Критическое число оборотов вала

Неуравновешенность роторов разделяется на статическую и динамическую. Под статической неуравновешенностью понимается такая, при которой центр тяжести ротора не совпадает с геометрической осью, главная ось инерции, проходящая через центр тяжести, смещена на величину эксцентриситета (рис. 5.4 а). При вращении ротора возникает центробежная сила неуравновешенной массы , которая воздействует на подшипники и вызывает вибрацию. Каждая из опор вала испытывает дополнительную реакцию .

Рис. 5.4 Схемы неуравновешенностей ротора:

а) - статической; б) – чисто динамической; в) – динамической; 1 – геометрическая ось вала; 2 – главная ось инерции

Неуравновешенность вида может быть обнаружена и устранена статической балансировкой. Все детали и узлы, насаживаемые на вал и имеющие малую осевую длину по сравнению с диаметром, после изготовления балансируется статически. Этот метод имеет то преимущество, что у собранного ротора остаются незначительные неуравновешенности.

Статическая балансировка означает компенсацию равнодействующей неуравновешенности в одной плоскости, перпендикулярной оси. Рабочее колесо, насаженное на оправку, катается (поворачивается) на призмах или роликах. Это позволяет определить неуравновешенность , которую можно компенсировать установкой дополнительной массы с диаметрально противоположной стороны на радиусе (образующей компенсирующую неуравновешенность ) или удалением металла со стороны неуравновешенности на радиусе .

Под чисто динамической неуравновешенностью понимается такая, при которой все неуравновешенные массы ротора приводятся к двум массам, лежащим в одной плоскости, но по разные стороны геометрической оси (рис. 5.4. б) и на таких радиальных расстояниях, что центр тяжести всего тела будет находиться на геометрической оси. Таким образом, при чисто динамической неуравновешенности геометрическая ось пересекает (расположенную наклонно к ней) главную ось инерции в центре тяжести . В этом случае ротор будет статически отбалансирован, так как его центр тяжести находится на оси вращения, но при вращении образуется возмущающая пара центробежных сил, которые воздействуют на подшипники и вызывают вибрацию. Момент этой пары сил

.

Отсюда следует, что неуравновешенность, вызванная парой сил, может быть обнаружена только при вращении ротора, когда (при ).

В общем случае динамической неуравновешенности вала массы ротора приводятся к двум массам, лежащим в разных осевых сечениях. При вращении на ротор будет действовать система двух центробежных сил (рис. 5.4. в), которая может быть приведена к паре и радиальной силе, лежащих в разных плоскостях, то есть имеем случай совместной статической и динамической неуравновешенности. При динамической неуравновешенности главная ось инерции проходит наклонно к оси вала, но не пересекает ее.

Отбалансировать – это значит расположить массу ротора таким образом, чтобы геометрическая и главная ось инерции совпали.

Динамическая балансировка производится на специальных станках. Для установки балансировочных грузов на первом и последнем дисках ротора предусматриваются кольцевые канавки в форме «ласточкиного хвоста».

Следует отметить, что динамическая балансировка отдельных цилиндров турбин на заводах ЛМЗ и ХТГЗ производится в вакуумных камерах во всем диапазоне рабочих скоростей. Это позволяет значительно снизить уровень неуравновешенности роторов.