11.2 Балансквання вузлів авіаційних двигунів

Деталі ГТД виготовляються з високою точністю яка обмежується допусками на розміри та відхилення від вірної геометричної форми; ексцентриситет або биття, овальність, конусність тощо. При штамповці або литті деталей можливі місцеві зміни щільності металу, а робочі лопатки внаслідок нерівномірного використання допусків мають різноманітну вагу і положення центру ваги. При складанні роторів можливі зміщення деталей в межах зазорів або нерівномірної деформації при натягах. Лопатки які встановлюються у діаметрально протилежних пазах дисків з мінімальною різницею по вазі, але групи лопаток можуть значно змінити положення центра ваги ротора. Усі ці відхилення приведуть до того, що загальний центр ваги може зміститись відносно осі обертання на величину е.

Ротор буде намагатись обертатися навколо фізичного центра ваги. Але цьому перешкоджають опори, тому у них виникають реакції від неврівноваженої відцентрової сили, яка дорівнює:

Рц = mр е ω² ; [11.3.]

де: mp- вага ротора, кг. ;

е - зміщення центра ваги, м.;

ω - кутова швидкість ротора, об/с.

Неврівноважена сила постійна по величині для даної частоти обертання, але її вектор обертається разом з ротором, тому реакції опор, на які діють також вага ротора змінюються по величині на протязі кожного оберта.

Такі змінні, сили які періодично змінюються, здатні викликати вібрації двигуна, збільшують навантаження на підшипники, викликають наклепи на поверхнях які дотикаються один до одної та інші дефекти. Для зменшення сил які не врівноважені використовують статичне та динамічне балансування. При статичному балансуванні досягається суміщення центра ваги ротора з віссю обертання, тому ознакою врівноваженості ротора є безрозбірна рівновага; вона зазначається при постановці ротора на горизонтальні призми ("ножі"). При розташуванні центра ваги ротора у точці яка не співпадає з віссю обертання ротора він буде статично неврівноважений. Значить, для того щоб врівноважити ротор необхідно збільшити вагу протилежної сторони диска, на відстані r закріпити вантаж (балансувальний вантаж) з вагою так, щоб було забезпечено рівність моментів

mр е = mб r [11.4]

звідкіля:

mб = mр е/ r [11.5]

Такого ж самого результату можливо досягнути якщо з важкої сторони зняти відповідний шар матеріалу на відповідній відстані.

Тобто для роторів з одним; тонким диском достатньо статичного балансування.

Допустимий дисбаланс у роторі можливо розрахувати з умов нормального навантаження підшипників, Рц.н. на максимальному режимі не повинен перевищувати 5% від Gр (ваги-роторів):

Відцентрова сила: Рц.н.= Gр/g e ω² = D\g ω² [ 11.6]

Звідсіля допустимий дисбаланс [Н*м]

[D] = [Рц.н.]g/ω²max ≈ 0.05Gp *10/ ω²max = 0.5 Gp/ ω²max [ 11.7]

Питомий дисбаланс [м]

Dуд = D/Gp = Gpе/ Gp =е [ 11.8]

Допустимий питомий дисбаланс [м]

[Dуд.]= [е] = 0,5 Gp/ ω²max Gp = 0,5/ ω²max [ 11.9]