CC BY
81
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №9/2016 ISSN 2410-6070
безопасности//В сборнике: Логистика - евразийский мост материалы XI международной науч-практ. конференции. 2016. С. 256-261.
© Григорьев М.Н., Уваров С.А., 2016
УДК 621.825
В.Ю.Ильичев
к.т.н., доцент кафедры «Тепловые двигатели и теплофизика» Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Калуга, Российская Федерация E-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАСЦЕНТРОВКИ МУФТ РОТОРОВ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ
ВИБРАЦИЙ И ОСЕВЫЕ УСИЛИЯ
Аннотация
Рассматриваются процессы, происходящие в соединительных муфтах роторных машин при их работе в условиях расцентровки осей валов. Данные вопросы являются мало исследованными, тогда как в расцентрованных системах наблюдаются быстрый износ и аварии подвижных узлов. Понимание механизмов протекания указанных процессов позволит выработать рекомендации для повышения надёжности работы роторных машин.
Ключевые слова
Осевое усилие, расцентровка валов, вибрация роторов.
Расцентровкой называется взаимное положение осей валов в месте их соединения при разобранной соединительной муфте. Если оси соединяемых муфтой валов совпадают, то расцентровка равна нулю. В реальных агрегатах расцентровка муфт возникает чаще всего из-за несовпадения осей вкладышей опорных подшипников. Причиной несовпадения осей может служить, например, взаимное смещение опор валов при монтаже, при силовых и тепловых деформациях валов и опор при эксплуатации.
Целью данного исследования является выявление влияния расцентровки осей валов в различных типах муфт на вибрации, воспринимаемые опорами, и на осевое усилие, воспринимаемое упорным подшипником. Данная проблема является актуальной и мало изученной, тогда как в роторных машинах, в которых валы соединены с помощью муфт, часто возникают аварии упорных подшипников и быстрый износ взаимно перемещающихся поверхностей - опорных подшипников, частей муфт (при их проскальзывании), уплотнений.
Соединительные муфты роторов можно разделить на три группы: жёсткие, гибкие, подвижные с гистерезисом [2]. Каждый из этих типов муфт при их расцентровке по-разному влияет на интенсивность, спектр вибраций и на осевое усилие.
Жёсткие муфты конструктивно представляют из себя фланцевые соединения валов. Они отличаются простотой конструкции и способностью передавать большие крутящие моменты, но искривление осей соединяемых валов при их применении являются наибольшими, так как при вращении ротора полумуфты не могут перемещаться относительно друг друга. Однако, в работе [2] отмечается, что в жёсткой муфте даже при расположении опор не по одной оси не будет возникать вибраций и осевых усилий в случае, если в месте соединения (в муфте) нет расцентровки. Имеется только статическое нагружение подшипников в плоскости расцентровки (при вращении валы всё время изогнуты в одной плоскости).
Если же жесткая муфта сама смонтирована с расцентровкой (такое соединение называют «колено»), в
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №9/2016 ISSN 2410-6070_
ней неизбежно возникает вибрация на подшипниках из-за вращения плоскости расцентровки. Но так как эта плоскость перпендикулярна осям роторов, осевая сила при расцентровке жёсткой муфты не возникает.
Примером гибкой муфты служит линзовая муфта, в которой валы механизмов соединяются при помощи элемента изогнутой формы. При наличии расцентровки в радиальном направлении, в этом же направлении происходит общее увеличение вибрации, особенно второй гармоники оборотной частоты. В осевом направлении сильно вырастают вторая и третья гармоники [2].
Реакция гибкой муфты на допустимые по техническим условиям расцентровки осей валов (по осям опорных подшипников) характеризуется нелинейной связью величины вибрации от величины расцентровки. Сама же вибрация, как правило, не выходит за рамки допустимых норм.
При превышении расцентровкой определённого значения будет наблюдаться практически прямая связь между величиной расцентровки и уровнем вибрации, вызванным ей. Это значение определяется величиной допустимой расцентровки, которую, исходя из конструктивных особенностей, может компенсировать гибкая муфта.
В класс подвижных муфт с гистерезисом можно отнести те муфты, которые в пределах небольших взаимных смещений полумуфт могут вести себя как подвижное соединение валов, а при больших смещениях они ведут себя как жесткие или гибкие муфты. К ним можно отнести кулачковые, зубчатые, пальцевые, пружинные муфты.
Величина допустимого взаимного смещения валов механизмов, при котором не возникает увеличения вибраций и нагрузок на опорные подшипники, определяется конструкцией муфты. Именно это значение допустимого смещения и называют гистерезисом муфты.
При наличии в агрегате расцентровки, не превышающей предусмотренного техническими условиями допустимого значения, вибраций практически не происходит, если полумуфты имеют возможность взаимного перемещения (силы сопротивления взаимному перемещению полумуфт меньше сил со стороны сдеформированных валов).
Наиболее часто встречающимся дефектом муфт с гистерезисом (например, зубчатых) является питтинг - выкрашивание металла соприкасающихся поверхностей полумуфт. На последней фазе питтинга происходит сваривание полумуфт за счет перегрева, и муфта начинает работать как жёсткая (начинают действовать те же процессы при расцентровке, рассмотренные выше).
При повышении расцентровки до значений, больших допустимых для данного типа подвижной муфты, вибрация значительно увеличивается и в спектре появляются вторая и третья гармоники, в том числе и в осевом направлении.
В качестве упругих элементов часто используются упругие пластины и пакеты пластин. В таких муфтах возникают осевые усилия, расталкивающие валы. Они вызваны искривлением формы рабочей части упругих пластин под действием крутящего момента. Для предотвращения осевого смещения валов предусматриваются дистанционные болты, однако их применение ограничивает взаимную подвижность полумуфт, что приводит к росту в них вибраций.
Эту проблему можно решить применением в качестве упругих элементов муфты зигзагообразных пружин, препятствующих возникновению усилий в осевом направлении, что достигается специальной формой упругих элементов, компенсирующих эти усилия [1].
Список использованной литературы:
1. Ильичев В.Ю. Исследование влияния конструкции соединительных муфт на динамику роторных систем турбоагрегатов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Калуга, 2003. - 170 с.
2. Русов В.А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам. - Пермь: Изд-во Виброцентр. - 2012. - 252 с.
© Ильичев В.Ю., 2016
