10.3. Расчет центровки пары роторов
Совмещение осей роторов (исправление центровки) достигается перемещением на необходимую величину вкладышей опорных подшипников в расточке корпуса подшипников.
Расчет перемещения опор, необходимого для исправления центровки, производится отдельно для вертикальной и горизонтальной плоскостей.
В качестве примера расчета центровки роторов рассмотрим пару роторов на рис. 10.5, для которых известны следующие величины:
раскрытие по торцу полумуфт (излом осей)
А
= bc;смещение роторов по высоте относительно друг друга (коленчатость роторов) R = dR;
диаметр муфты D = ас;
расстояние от полумуфты до подшипника № 2 — L;
расстояние от полумуфты до подшипника № 1 — l;
расстояние между подшипниками № 1 и № 2 — (L — l).
Из рис. 10.5 видно:
перемещение любого подшипника данного ротора (первого или второго) оказывает одинаковое влияние на изменение излома осей ротора;
перемещение каждого подшипника данного ротора (первого или второго) оказывает различное влияние на изменение радиального смещения полумуфты ротора.
Раскрытие полумуфт (величина замеренного излома осей) в рассматриваемой плоскости
А = bс.
Первоначальное смещение роторов по высоте относительно друг друга
R = dR.
Т
ребуется
определить величину перемещений
подшипников
х1,
и
х2,
необходимых для совмещения осей роторов
в рассматриваемой плоскости.
Из рис. 10.5, а, б
видно, что
ABC
подобен
abc,
как треугольники с
взаимно перпендикулярными сторонами.
Тогда
ac/AC = bc/BC,
т.е. bc = BC AC/ac,
или bc = BC(L – l)/l
A = kA BC,
где ВС — перемещение одного из подшипников ротора (подшипника № 1 вниз, а подшипника № 2 вверх) для исправления излома осей; kA — коэффициент изменения излома осей при перемещении одного из подшипников, равный d/(L — l).
В результате исправления излома осей роторы располагаются параллельно друг другу с каким-то новым взаимным положением полумуфт относительно друг друга dR2. Теперь достаточно сместить перемещаемый ротор параллельно самому себе для полного совмещения осей на величину dR2. Из рис. 10.5, в, г видно, что изменение взаимного положения муфт по окружности не одинаково при перемещении подшипников № 1 и № 2.
Рассмотрим оба варианта перемещений подшипников.
1. Исправление излома осей перемещением подшипника № 1 (рис. 10.5, г).
Из подобия треугольников (по трем углам) видно, что изменение положения оси полумуфты dR1(от1) будет равно
dR1(от1) = BC L/(L – l),
или dR1(от1) = kR1 BC
dR1(от1) = kR1 A/kA ,
где kR1 — коэффициент изменения положения полумуфты при перемещении подшипника № 1, равный L/(L – l).
Величина параллельного перемещения роторов dR2 в этом случае будет равна:
dR2 = –dR + dR1(от1)
dR2 = –dR + kR1 A/kA.
Тогда перемещения подшипников для исправления центровки будут равны (перемещения вверх считаем со знаком {+}, а вниз со знаком {–})
x1 = –BC + dR2,. или
x1 = –A/kA – dR + kR1 A/kA ,
x2 = dR2 или x2 = – dR + kR1 A/kA ,
Исправление излома осей перемещением подшипника № 2 (рис. 10.5, в).
Из подобия треугольников (по трем углам) видно, что изменение положения оси полумуфты dR1(от2) будет равно
dR1(от2) = BC l/(L – l), или
dR1(от2) = kR2 BC
dR1(от2) = kR2 A/kA ,
где kR2 — коэффициент изменения положения полумуфты при перемещении подшипника № 2, равный l/(L – l).
Величина параллельного перемещения роторов dR2 в этом случае будет равна
dR2 = dR – dR1(от2)
dR2 = dR – A/kA .
Расчет окончательного перемещения подшипников производится аналогично первому варианту.
На окончательное перемещение подшипников выбор опоры для расчета исправления излома осей не влияет. Изменяется только алгоритм расчета.
10.4. ОСОБЕННОСТИ ЦЕНТРОВКИ ДВУХ РОТОРОВ, ИМЕЮЩИХ ТРИ ОПОРНЫХ ПОДШИПНИКА
Некоторые турбины, например К-300-240 ЛМЗ, К-200-130 ЛМЗ, имеют ротор высокого давления, опирающийся на передний подшипник и полумуфту ротора среднего давления. Соединение обоих роторов в этом случае обязательно выполняется жесткой муфтой. При этом одна из полумуфт входит выступом в заточку на другой полумуфте. Таким образом, в этих турбоагрегатах роторы высокого и среднего давлений представляют собой один вал, лежащий на трех опорных подшипниках (рис. 10.6). Центровка таких роторов имеет некоторые особенности, вызываемые влиянием веса ротора высокого давления на положение ротора среднего давления и на распределение нагрузок от обоих роторов на подшипники [96].
Если взять отдельно ротор II, то его положение будет зависеть только от установки подшипников 2 и 3 и упругого прогиба ротора.
После установки ротора I и соединения роторов жесткой муфтой положение ротора II изменится. Изменится также нагрузка на подшипники 2 и 3; на подшипник 2 нагрузка увеличится, а на подшипник 3 уменьшится, что может привести к ухудшению эффективности их работы.
В связи с этим центровку роторов такого турбоагрегата производят с учетом влияния веса ротора, имеющего один подшипник. Для этого снизу, по торцу муфты, делается некоторое раскрытие, величина которого зависит от веса обоих роторов, их жесткости и расстояния между подшипниками (при этом разница в замерах торцевых зазоров по горизонтальному диаметру муфты не должна превышать 0,02...0,03 мм).
Величина раскрытия для каждого типа турбины указывается в формулярах. При отсутствии заводских данных величина раскрытия полумуфт может быть определена расчетным путем и с помощью динамометра.
После затяжки соединительных болтов муфты дополнительная нагрузка от веса ротора I равномерно распределяется на все подшипники.
При трехопорной конструкции опирания роторов перемещение каждого из трех подшипников приводит к различному изменению излома осей роторов. В качестве примера рассмотрим варианты центровки роторов.
Исправление излома осей подшипником № 1. Учитывая, что при перемещении подшипника № 1 (рис. 10.6) муфта роторов не перемещается, необходимую величину перемещения подшипника можно определить как
A/D = x1/L2;
x1 = A L2/D;
x1 = A/kA1,
где A — раскрытие муфты по торцу (излом осей);
x1 — изменение положения подшипника № 1;
L2 — расстояние от подшипника № 1 до муфты;
D — диаметр муфты;
kA1 — коэффициент изменения излома осей при перемещении подшипника первого ротора, равный D/L2.
Исправление излома осей подшипником № 2. Аналогично расчету перемещений при четырехопорной схеме опирания пары роторов коэффициент изменения излома осей от перемещения второго ротора (kA2) будет равен
kA2 = D/l1.
Учитывая, что при перемещении подшипника № 2 муфта роторов перемещается (следовательно, изменяется пространственное положение обоих роторов) на величину, пропорциональную
kr2 = (l1 + l2)/l1,
исправление излома осей происходит от перемещения обоих роторов на величину
A = kA2 x2 + kA1 kr2 x2.
Исправление излома осей подшипником № 3. Учитывая, что при перемещении подшипника № 3 муфта роторов перемещается (и, следовательно, изменяется пространственное положение обоих роторов) на величину kr 3 = 12 /11 , а исправление излома осей происходит от перемещения обоих роторов, то
A = kA2 x3 + kA1 kr3 x3.