Гибкие роторы.

Гибким называют ротор, который будучи сбалансирован на частотах вращения, меньших первой критической (n_б < n_кр), в двух плоскостях коррекции при повышении частоты вращения до эксплутационной может приобрести дисбаланс, превышающий допустимые значения.

Возникновение этого дисбаланса покажем на простом примере симметричного трёхмассового межопорного ротора с условно невесомым валом. Рис. Ротор балансировался на станке с угловой скоростью ω в двух плоскостях коррекции, принадлежащих элементам ротора (например, дискам) с радиусом R, расположенным вблизи опор. Коррекцией масс неуравновешенность удалось устранить, обеспечив равенство инерционных сил.

При выходе двигателя на эксплутационные частоты вращения гибкий ротор прогибается на величину y, в то время, как в плоскостях коррекции (возле опор) прогиб будет незначительным и им можно пренебречь. Достигнутое ранее равенство инерционных сил нарушится.

Возникшая неуравновешенность (или так называемой индуктированный дисбаланс) может (в совокупности с остаточным дисбалансом) значительно превысить допустимые значения. Для выявления (и устранения) её необходима балансировка на высоких частотах вращения, до n_э включительно, и (или) в плоскостях коррекции, близким к плоскостям действительного расположения неуравновешенных масс.

Эти условия реализуются в ряде методов балансировки : по собственным формам колебаний, по измерению деформаций ротора, в собственном корпусе, многополостной и др.

Балансировка по измерению деформаций с последующим расчетом распределенных эксцентриситетов неуравновешенных масс производится на частотах n_э.

Не останавливаясь на всех методах высокоскоростной балансировки, заметим, что применение их ограничено. Для первого указанного метода необходим расчёт n_кр., который осложняется из-за нелинейности систем ротор - опоры, а работа на критических частотах представляет определённую опасность.

Балансировка требует специальных стендов и больших энергетических затрат на привод (для роторов ГТД в среднем 35 – 70 МВт). С целью снижения вентиляционных потерь и уменьшения мощности привода создаются вакуумные стенды, в которых поддерживается остаточное давление 133 – 650 Па. Это позволяет уменьшить мощность привода в 100 раз и более.

Но такие стенды значительно сложнее и дороже обычных станков и применение их оправдано, по-видимому, в опытном производстве ГТД, при исследованиях и выборе оптимального метода балансировки роторов данного конструктивного типа.

Для некоторых малогабаритных роторов агрегатов ДЛА высокоскоростная балансировка возможна на безвакуумных стендах путём двух-трёх пробных пусков.

В серийном производстве ГТД балансировка в настоящее время ведётся на низких частотах, на обычных станках, используемых для жестких роторов. Но эффективность балансировки повышают путем корректировки масс в трёх и более плоскостях коррекции, определяемых аналитически или экспериментально, а также с помощью метода раздельной балансировки.

Раздельная (или последовательная) низкочастотная балансировка на станке отличается тем, что она проводится последовательно, по мере установки отдельных составных частей при сборке многомассового ротора.

Вначале балансируется в двух плоскостях узел ротора, принятый за базовый (например, вал или вал с диском первой ступени). Потом устанавливается второй узел (например, диск второй ступени) и производится балансировка в двух плоскостях, принадлежащих этому узлу.

В соответствии с планом сборки последовательно устанавливается третья и остальные составные части, и производится балансировка в плоскостях, принадлежащих каждой из них.

Таким образом, плоскости коррекции приближаются к плоскостям действительного расположения неуравновешенных масс.

Метод имеет промышленное применение. Раздельная балансировка ротора турбины ГТД «Эвон» (США), введённая вместо балансировки в двух крайних плоскостях, позволила резко снизить уровень вибраций.

Метод дал также удовлетворительные результаты при балансировке ротора центробежного компрессора двигателя ВК-1.