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

На практике уплотнения считаются герметичными, если пос­ ле длительной работы неподвижного уплотнения пли после зна­ чительного числа перемещений в подвижном уплотнении утечка не обнаруживается визуально.

По принципу работы уплотнения можно разделить на две основные группы: уплотнения, в которых контактное давление, необходимое для герметизации, достигается за счет предвари­ тельного сжатия материала и практически не изменяется под влиянием рабочего давления жидкости (прокладка, набивка сальника), уплотнения, в которых за счет предварительного сжа­ тия материала достигается лишь начальное контактное давление, которое увеличивается под влиянием рабочего давления (ман­ жеты, уплотнительные кольца).

Для сохранения герметичности контактное давление на еди­ ницу площади должно быть больше, чем рабочее давление уп­ лотняемой жидкости.

В уплотнениях первой группы предварительное сжатие до­ стигается при помощи затяжки фланцев или сопряженных дета­ лей. Больший эффект достигается, если использовать упругие свойства материала.

Уплотнения второй группы изготовляют из упругого практи­ чески несжимаемого материала (резины), поэтому давление жидкости гидравлически передается через материал уплотнения на контактную поверхность. Контактное давление возрастает с увеличением давления жидкости. Небольшое начальное давле­ ние от натяга при сборке узла должно гарантировать герметич­ ность соединения при отсутствии рабочего давления жидкости.

При выборе уплотнений для устройств принудительного цент­ рирования необходимо иметь в виду условия работы уплотне­ ния — его нельзя отнести ни к подвижным, ни к неподвижным типам уплотнений, так как уплотняемые элементы устройства совершают лишь эксцентричное смещение друг относительно друга. В неподвижных уплотнениях отсутствуют трение и износ от истирания. Очень часто происходит относительное перемеще­ ние деталей из-за наличия допусков и упругих деформаций, воз­ никающих под действием рабочего давления. Эти смещения ма­ лы, но учитывать их необходимо. Создать надежное уплотнение подвижных деталей значительно сложнее, чем неподвижных. Подвижное уплотнение не только должно быть герметичным, но и должно создавать минимальное трение. Это ограничивает воз­ можность повышения контактного давления и затрудняет герме­ тизацию. Отклонение сопряженных с уплотнением деталей во время движения или при боковой нагрузке также затрудняет со­ хранение герметичности. Особенно чувствительны к этому ме­ таллические уплотнения.

На рис. 90 показано уплотнение кольцом прямоугольного се­ чения из упругого материала, которое передает рабочее давле-

129

шіе на контактную поверхность. Трение этого уплотнения при высоком давлении меньше, чем у манжеты с Ѵ-образным сече­ нием, а при малом давлении — больше, поскольку манжета име­ ет более эластичную усовую часть и создает меньшую контакт­ ную нагрузку.

Рис. 90. Уплотнение кольцом прямоугольного сечения:

а—до сборки; б—после сборки при пулевом давлении; о— после сборки при максимальном давлении

Дальнейшим усовершенствованием таких колец являются кольца круглого сечения, которые получили широкое распрост­ ранение, так как обладают следующими преимуществами: кон­ струкция проста, пригодна для неподвижных и подвижных уп­ лотнений, имеет небольшие габариты и вес, не требует подтяж­ ки в эксплуатации, создает относительно небольшую силу трения и обладает удовлетворительной герметичностью. Однако такая конструкция требует более жестких допусков и чувстви­ тельна к загрязнению в случае подвижного уплотнения.

Рис. 91. Конструкция и основные размеры уплотнения с кольцом круглого сечения:

а—уплотнение отверстия; б—уплотнение штока; а—конструкция канавок; г— кольцо в рабочем состоянии

Конструкция и основные размеры такого уплотнения показа­ ны на рис. 91.

Для уплотнения рабочих камер устройства принудительного центрирования были выбраны кольца круглого сечения, исходя из преимуществ такого типа уплотнений.

130

Материал уплотняющего узла зависит от рабочего давле­ ния, скорости движения, природы уплотняемых поверхностей и допустимых утечек. Для уплотнительных колец необходим элас­ тичный материал — резина и подобные ей материалы. Резина может допускать значительное удлинение без разрушения. Во многих случаях, когда невозможно устранить затягивания в за­ зор, требуется большая твердость резины. Эта твердость являет­ ся функцией предела прочности и относительного удлинения. Желательно, чтобы предел прочности был больше 140 кгс/см2при удлинении не менее 500%- Резина применяется натуральная, бутиловая, силиконовая и др. Чистота обработки трущихся по­ верхностей, сопряженных с кольцом, желательна V10, но не ме­ нее V9, а стенок и дна канавки — не менее Ѵ7. При монтаже уплотнительное кольцо подвергают предварительной деформации

.по сечению, рассчитанной по выражению

Но для расчета уплотнения устройства принудительного цент­ рирования в эту формулу надо внести некоторую поправку, так как d — величина переменная, зависящая от нагрузки, которую несет уплотнение и которая изменяется в процессе вращения ро­ тора. Чтобы определить значение относительной деформации сечения уплотнения, необходимо знать, как изменится диаметр поперечного сечения.

В случае установки круглого кольца в канавку с растяжени-

131

см по внутреннему диаметру высота сечения уменьшится тем больше, чем больше степень растяжения.

Рис. 92. График изменения поперечно­ го сечения круглого кольца при его растяжении по внутреннему диаметру (твердость резины по Шору 10):

/—по расчету; 3—по замеру новых сухих колец; Р—по замеру после вымывания пла­ стификатора

% растяжения по внутреннему диаметру

Форма сечения кольца изменится с круглой на овальную. Это может вызвать негерметичность соединения вследствие того, что фактическая высота сечения и сжатие станут меньше расчетных и может появиться зазор между уплот­

нением и стенкой.

рис. 93. Зависимость сечения кольца от твердости резины пока­ зана на рис. 94.

Поэтому при расчете уплотнения с кольцом круглого сечения необходимо учитывать уменьшение высоты сечения кольца.

132

метра d от 4 до 7 мм.

Рабочим телом в гидросистеме стенда было принято машин­ ное масло, исходя из ряда его положительных качеств.

На работающей турбомашине в качестве рабочего тела мо­ жет быть использовано масло, идущее на смазку и охлаждение подшипников. Это' позволит упростить гидросистему управления устройствами принудительного центрирования, сделать ее более компактной и снизить вес системы.

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА СТЕНДА

Виброизмерительная аппаратура

В качестве впбропзмерптелы-іой аппаратуры применяется стандартная аппаратура АВ-43 (рис. 95).

Виброизмерительная аппаратура АВ-43 предназначена для

измерения параметров вибраций, преобразованных в электриче­ ский ток.

При работе комплекта с впбродатчпками могут быть заме­ рены:

а) амплитуда ускорения объекта от 0,5 до 10g, где g — ус­ корение свободного падения;

133

б) скорость вибрации (амплитудное значение) от 7 до

310 мм/с;

в) амплитуда смещения от 0,01 до 1 мм в диапазоне частот от 15 до 300 Гц.

Аппаратура состоит из трехканального усилителя, переход­ ной коробки, щитка управления, соединительных шлангов и ше­ сти вибродатчпков, три из которых предназначены для измере­ ния вибрации в вертикальном направлении, а остальные — для измерения вибрации в горизонтальном направлении.

Датчики вибрации МВ-22-Г и МВ-22-В индуктивного типа. Они служат для измерения параметров установившейся вибра­ ции в диапазоне частот от 15 до 300 Гц.

Датчики вибрации рассчитаны на работу в комплекте, имею­ щем интегрирующее и дифференцирующее устройство.

В силу этого они могут быть использованы для измерения не только скорости вибрации, но и для измерения виброускоре­ ния и вибросмещения.

Основные технические данные:

1.Число одновременно действующих каналов — 3.

2.Частотный диапазон работы впброизмернтельной аппара­ туры — от 15 до 300 Гц.

3.Диапазон измерения впброскорости от 7 до 310 мм/с при изменении параметров вибрации в следующих диапазонах:

частота вибрации от 15 до 300 Гц; амплитуда смещения от 0,01 до 1,0 мм; амплитуда ускорения от 0,5 до 10g\

4.Питание впброизмернтельной аппаратуры АВ-43 осущест­

вляется от сети постоянного тока 27 В. Потребляемая мощность не более 80 Вт.

Аппаратура для измерения прогибов ротора

Для измерения прогибов ротора применяется аппаратура ти­ па П2-М, разработанная в М АИ . Она предназначена для бескон­ тактного измерения прогибов ротора в диапазоне скоростей вра­ щения от 0 до 12000 об/мин. Аппаратура рассчитана на питание

ееот сети переменного тока 220 В.

Всостав аппаратуры входят следующие агрегаты:

1)емкостной датчик;

2)преобразователь (типа П2-М);

3)катодный повторитель;

4)ламповый вольтметр (А-4);

5)осциллограф (Н-700);

6)источник питания.

Тарировка аппаратуры, измеряющей прогиб ротора. Вначале при помощи стрелочных индикаторов с ценой деления в 0,01 мм были определены максимальные перемещения вала ротора в ме­ стах установки емкостных датчиков в диапазоне рабочих оборо­

134

тов вплоть до Ицрі (рис. 96). При нагружении среднего диска

стрелки индикатора при замере смещения вала ротора в том же сечении на тех же оборотах. Надо лишь вычесть из обоих пока­ заний величину первоначального биения, определяемого при прокручивании ротора вручную. Здесь следует указать, что та­ кая тарировка проводилась перед каждым очередным экспери­ ментом.

Манометрическая аппаратура стенда

Манометрическая аппаратура стенда (см. рис. 82) предназ­ начена для контроля за работой гидравлической системы.

Замер командного давления в сети осуществляется с по­ мощью технического манометра 26 класса 0,5 (с пределом изме­ ряемого давления 400 кгс/см2), замер давлений в рабочих каме­ рах устройств принудительного центрирования производится с помощью шести технических манометров класса 0,4 с пределом измеряемого давления 60 кгс/см2. В системе предусмотрена за­ пись давления в рабочих камерах на пленку шлейфового осцил­ лографа с помощью потенциометрических датчиков 29.

135

Аппаратура стенда, предназначенная для контроля работы привода

При проведении экспериментальных исследований на стенде необходимо контролировать обороты ротора и мощность, затра­ чиваемую на привод. Мощность, затрачиваемую на привод, конт­ ролируют косвенно по показаниям амперметра 18 и вольтмет­ ра 17, смонтированных на пульте. Замер оборотов ротора произ­ водится электротахометром 6 типа Д-10, показания которого подаются на стрелочный прибор ТЭ-15 и одновременно записы­ ваются на пленку шлейфового осциллографа 14 (см. рис. 82).

9. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО УРАВНОВЕШИВАНИЮ ГИБКОГО РОТОРА НА ХОДУ

Целью экспериментальных исследований являлась проверка возможности уравновешивания гибкого ротора по методу прину­

стемы управления, второй этап — осуществление уравновеши­ вания гибкого ротора на ходу по методу принудительного цент­

выдерживались под давлением в течение 5 ч. Испытания показа­ ли, что уплотнения рабочих камер устройств остались герметич­ ными. Затем давление р = 8-106 Па было подано лишь в две ра­ бочие камеры из трех, при этом внутренний корпус устройства сместился относительно наружного на величину, максимально возможную для данного устройства 6= 0,5 мм. В таком состоянии устройство выдерживалось в течение 12 ч. Эти испытания пока­ зали, что уплотнения рабочих камер н при неравномерном об­ жатии сохраняют полную герметичность. Следует отметить, что после снятия давления уплотнения приняли прежнюю форму, т. е. внутренний корпус устройства занял строго концентричное поло­ жение относительно наружного. Аналогичные испытания были повторены после наработки устройствами 110 ч. Результаты бы­ ли получены идентичные первоначальным. Внешний осмотр и обмер уплотнительных колец после разборки устройств по окон­ чании программы динамических исследований каких-либо откло­ нений от первоначального их состояния не показал.

При проверке работоспособности устройств принудительного центрирования была определена зависимость величины смещения цапфы ротора в устройстве (б) при изменении давления в одной

136

из камер устройства, т. е. при образовании перепада давлении (Ар) между противоположными камерами. Схема установки для получения зависимости 6=/(Др) представлена на рис. 97.

Зависимость б=/(Ар) определялась следующим образом. Ротор устанавливался таким образом, чтобы одна из камер уст­ ройства, характеристики которого определяются, находилась в строго верхнем положении. Регулируя величину сброса давле­ ния из верхней камеры устройства принудительного центрирова-

Рис. 97. Схема установки для определения зависи­ мости ö = { ( A p ):

1—пал; 2—диск; 3—устройство принудительного центрирова­ ния; -I—'‘индикатор перемещения: 5, 6, 7—манометры; 8, 9— вентили

ипя 3, краном 8 определяли величину смещения цапфы вала 1 по индикатору 4. Подвод командного давления осуществлялся от

действовать на камеры устройства как пульсирующая сила с ча­ стотой f = nq, где п — число оборотов ротора в секунду, q — чис­ ло камер устройства. Существующее в устройстве значительное сопротивление в виде дросселей во входных и выходных каналах сглаживает величину пульсации давления в камерах устройства под действием силы тяжести настолько, что влиянием силы тя­ жести при рассмотрении работы устройства принудительного центрирования как исполнительного механизма гидравлического типа можно пренебречь.

Следовательно, можно считать, что в статическом положении сила сопротивления перемещения цапфы под действием перепа­ да давлений будет состоять лишь из силы упругости уплотнений; в динамике, т. е. при уравновешивании ротора на ходу, к этой

137

Так как при замерах Ар = р&—р$ присутствовала добавка к Ар за счет силы тяжести ротора Ap' = -^ -S, где G — вес ротора,

S — площадь одной камеры устройства, то для дальнейшего удобства пользования графиком ö=f (Ap) при определении ве­ личины усилия, потребовавшегося для уравновешивания рото­ ра, при построении указанной зависимости была исключена ве­ личина Ар'.

Из графика на рис. 98 видно, что для максимально возмож­

цапфы на 0,1 мм, другой — на 0,2 мм при перепадах давлений со­ ответственно A/J = 106 Па и Ар2=1,5- ІО6 Па.

По графику определяем, что для смещения цапфы в статиче­ ских условиях на величину 0,1 мм необходим перепад давлений

Проверка работоспособности устройств принудительного цент­ рирования и системы управления в динамике производилась сле­ дующим образом. Включив станцию командного давления (/?„ при этом было отрегулировано на 4-106 П а), подали давление к устройствам и начали раскрутку ротора. При плавном регули­ ровании числа оборотов ротора с выдержкой на постоянных обо­ ротах по несколько минут через каждые 200 об/мин ротор был выведен на режим, соответствующий /г == 0,85 /гкр1 = 1200 об/мин. После работы на этом режиме в течение 10 мин ротор был ос­

138