Автоколебания и субгармонические вибрации. Часть 1. Причины возникновения низкочастотной вибрации

Аннотация

Даны краткий обзор, терминология и основные понятия в области низкочастотной вибрации, обсуждаются различные причины потери устойчивости, в том числе: - аэрогидродинамическое возбуждение автоколебаний роторов от действия аэродинамических возмущающих сил в ступенях и уплотнениях турбин; - гидродинамическое возбуждение в масляной плёнке различных типов подшипников в условиях технологических отклонений, потеря устойчивости при действии сил внутреннего трения и конструкционного демпфирования. По сравнению с предыдущими работами учтены существенные, ранее упускаемые факторы, влияющие на низкочастотную вибрацию, в том числе угловые коэффициенты жёсткости и демпфирования масляной плёнки, параметры устойчивости введены как функции расхода пара. Введено понятие зона потери устойчивости в нижней части кривой всплытия при больших нагруженностях и др. Дана оценка и выполнено сопоставление наиболее важных параметров, влияющих на возникновение низкочастотной вибрации. Показаны особенности возникновения и действия аэростатических и аэродинамических сил в регулирующей ступени турбин с сопловым парораспределением. Отмечено, что аэродинамические силы, возмущающие автоколебания в регулирующей ступени, при традиционной системе парораспределения вначале растут с уменьшением расхода пара, так как мощность регулирующей ступени растёт со снижением расхода прикрытием третьего и четвертого клапанов. Затем, когда начинают закрываться первые два клапана, возмущающие силы начинают падать. А поскольку доля возмущающих сил может достигать 30 % и даже быть больше названного значения, то суммарные возмущающие силы в цилиндре высокого давления изменяются не пропорционально расходу пара. Рассмотрены некоторые другие причины возникновения низкочастотной вибрации субгармонического характера. Статья преследует три цели: 1) помочь понять, почему и как необходимо обеспечивать на стадиях проектирования и эксплуатации устойчивость роторных систем и предотвращать низкочастотную вибрацию различного вида. Показано, что для этого, прежде всего, необходимо выполнить расчёты комплексных частот и форм колебаний валопроводов, обеспечить отстройку валопровода от опасных зон и при варьировании ряда параметров определить и обеспечить запасы устойчивости по частоте вращения и по расходу рабочего тела; 2) для эффективного создания подсистемы диагностики низкочастотной вибрации необходимо разобрать детально, по частям, причины её появления и предусмотреть установку полной системы датчиков вала, которые в случае динамически жёстких опор дадут более надёжную информацию о развитии низкочастотной вибрации, чем датчики абсолютной вибрации опор. Причём здесь представлена только лишь часть технологии её контроля; 3) предложить эффективные и короткие пути устранения низкочастотной вибрации при её возникновении на конкретном турбоагрегате.