Cтраница 2
По своим расчетным характеристикам газовые подшипники обладают многими достоинствами: малым трением, малыми зазорами, возможностью использования окружающей среды в качестве смазки и др. Однако реализация этих качеств наталкивается на серьезные затруднения, связанные с необходимостью очень точного изготовления деталей, особыми условиями эксплуатации и, главное, с нахождением и обеспечением условий устойчивости движения роторов. Несмотря на проведенное в этой области большое количество исследований [5], до сих пор в этой области ведется поисковая работа. При этом исследуются существующие опоры и разрабатываются новые конструкции опор. Так, недавно в Америке были построены газовые подшипники, в которых несущая ротор сила создавалась в газовом смазочном слое посредством вибраций ротора или подшипников. [16]
Рассмотренные выше способы стабилизирования движения роторов посредством статического их нагружения ( гл. Одним из эффективных способов повышения устойчивости движения роторов и других механизмов является демпфирование колебаний при помощи специальных устройств-демпферов. Характерным их свойством является наличие трения, успокаивающего колебания, и упругих элементов, несколько преобразующих колебательную систему и создающих более подходящие условия для рассеяния энергии колебаний. В процессе демпфирования колебаний может быть достигнуто состояние, при котором парализуется сам подвод энергии на колебательные движения от возбудителя колебаний, и тогда расходуемая работающей машиной мощность при подключении демпфера не только не возрастает, но даже уменьшается. В отличие от большинства других способов стабилизирования движения при наличии демпферов может быть сохранена высокая несущая способность простых цилиндрических подшипников скольжения. [17]
Основной причиной этого является потеря устойчивости движения роторов под действием смазочного слоя. Это приводит к возникновению того или иного вида автоколебаний роторов, достигающих порой столь большой величины, что происходит заедание цапф. При больших числах оборотов ( п 50000 об / мин) эти явления свойственны как жидкостным подшипникам скольжения, применяющимся в тех случаях, когда механические потери не играют особой роли, так и в еще большей степени газовым подшипникам. [18]
Как правило, момент трения в смазочном слое и вызываемые им напряжения весьма невелики. Гораздо большую величину может иметь крутящий момент, возникающий в случае касания цапфы ротора с вкладышем подшипника при нарушении устойчивости движения ротора. Поэтому, чтобы избежать перегрузки балочек, упругий элемент следует снабжать ограничителем крутильных деформаций. [19]
Следует заметить, что на основе упрощенных представлений в литературе распространено приближенное условие устойчивости жестких роторов, сводящееся к условию ( 76) и означающее, что для этого достаточно, чтобы собственная частота колебаний Qp У - К0т -, определенная по статической упругости смазочного слоя, была больше половины угловой скорости вращения ротора. Очевидно, что это справедливо лишь в частных случаях. Таким образом, для надлежащего расчета устойчивости движения ротора здесь не удается избежать вычислений, связанных с решениями характеристического уравнения ( 78) или иных аналогичных уравнений для других конструкций роторов. [20]
Изложение методов достижения стабильной эксплуатации криогенных турбомашин с газовой или жидкостной смазкой является основной целью этой книги. В ней обобщаются работы автора и других исследователей. Применительно к криогенным турбомашинам рассматриваются колебания и устойчивость движения роторов с подшипниками скольжения и другие смежные задачи, решением которых определяются амплитуды колебаний деталей машин и - это главное - устойчивость всех возможных их движений. [21]
Уравнение ( 2) устанавливает взаимосвязь между ( плоскопараллельным) движением цапфы и действующим на нее гидродинамическим давлением со стороны смазки. Однако выразить эту связь в явном виде и затем найти параметры возмущенного движения цапфы очень трудно из-за сложности определения границ протяженности смазочного слоя при колебаниях цапфы. В многочисленных работах по автоколебаниям роторов [3] пользуются весьма различными часто искусственными гипотезами о границах смазочного слоя или заменяющими их предположениями о силовом воздействии его на цапфы ротора. Соответственно этому получают различные заключения об устойчивости движения роторов. Здесь рассматриваются частные задачи об анализе автоколебаний роторов быстроходных турбомашин, когда удается достаточно достоверно определить границы однородного смазочного слоя. [22]
Ниже рассматриваются основные, простейшие решения этого уравнения. Такие решения находятся для весьма коротких ( L С 3R) или для очень длинных ( L 3 3R) подшипников при простой форме занимаемого смазкой пространства между цапфой и втулкой. При газовой смазке простые решения получаются лишь при очень больших или очень малых значениях фазовых чисел В и W по соотношениям ( 44) гл. В случае несплошной жидкостной смазки простые решения получаются при очень малой или очень большой нагрузке подшипника. Тем не менее и такие решения позволяют в дальнейшем рассмотреть основные задачи устойчивости движения роторов. [23]
Устойчивость автоколебаний и другие их характеристики более отклоняются от расчетных значений, хотя в качественном отношении теоретические зависимости оправдываются. Частота автоколебаний в момент их возникновения обычно весьма близка к ее расчетному значению. Устойчивость роторов промышленных машин обычно оказывается более высокой, чем это следует из частных теоретических расчетов. Так, многие роторы промышленных машин удовлетворительно работают за пределами расчетных областей устойчивости. Для стабилизирования движения многих роторов оказывается достаточным лишь один из двух подшипников помещать на упруго-демпферную опору, что не полностью соответствует расчетам. Вместе с тем при расчетах могут оказаться рассмотренными не все причины колебаний, что подчас приводит к неожиданной потере устойчивости движения ротора. Непредусмотренные колебания часто возникают после ремонта или при переделке турбомашины, после замены колес ротора на более легкие или более тяжелые колеса или на колеса с иной посадкой на вал. [24]