Современный уровень развития машиностроения предъявляет высокие требования к точности изготовления роторных систем, что обуславливается необходимостью получения высокой частоты вращения роторов. Для достижения высоких скоростей вращения перспективным представляется установка роторов на бесконтактные опоры, и, в частности, – газостатические [1].
Известно, что с ростом скорости вращения ротора увеличивается и уровень его вибрации, усложняются динамические процессы в системе. Поэтому для проектирования и использования узлов с газовыми опорами необходимо определять не только статические, но и динамические характеристики системы «ротор-подшипник».
Наиболее достоверные данные получаются на основе проведения экспериментальных исследований. С этой целью разработана конструкция экспериментального стенда, которая представлена на рисунке
1.
1 – вал; 2,3 – опорные газостатические подшипники; 4 – нагрузочный подшипник; 5,6 – устройство, создающее радиальную нагрузку; 7 – турбина; 8 – датчик, регистрирующий
перемещения вала
Рисунок 1 – Экспериментальный стенд для исследования характеристик газостатического подшипника
Опорами вала служат два газостатических подшипника 2, 3, которые имеют два сдвоенных ряда питателей. С помощью поршня 5 и подшипника 4 на вал создаётся радиальная нагрузка. Приводом служит малоразмерная турбина 7. От компрессора сжатый воздух подается к воздушным опорам вала, нагрузочному подшипнику, нагрузочному устройству и к турбине. Колебания ротора регистрирует индукционный датчик 8.
В ходе экспериментов варьировались следующие параметры: давление надува газа в опоры, частота вращения вала, статическая нагрузка, уровень дисбаланса вала и средний радиальный зазор газовой опоры.
Известно, что при работе ротора на газостатических подшипниках его ось подвижна (траекторию оси называют кривой подвижного равновесия). Смещение ротора относительно оси симметрии газостатических опор в результате действия сил тяжести и других внешних сил при вращении обуславливает появление центробежной силы инерции. Кроме этого в газовом зазоре опоры возникают и газодинамические силы, источником которых является изменение радиального зазора в газовом слое [2].
Для оценки устойчивости работы роторной системы и точности вращения вала необходимо иметь сведения о перемещениях ротора при различных режимных параметрах работы и воздействии внешних возмущений.
Реализована следующая методика проведения исследований. В момент стабилизации работы ротора создается импульсное воздействие, сила которого регистрируется с помощью ударного молотка со встроенным датчиком силы. При этом определяется перемещение ротора, обусловленное этим импульсным воздействием.
С помощью пакета Mathlab находится передаточная функция перемещений оси ротора в зависимости от величины нагрузки, что позволяет получить амплитудно-фазо-частотные характеристики системы и в дальнейшем построить модель динамического воздействия на ротор.
Подводя итоги, можно отметить следующее. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд для исследования влияния импульсного воздействия на устойчивость ротора. Проведена серия зондирующих экспериментов по исследованию влияния различных конструктивных и режимных параметров на устойчивость высокоскоростных роторов и траекторию их движения.