книги из ГПНТБ / Колесник Н.В. Устранение вибрации машин

Так как испытания при 1500 об/мин. показали значительно меньшие

осевые колебания этих подшипников, то очевидно, что искривле­

ние вала происходит под влиянием значительных центробежных

сил при высоких скоростях вращения.

На основании произведенных измерений и полученных выво­ дов можно прийти к заключению, что причиной повышенного виб­

центра тяжести ротора турбины под влиянием скручивающих уси­ лий под нагрузкой; 3) упругий прогиб ротора генератора под дей­

ствием центробежных сил при рабочей скорости вращения.

Более детальное исследование состояния вибрации машины,

имеющей дефект, аналогичный последнему, дается в следующем

примере.

Сильная вибрация подшипника генератора (мощность 50 000 ква,

3000 об/мин.), расположенного со стороны возбудителя, вызывала

разрушение фундамента, вследствие чего эксплуатацию агрегата пришлось остановить. Предпринимаемые попытки снизить интен­

сивность колебания путем балансировки ротора в подшипниках машины не давали положительных результатов. Некоторое умень­

шение поперечных колебаний корпуса подшипника со стороны возбудителя неизбежно вызывало значительное увеличение вер­ тикальных колебаний, а осевые колебания подшипника во всех случаях оставались весьма большими.

Корпус подшипника генератора, равно как и возбудитель, рас­ положены над консолью К фундамента Ф агрегата (см. фиг. 74, а). Эта консоль и подвергалась главным образом разрушению. Иссле­

Состояние вибрации подшипника генератора (фиг. 74)

. 119

По полученным данным,, амплитудного и фазового исследования построены эпюры колебаний корпуса подшипника и консоли, изо­ браженные на фигуре штрихами в ограничительных линиях, пока­

зывающих форму упругих прогибов при колебании.

Как видно, колебание в данном случае совершается вокруг

неподвижной точки О, расположенной на некотором расстоянии от основания консоли. Такая форма колебаний может иметь место

только при искривлении вала. Это с достаточной наглядностью

Фиг. 74. Вибрации консоли фундамента.

подтверждается формой колебания специально изготовленной мо­ дели (фиг. 74, б), имеющей погнутый вал, вращение которого вызы­

вает значительные осевые колебания S вокруг точки О.

Та же модель, имеющая прямой вал и неуравновешенную массу,

происходят вокруг точки у основания консоли.

Причины образования упругих прогибов валов при их вращении

и способы устранения этого явления поясняются в п. 38.

** *

Из приведенных примеров видно, что с помощью простых при­ боров, каковыми являются виброскоп и предельный акселерометр,

можно успешно решать большинство практических задач по иссле­ дованию вибрационного состояния машин. Следует, однако, заме­

тить, „что для успешного исследования вибрации, помимо выбора

120

ГЛАВА V

УРАВНОВЕШИВАНИЕ СИЛ ИНЕРЦИИ В МАШИНАХ

Неуравновешенные силы инерции являются одними из главных

возбудителей вибрации машин.

При изготовлении машин на заводах принимаются меры к устра­

нению неуравновешенных сил инерции. С этой целью производится статическая и динамическая балансировка вращающихся деталей. В кинематически сложных машинах (например, поршневых двига­

телях) уравновешивание сил инерции достигается комплексом мероприятий: балансировкойчколенчатого вала, подбором по весу шатунов, поршней и т. п.

Однако работа даже новой машины может в той или иной мере

сопровождаться вибрацией в результате сложения ошибок и по­

грешностей при осуществлении отдельных операций.

Надо также иметь в виду, что иногда и самый точный процесс

динамической балансировки не обеспечивает необходимого устра­

нения неуравновешенных центробежных сил во вращающихся дета­ лях машин. Это происходит потому, что балансировка произво­

Динамическая балансировка деталей на станках обычно произ­

водится при скоростях вращения порядка 300—700 об/мин., тогда

как рабочие скорости вращения роторов современных машин до­

стигают 10 000 об/мин. и более. При высоких скоростях вращения возникают чрезвычайно большие внутренние напряжения материала деталей, могущие вызвать деформацию изгиба, смещение центра

тяжести и появление неуравновешенных сил инерции у точно отба­ лансированных деталей при малых скоростях их вращения.

Динамическую балансировку на станках, производят при нор­

паровых турбин 250—500°, а у газовых турбин рабочая темпера­ тура достигает 800—900°. Имеющаяся всегда некоторая неравно­ мерность структуры, отклонения величины модуля упругости отдель-

122

ных деталей ротора, непостоянство условий охлаждения — все это

приводит к тому, что в результате температурного расширения

роторов имеют место деформации, вызывающие смещение центра

тяжести уравновешенных при низкой температуре деталей.

Балансировка деталей машин производится в ненапряженном,

свободном от нагрузок состоянии. Зачастую при работе детали

испытывают весьма значительные нагрузки, которые в свою оче­ редь вызывают упругие деформации. Эти деформации в опреде­

ленных условиях способны вызвать смещение центра тяжести,

а следовательно, и появление неуравновешенных центробежных сил

инерции.

Все это вызывает необходимость в ряде случаев производить

уравновешивание сил инерции даже у вновь изготовленных машин

всобранном виде в условиях, близких к эксплуатационным.

Впроцессе эксплуатации машин происходит износ деталей, замена отдельных частей и т. п., что в свою очередь вызывает появление неуравновешенных сил инерции, значительную вибра­

цию машины и необходимость ее устранения.

Разборка машины и балансировка отдельных деталей требуют большого количества времени и вызывают значительные простои машины. Кроме того, балансировка не всегда возможна из-за отсут­

ствия необходимого для этого оборудования и к тому же, как это было указано ранее, не всегда достигает необходимой цели.

Поэтому, применение способов уравновешивания сил инерции

в собранных машинах имеет исключительно важное практическое

значение, в особенности в настоящее время при значительном повы­

шении скоростей машин и возросшей актуальности вопроса устра­

нения их вибрации.

27. Способы уравновешивания

Все существующие способы уравновешивания деталей в маши­ нах основаны на измерении вибрации машин при различных уста­

новках пробных грузов и определении, на основе полученных дан­ ных, величины и положения уравновешивающего груза посред­

ством графического способа решения задачи.

За основу таких решений принимаются следующие допущения:

1) вибрация машин является следствием действия только неуравно­

вешенной центробежной силы уравновешиваемой детали, 2) ампли­

туда колебания машины прямо пропорциональна неуравновешен­

ной центробежной силе.

Рассмотрим существующие способы применительно к плоским

дискообразным роторам, уравновешивание которых может быть

достигнуто путем установки только одного уравновешивающего

груза.

Одним из них является способ «обхода грузом», сущность кото­

рого заключается в следующем.

Плоскость корректирования неуравновешенной массы детали

делится на несколько равных частей (шесть или восемь). Части

123

нумеруются, как показано на фиг. 75, и в каждой из них пооче­

редно на определенном радиусе г устанавливают подходящий по

весу пробный груз Gn.

При каждой такой установке машину доводят до рабочей ско­

рости вращения и измеряют размахи колебания корпуса ближай­

шего подшипника Si, S2 . . . S8. Затем производится измерение размаха колебания So без установки пробного груза.

По полученным данным, в системе координат (размах S — раз­

вертка круга), восстанавливая из точек 1, 2, 3,. . .,8 (в определен-

Фиг. 75. Способ обхода грузом.

ном масштабе) ординаты Si, S2,. . .,S8, по полученным точкам строят

кривую, которая при точном измерении и отсутствии других дефек­ тов в машине должна иметь форму синусоиды.

Далее, измерив минимальную ординату SM, находят величину

уравновешивающего груза Gy по формуле

Gy = Gn-s^-

Место установки уравновешивающего груза определяется поло­ жением минимальной ординаты SM. В данном случае она распо­

лагается в точке 6 развертки круга, а поэтому и уравновешивающий

груз Gy должен быть установлен в соответствующей точке 6 на

плоскости корректирования неуравновешенной массы детали, как

это показано на фигуре.

Такой способ уравновешивания требует весьма большого коли­

чества пусков машины, отнимает много времени и поэтому в настоя­ щее время применяется сравнительно редко.

Е. Я- Казовским разработаны номограммы для определения величины и положения уравновешивающих грузов на основе дан­

ных измерения вибрации при трех пусках с установленными проб­

ными грузами. Дальнейшее усовершенствование этого способа дается Б. В. Шитиковым. Сущность предложения последнего заклю­ чается в следующем.

При первом пуске машины измеряется размах колебания S„,

вызываемого действием центробежной силы Сн неуравновешенной

124

массы GH детали (фиг. 76, а). В произвольной точке плоскости урав­ новешивания детали, на определенном радиусе г, устанавливают

пробный груз Gn и производят второй пуск машины. Под действием

пробного груза возникает центробежная сила Cv которая, скла­ дываясь с силой Сн, дает равнодействующую Ср±, пропорциональ­

ную размаху вибрации Si.

Переместив пробный груз в диаметрально противоположную

сторону (на 180°) и установив его на прежнем радиусе, при третьем пуске машины измеряют вибрацию машины S2, вызываемую дей-

Фиг. 76. Способ трех пусков с пробными грузами.

ствием силы Ср2, образующейся в результате сложения центро­

бежных сил Сн и С2. Очевидно, что условия равновесия могут быть

достигнуты в случае, если уравновешивающий груз G? расположить

под углом <pi к первоначальному положению пробного груза или под углом <р2 ко второму его положению.

место установки уравновешивающего груза относительно поло­

жения пробных грузов.

Неопределенным в решении этой задачи остается направление

угла, на который следует установить уравновешивающий груз

по отношению к пробным. Поэтому оказывается необходимым произ-

125

вести еще один пуск машины с целью убедиться в правильности выбранного места расположения уравновешивающего груза. Если при этом эффект уравновешивания оказывается неудовлетвори­

тельным, то отсчет угла производят в противоположном напра­

влении.

Другой способ определения величины и места установки уравно­

вешивающего груза, описание которого дает А. Г. Берете, позво­

ляет всю операцию произвести путем установки пробного груза

установки уравновешивающего груза. Величина груза определяется из выражения

ОС'

Из всех трех способов последний оказывается наиболее целе­ сообразным, так как он требует наименьшего количества пусков

машины при достаточно простом геометрическом построении для определения величины и места установки уравновешивающего

груза.

Однако все указанные способы имеют большие недостатки.

но и многими другими причинами, что приводит зачастую к зна­ чительным погрешностям при расчетах.

Другим недостатком является то, что с помощью приведенных

способов нельзя определить степень влияния вибрации одной сто­

роны на другую, что особенно важно при уравновешивании роторов

цилиндрической формы. В таких роторах устранение неуравнове-

126

шейных центробежных сил производится в последовательном по­

рядке.

Вначале уравновешивают одну сторону, устанавливая уравно­

вешивающие грузы в одной торцовой плоскости ротора, затем ана­

логичным образом уравновешивают другую сторону. После этого

оказывается, что первая сторона требует повторного уравновеши­

вания, затем вторая и т. д.

28. Балансировка с применением виброскопа

Задача уравновешивания центробежных сил во вращающихся деталях машин наиболее просто и быстро решается с помощью

приборов, снабженных фазоуказателями.

с установленным пробным грузом 0п.

Полученные данные, а именно, изменение размаха колебания

машины под влиянием установки пробного груза и перемещение ориентира, вполне достаточны для того, чтобы определить величину

и положение уравновешивающего груза.

127

Из схемы фиг. 78, а видно, что для то,го чтобы уравновесить деталь, груз Gn необходимо переместить на угол {3 и изменить его

вес таким образом, чтобы создаваемая им центробежная сила была равна неуравновешенной центробежной силе детали.

Принимая во внимание закон пропорциональности амплитуды

колебания величине, вызывающей колебание неуравновешенной

центробежной силы, задачу определения угла и величины уравно­

вешивающего груза Gy можно решить, применяя следующие фор­

мулы:

Таким образом, на основании данных измерения размаха и фазы колебания машины до и после установки пробного груза, применяя

приведенные формулы, представляется возможным определить как

величину, так и место установки уравновешивающего груза.

Так как в производственных условиях пользоваться расчет­

ными формулами неудобно, то проще применять графический спо­ соб решения задачи.

Определив вес уравновешивающего груза, устанавливают его под углом р к месту расположения пробного груза в направлении,

противоположном перемещению ориентира (углу а).

Таким образом, путем установки только одного пробного груза и простого геометрического построения производится определение величины и места установки уравновешивающего груза.

Подобную простую операцию можно произвести с помощью

любого виброизмерительного прибора, снабженного фазоизмери-

128