+7 (988) 379-41-22
Роторларды теңдеу
«РОТОР» ҰҒЫМЫНЫҢ АНЫҚТАМАСЫ
Ротор — бұл айналу кезінде таяныш беттері арқылы тіректерде ұсталатын денедір. Бұл жағдайда таяныш беттері — білікше беттері немесе олардың орнына ауыстырылған, жүктерді тіректерге сырғанауы немесе домалауы подшипниктері, газ немесе сұйықтық ағындары, магнит немесе электр өрістері және т.б. арқылы беретін беттер болып табылады. Таяныш беттерінің көлденең қималар контурларының ауырлық центрлерін қосатын түзу сызық ротордың осі деп аталады.
Тіректер саны бойынша роторлар екітіректі және көптіректі болады. Егер ротор өз білігінің массасы онда бекітілген бөлшектердің массасымен салыстырғанда еленбейтін шама болып, біліктің массасын есепке алмауға болатын схема ретінде ұсынылуы мүмкін болса, онда оны шоғырланған массасы бар ротор деп атайды. Мысалы, турбиналардың (бу және гидравликалық), орталықтан тепкіш желдеткіштердің, турбокомпрессорлардың, центрифугалардың, сепараторлардың, экстракторлардың, шығыру және басқа да ұқсас машиналардың роторлары.
Алайда көптеген машиналарда білік жеткілікті ауыр, ал онда бекітілген бөлшектер оның бүкіл ұзындығы бойынша бөлінген, сондықтан ротордың массасы (көлденең қималар және олардың инерция моменттері) ротордың ұзындығы бойынша белгілі бір заңдылықпен өзгереді. Бұл жағдайларда біліктің өз массасын елемеуге болмайды, және конструкцияның динамикалық қасиеттерін ең жақын бейнелейтін жүйе оның ұзындығы бойынша массасы, сондай-ақ инерция моменттері, гироскопиялық моменттер мен үйкеліс күштері үздіксіз бөлінген ротор болады.
Мұндай роторларды тұрақты (айнымалы немесе сатылы қималы) роторлар деп атайды. Оларға турбогенераторлардың, газтурбиналық қозғалтқыштардың, арқан иіру және жер қазу машиналарының роторлары, рулонді-ротациялық баспы машиналардың барабандары, суық прокат стандтарының орама машиналары, кеме қалақ біліктері және т.б. жатады.
Кітап материалдары бойынша:
Гусаров А.А. Машина роторларын теңдеу. М.: Ғылым, 2004
РОТОР ТҮРЛЕРІ
Негізгі массасының (М) орналасуына байланысты ротор мыналар болуы мүмкін: тірек аралық, егер массаның елеулі бөлігі тіректер арасында орналасқан болса (1-сурет, а); консольдік, егер ол шеткі тіректердің бірінен тыс орналасқан болса (1-сурет, б); екі консольдік, егер массаның елеулі бөлігі екі шеткі тіректен тыс орналасқан болса (1-сурет, в). Негізгі массаның аралас орналасу нұсқалары да мүмкін (1-сурет, г). 1-суретте m — ротордың қалған бөлігінің сызықтық массасын; А, В — тіректер; l — тіректер арасындағы қашықтық; 1 және 2 — түзету жазықтықтары; аi — түзету жазықтықтарынан тіректерге дейінгі қашықтықтарды білдіреді.
Айналу кезінде массалардың салыстырмалы орналасуы өзгеретін, сондай-ақ кем дегенде бір икемді немесе серпімді бекітілген элементі бар ротор геометриясы өзгеретін ротор деп аталады.
Егер айналу жиілігі бірінші критикалық жиіліктен төмен екі еркін түзету жазықтығында теңделген ротордың қалдық теңгерімсіздік мәндері ең жоғары жұмыс жиілігіне дейінгі жиіліктерде рұқсат етілгендерден аспаса, онда мұндай ротор қатты деп аталады. Қатты ротордың бірінші критикалық жиілігі оның жұмыс айналу жиілігінен әлдеқайда жоғары.
Сәйкесінше, икемді ротор — бұл айналу жиілігі бірінші критикалық жиіліктен төмен екі еркін түзету жазықтығында теңделгеннен кейін, қалдық теңгерімсіздік мәндері ең жоғары жұмыс жиілігіне дейінгі басқа айналу жиіліктерінде рұқсат етілгендерден асуы мүмкін ротор.
Кітап материалдары бойынша:
Гусаров А.А. Машина роторларын теңдеу. М.: Ғылым, 2004
ТЕҢГЕРІМСІЗДІКТІ ТҮЗЕТУДІН НЕГІЗГІ ӘДІСТЕРІ
Теңгерімсіздікті түзету массаны қосу/алу арқылы немесе ротор осін жылжыту (массаны орталықтау) арқылы жүзеге асырылады. Таңдалған түзету әдісі материалды қосу/алу үшін осы өнім үшін мүмкін болатын ең үлкен теңгерімсіздікті жоюға жеткілікті бос орын бар екендігін кепілдеуі керек. Идеалды түзету әдісі ең аз бастапқы теңгерімсіздікті табуды білдіреді. Алайда бұға қол жеткізу жиі қиын.
Теңгерімсіздікті азайтудың кәдімгі әдістері станокты мұқият реттеу кезінде бір іске қосуда 10/1 қатынасында теңгерімсіздік мөлшерін төмендетуге мүмкіндік береді.
Массаны қосу арқылы түзету, әсіресе толық автоматты машиналарда бір іске қосуда 20/1 қатынасына жетуі мүмкін. Егер бір іске қосу кезінде теңгерімсіздіктің жеткілікті деңгейіне жету мүмкін болмаса, онда келесі іске қосу жүргізіледі және т.б.
МАССАНЫ ҚОСУ АРҚЫЛЫ ТҮЗЕТУ
- Екі компонентті эпоксидті қоспаны қосу. Бұл әдістің кемшілігі — қоспаны оның ауырлық центрі дәл қажетті орында болатындай етіп орналастыру қиындығында.
- Стандартты тартпаларды қосу. Бұл әдіс жылдам, бірақ оның қолданылуы тартпалар массасының қадамы жеткілікті үлкен болғандықтан жеткілікті дәлдікке жету мүмкін емес болуымен шектеледі.
- Дәнекерлеу әдісімен салмақ қосу, яғни қорытпалы металды ротордың қажетті жеріне бетіне жағу. Бұл ретте температуралық деформация мен ротордың зақымдануына жол бермеу шаралары қабылдануы керек.
МАССАНЫ АЛУ
- Бүрку. Материал ротордан белгілі бір тереңдікке бүркеу арқылы алынады. Бұл теңгерімсіздікті түзетудің ең тиімді әдісі.
- Фрезерлеу. Материал белгілі бір тереңдікке және ұзындыққа фрезерлеу арқылы алынады. Жеткілікті үлкен массаларды алу қажет болғанда қолданылады.
- Тығырлау. Материал тағырлау дөңгелегі арқылы алынады. Бұл әдіс жеткілікті сирек қолданылады.
ТЕҢГЕРІМСІЗДІК БІРЛІКТЕРІ
Теңгерімсіздік грамммиллиметрмен өлшенеді. Бұл массаның айналу осінен оның қашықтығына көбейтіндісі немесе басқаша айтқанда осы массаның радиусы. Мысалы, 100 гхмм теңгерімсіздік ротордың бір жағында 10 миллиметр қашықтықта 10 грамм немесе 5 миллиметр қашықтықта 20 грамм артық масса эквиваленті бар екенін білдіреді. Келесі суретте 100 гхмм теңгерімсіздігі бар ротор (бүйірленген көрінісі) бейнеленген.
Бірдей масса айналу осіне дейінгі қашықтығына байланысты әртүрлі теңгерімсіздік тудырады. Теңгерімсіздікті анықтау кезінде массаны оның айналу осіне дейінгі қашықтығына көбейтеді немесе басқаша айтқанда осы массаның радиусына көбейтеді. Бірдей масса айналудың кез келген жылдамдығында бірдей теңгерімсіздік тудырса да, әртүрлі айналатын денелер үшін рұқсат етілген қалдық теңгерімсіздік әртүрлі.
Әдетте, ротордың айналу жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым аз қалдық теңгерімсіздік рұқсат етіледі және керісінше. Теңгерімсіздік болмаған кезде діріл тудыратын орталықтан тепкіш күш пайда болмайды. Белгілі бір қалдық теңгерімсіздік әрқашан қалады және бұға, мысалы, механикалық өңдеу кезіндегі рұқсат етілген ауқым сияқты, бейім болу керек.
НЕГІЗІ ТЕҢДЕУ КЕРЕК?
- Дайын өнімнің сапасын жақсарту.
- Діріл мен шуылды азайту.
- Түйіннің немесе механизмнің құрылымындағы кернеудің минимумы.
- Түйіндегі немесе агрегаттағы қуат шығынының минимумы.
- Машинаның қызмет ету мерзімін ұзарту.
Түйіннің немесе агрегаттың айналатын бөлшектерінің тек біреуінің теңгерімсіздігі бүкіл машинаның діріліне әкеледі. Бұл тудырған діріл подшипник түйіндерінің, шпиндельдердің және отырғызу орындарының шектен тыс тозуына әкелуі мүмкін. Тербелістер резонанс құбылысын тудырып, механизмнің толық бұзылуына себеп болуы мүмкін. Жұмыс көрсеткіштері тіректер құрылымы арқылы энергияның сіңірілуінен нашарлайды.
Шектен тыс тербелістер көршілес машиналарға беріліп, олардың дәлдігі мен дұрыс жұмыс істеуіне айтарлықтай зиян келтіруі мүмкін.
Теңгерімсіздік және орталықтан тепкіш күш Орталықтан тепкіш күш айналатын дененің толық массасына әсер етіп, осы дененің әрбір бөлшегін айналу осінен радиалды бағытта шығуға ұмтылуға мәжбүр етеді. Егер айналатын дененің массасы оның осіне қатысты біркелкі бөлінген болса, онда бөлшек теңделген және дірілсіз айналады.
Алайда, егер ротордың бір жағында массаның артығы болса, онда ауыр жақта пайда болатын орталықтан тепкіш күш қарама-қарсы жағында пайда болатын орталықтан тепкіш күштен асып түсіп, бүкіл роторды ауыр жақ бағытына тартады. Келесі суретте бір жағында масса артығы бар ротордың бүйірленген көрінісі көрсетілген. Масса тудырған орталықтан тепкіш күш әсерінен бүкіл ротор жебе бағытында ығысуға ұмтылады.
Орталықтан тепкіш күш массасы біркелкі бөлінбеген дененің айналу жылдамдығының квадратына пропорционалды өседі, яғни ротордың ауыр жағының айналуынан туындаған орталықтан тепкіш күштің артығы салдарынан теңгерімсіздік пайда болады. Дене тыныштықта болған кезде артық масса орталықтан тепкіш күштің пайда болуын тудырмайды және нәтижесінде діріл болмайды, бірақ теңгерімсіздік бар және сол себепті теңгерімсіздік — бұл айналу жылдамдығына тәуелді емес шама және ол тыныштықтағы денедә де, айналу кезінде де (айнару кезіндегі деформация болмаған жағдайда) бірдей қалады.
Алайда, орталықтан тепкіш күш айналу жылдамдығына байланысты. Жылдамдық неғұрлым жоғары болса, теңгерімсіздік тудырған орталықтан тепкіш күш соғұрлым көп және діріл соғұрлым күшті болады. Орталықтан тепкіш күш квадраттық заң бойынша өседі, айналу жылдамдығы екі есе артқанда орталықтан тепкіш күш төрт есеге және т.б. өседі. Сондықтан айналу жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, теңдеу соғұрлым маңызды болады.
ТЕҢГЕРІМСІЗДІКТІН ПАЙДА БОЛУ СЕБЕПТЕРІ
Суреттегі ротордың бір жағындағы массаның артығы — бұл теңгерімсіздік немесе «ауыр орын». Теңгерімсіздік массаның жетіспеушілігінен (тесіктер, қуыстар, шұңқырлар) да пайда болуы мүмкін, бұл орындар «жеңіл орын» деп аталады.Теңгерімсіздік мыналармен тудырылуы мүмкін:
- Өндірудің кемшіліктері, соның ішінде механикалық өңдеу мен жинаудың ақаулары.
- Материал құрылымындағы өзгерістер (кеуектілік, бөгде қоспалар).
- Бөлшектің симметриялы емес конструкциясы.
- Жұмыс істеу кезінде кейбір бөлшектердің жылжуынан пайда болатын асимметрия.
Симметриялы конструкция және дұрыс жинау теңдеуге байланысты проблемаларды жиі азайта алады. Үлкен теңгерімсіздік елеулі түзетуді талап етеді. Теңдеу қажеттілігі роторды жобалау кезеңінде ескерілуі керек.
ТЕҢГЕРІМСІЗДІК ТҮРЛЕРІ
СТАТИКАЛЫҚ ТЕҢГЕРІМСІЗДІК
Статикалық теңгерімсіздік инерцияның бас осі айналу осіне параллель ығысқан кезде пайда болады.
Бұл теңгерімсіздік түрі әдетте әртүрлі қалақшалар мен турбиналар сияқты жіңішке бөлшектерде пайда болады. Мұндай теңгерімсіздік түрі айналу осіне перпендикуляр жазықтықта ауырлық центріне қарама-қарсы қосымша массаны орналастыру арқылы түзетілуі мүмкін. Статикалық теңгерімсіздікті роторды қатаң көлденең орнатылған екі пышаққа қойып анықтауға болады. Бұл ретте ротор «ауыр орын» ең төменгі жерде болатындай тепе-теңдік күйіне жеткенше бұрылады.
Бұл әдісті қолдану төмен дәлдікке байланысты өте шектеулі. Статикалық теңдеу тек 500 айн/мин-ке дейінгі төмен жылдамдықта айналатын денелер үшін жеткілікті.
МОМЕНТТІК ТЕҢГЕРІМСІЗДІК
Инерцияның бас осі айналу осін ауырлық центрінде қиып өткендегі теңгерімсіздік.
Мұндай теңгерімсіздік түрі екі теңгерімсіздік көзі ротордың қарама-қарсы жақтарына орналастырылған және олардың арасындағы бұрыш 180° болғанда пайда болады. Бұл жағдайда статикалық әдісті қолдану мүмкін емес. Мұндай теңгерімсіздік түрі бар денеге белгілі бір бұрыштық жылдамдық берсе, теңгерімсіздік оңай анықталады және өлшенеді. Бұл теңгерімсіздік түрі массаны бір ғана жерде қосу немесе алу арқылы түзетілуі мүмкін емес. Кем дегенде екі осындай орын қажет. Басқаша айтқанда, моменттік теңгерімсіздік оны түзету үшін басқа жұпты қажет етеді.
КВАЗИ-СТАТИКАЛЫҚ ТЕҢГЕРІМСІЗДІК
Бұл инерцияның бас осі айналу осін ауырлық центрінен басқа нүктеде қиып өткендегі теңгерімсіздік.
Бұл теңгерімсіздік түрі статикалық теңгерімсіздік пен моменттік теңгерімсіздіктің комбинациясы болып табылады, мұнда жұптың бір компонентінің бұрыштық орны статикалық теңгерімсіздіктің бұрыштық орнымен сәйкес келеді. Бұл динамикалық теңгерімсіздіктің ерекше жағдайы.
ДИНАМИКАЛЫҚ ТЕҢГЕРІМСІЗДІК
Бұл инерцияның бас осі айналу осіне де параллель, де қиылысатын болмағандағы теңгерімсіздік.
Бұл ең жиі кездесетін теңгерімсіздік түрі, ол айналу осіне перпендикуляр кем дегенде екі жазықтықта массаны түзету арқылы түзетілуі мүмкін. Динамикалық теңгерімсіздік — бұл статикалық теңгерімсіздік пен моменттік теңгерімсіздіктің комбинациясы, мұнда статикалық теңгерімсіздіктің жұптың теңгерімсіздігіне қатысты бұрыштық орны 0° тең емес, 180° тең емес.