имеются ответные кольцевые каналы, к ко­ торым через сверления подведена неподвижная часть магистра­ лей сброса, связанная с системой управления. Хвостовик пред­ назначен для подвода командного давления от насоса к устрой­ ствам.

Приемная головка служит соединительным звеном между распределителем и устройством принудительного центрирования. К ней подходят все магистрали, идущие к ротору или от ротора. Весь механизм распределителя монтируется в корпусе 7, кото­ рый, в свою очередь, крепится к фланцу одного из опорных кор­ пусов балансируемого ротора, при этом ротор распределителя посредством шлицевой рессоры соединяется с балансируемым ротором. Следовательно, ротор распределителя вращается с те­ ми же оборотами, что и балансируемый ротор.

Суть работы гидравлического устройства принудительного центрирования заключается в следующем: усилия на цапфах от неуравновешенных сил ротора передаются на одну из рабочих камер механизма. Давление в этой камере повышается. По при­ ращению давления в камере определяется величина и направле­ ние усилия на цапфе. Это также можно определить с помощью специальных датчиков, измеряющих перемещения цапфы. Сбро­ сом давления из камеры, противоположной направлению усилия, цапфа смещается в сторону уменьшения усилия до полного его исчезновения (в пределах чувствительности механизма). Точно таким же образом поступают с остальными опорами. Эти дейст­ вия можно производить одновременно по всем опорам.

Таким образом, ось инерции ротора смещается на ось вра­ щения и устраняется причина, вызывающая реакции в опорах и вибрацию машин (как следствие их).

ВСЕРЕЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОТОРОВ С ПОДШИПНИКАМИ СКОЛЬЖЕНИЯ

На рис. 72 схематично показано устройство на цапфе рото­ ра 1. Устройство состоит из внутреннего 3 и наружного 4 кор­ пусов. Внутренний корпус 3 насаживается на цапфу 1, при этом при помощи упругих уплотнений 2 между внутренним корпусом 3 и цапфой образуются три (минимум) рабочих камеры 6, 7, 8;

96

внутренний корпус 3 устанавливается на цапфе 1 таким образом, чтобы его осевое смещение и поворот относительно цапфы бы­ ли исключены. При подаче неодинакового давления в противо­ положные камеры имеется возможность смещать внутренний корпус относительно цапфы эксцентрично в пределах выбранного зазора за счет податливости упругих уплотнений. Зазор выби­ рается для каждого конкретного типа ротора в зависимости от ■ его конструкции и динамических характеристик. Во внутреннем корпусе имеются шесть отверстий; три из них расположены все-

Рис. 72. Схема всережимного устройства для ротора на подшипниках сколь­ жения:

/—цапфа; 2—резиновое уплотнение; 3, -/—внутренний и 'наружный корпуса; 5—обрат­ ный клапан; 6, 7, 8—трн рабочие камеры; I, II, ///—каналы сброса жидкости; IV — каналы подвода командного давления

разом, каждая рабочая камера имеет одно входное и одно вы­ ходное отверстие и через сверления в наружном корпусе связана

вращение ротора и минимальные потери командного давления из

97

Для совмещения главной центральной оси инерции ротора с осью его вращения между цапфой ротора и опорным подшип­ ником помещается устройство (гидравлическое или пиевматиче-

Рис. 73. Схема системы управления устройст­ вами для ротора с подшипниками скольжения:

1—ротор; 2—устройства принудительного центрпрова* ния; 3—станина; 4—1линии сброса; 5—манометры; 6— вентиль; 7—бак; 8—редукционный клапан; 9—мано­

метр; 10—линия подачи командного давления; //— помпа; 12—фильтр

ское), которое позволяет производить смещение цапфы относи­ тельно опорного подшипника навстречу действию усилия (от неуравновешенных сил ротора) до тех пор, пока оно не станет минимальным или равным нулю. Величину и направление дей­ ствия усилия на цапфе можно определить с помощью датчиков усилий в опорах, датчиков вибраций или прогибов. Уменьшая давление в соответствующих камерах при помощи данных уст­ ройств добиваются такого положения цапф, когда вибрации корпуса машины прекратятся, т. е. главная центральная ось инерции ротора будет совмещена с осью его вращения.

9 8