Вибрация ротора с рабочими колесами

Основной составляющей вибрации ротора с рабочими колесами, находящимися в потоке газа или жидкости, является гармоническая составляющая с частотой вращения ротора, определяемая либо механической неуравновешенностью ротора с рабочими колесами, либо гидродинамической (аэродинамической) неуравновешенностью рабочих колес. Последняя возникает в тех случаях когда, потоки, обтекающие каждую из лопастей рабочего колеса, из-за особенностей ее формы и сопротивления потоку создают разную подъемную силу и суммарная радиальная компонента этой силы не равна нулю.

Второй по величине гармонической составляющей вибрации является ее лопаточная (лопастная) составляющая:

где N - число лопаток вентилятора, турбины (лопастей насоса).

Лопаточная (лопастная) составляющая колебательных сил и ее гармоники появляются из-за взаимодействия рабочего колеса с неоднородным потоком. Неоднородность потока в зоне рабочих колес растет при засорении трубопровода и нарушениях в работе направляющего аппарата.

В насосах и гидротурбинах вращение ротора с рабочим колесом в подшипниках

скольжения и подшипниках качения с зазором может быть неустойчивым, что приводит к появлению автоколебаний ротора с частотой, равной половине частоты вращения или более низкой. Возникающие при этом колебательные силы возбуждают гармонические составляющие вибрации на частоте автоколебаний и ее гармониках.

В многоступенчатых агрегатах при несимметричном потоке газа (жидкости) на выходе одного из колес из-за взаимодействия (через турбулентный поток) рабочего колеса и направляющего аппарата могут возникать гармонические колебательные силы с лопаточной частотой направляющего аппарата.

Кроме гармонических составляющих колебательных сил в потоке, обтекающем лопатки (лопасти) рабочих колес возникают турбулентные пульсации давления, которые возбуждают случайную вибрацию рабочего колеса и корпуса агрегата. Мощность этих пульсаций может периодически изменяться с частотой вращения рабочего колеса, лопастной частотой или частотой автоколебаний.

В зоне рабочего колеса насосов и гидротурбин при обтекании лопастей может появляться кавитация, которая является более сильным, чем турбулентность, источником случайных пульсаций давления. Мощность этих пульсаций также может быть модулирована частотой вращения рабочего колеса, лопастной частотой или частотой автоколебаний ротора с рабочим колесом.

Пример расчета основных частотвибрации вентилятора (насоса):

Параметры вентилятора (насоса):

· Число лопаток (лопастей) N=12 шт;

· Скорость вращения вала: n=595 об/мин.

1) Расчет частоты вращения вала:

f_вр=n/60=595/60=9,92 Гц

2) Расчет лопаточной (лопастной) частоты:

f_л= Nf_вр= 12 ·9,92=119,04 Гц.