Способ высокочастотной балансировки гибкого ротора

 

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей высокочастотной балансировки гибких роторов на высокооборотном балансировочном стенде, который может быть использован, например, для балансировки гибких роторов турбонасосных агрегатов. Способ основан на корректировке масс ротора для обеспечения минимальных нагрузок на опоры и деформации ротора во всем диапазоне эксплуатационных частот его вращения, а также - на последующей разборке ротора и сборке его в составе агрегата. Сущность изобретения состоит в том, что до установки ротора на балансировочный стенд перед сборкой ротора стабилизируют размеры его деталей за счет их вращения при частоте вращения, превышающей максимальную рабочую, с последующей обработкой посадочных поверхностей. Далее подбором взаимного положения деталей за счет их разворота на валу обеспечивают минимальные монтажные деформации ротора. Затем стабилизируют посадки деталей и изменение монтажных деформаций ротора путем его переборок. После установки ротора на балансировочный стенд стабилизируют посадки деталей под рабочими нагрузками за счет циклических испытаний ротора в рабочем диапазоне частот вращения, а после высокочастотной балансировки проводят подтверждение допустимых величин нагрузок на опоры и деформаций ротора путем его переборки и последующих испытаний на балансировочном стенде в рабочем диапазоне частот вращения.

Изобретение относится к области балансировочной техники и может быть использовано при балансировке гибких роторов турбонасосных агрегатов (ТНА) ЖРД.

Известен способ высокочастотной балансировки гибких роторов турбомашин, основанный на корректировке масс деталей ротора, для обеспечения минимальных нагрузок на споры и деформаций ротора во всем диапазоне эксплуатационных частот вращения. При балансировке на балансировочном стенде проводятся пуски ротора с вращением в рабочем диапазоне частот вращения.

После балансировки ротор подвергается разборке. Перед разборкой взаимное положение деталей отмечается метками. Последующая сборка ротора в составе турбомашины проводится по меткам (Основы балансировочной техники. т. 2, Уравновешивание гибких роторов. /Под ред. д-ра техн. наук проф. В.А.Щепетильникова. М.: Машиностроение, 1975, с. 212,216 - прототип).

Недостатки известного способа заключаются в том, что при высоких частотах вращения в процессе высокочастотной балансировки в высоко нагруженных деталях ротора возникают остаточные деформации, что вызывает дополнительную разбалансировку ротора из-за изменения посадок и взаимного смещения деталей и изменения положения главной центральной, оси инерции деталей. Величина этой разбалансировки является нестабильной и изменяется в процессе балансировки при каждом пуске ротора. Поэтому назначаются повышенные допустимые нагрузки на опоры и деформации ротора на величину изменения нагрузок и деформаций при повторных пусках ротора. Это приводит к снижению ресурса подшипников и всей машины и вызывает повышенные вибрации машины.

Кроме того, отбалансированный ротор после, разборки и последующей сборки в составе турбомашины может иметь нагрузки на опоры и деформации значительно превышающие нагрузки и деформации обеспечиваемые при балансировке. Увеличение нагрузок и деформаций вызвано тем, что в процессе вращения ротора при балансировке и при его последующих сборке и разборке происходит изменение размеров и состояния посадочных поверхностей деталей (цилиндрических и торцовых поверхностей, резьб, шлиц и т.д.). Это приводит к непрогнозируемому снижению ресурса машины.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков известного способа высокочастотной балансировки.

Это достигается тем, что до установки ротора на балансировочный стенд перед сборкой ротора стабилизируют размеры деталей испытаниями их на технологических валах при частоте вращения превышающей максимальную рабочую с последующей механической обработкой посадочных поверхностей, обеспечивают минимальные монтажные деформации ротора подбором взаимного положения деталей за счет их разворота на валу, стабилизируют посадки деталей и изменение монтажных деформаций ротора путем его переборок, после установки ротора на балансировочный стенд стабилизируют посадки деталей за счет циклических испытаний ротора в рабочем диапазоне частот вращения, а после высокочастотной балансировки проводят подтверждение допустимых величин нагрузок на опоры и реформаций ротора путем его переборки и последующих испытаний на балансировочном стенде в рабочем диапазоне частот вращения.

Перед сборкой ротора его рабочие колеса (крыльчатки, турбины) подвергают испытаниям на технологических валах при частоте вращения превышающей максимальную рабочую. Детали устанавливаются на технологические валы с припуском для механической обработки. Величина припуска выбирается минимальной, но больше величины остаточных деформаций поверхностей деталей после испытаний.

После испытаний посадочные поверхности деталей подвергают механической обработке. Практикой установлено, что после испытаний последующее вращение детали при частотах вращения не превышающих частоту вращения при испытаниях на технологическом валу не создает остаточных деформаций. Поэтому, прошедшие после испытаний механическую обработку, детали сохраняют свои размеры при высокочастотной балансировке и при работе в составе ТНА.

Далее детали устанавливают на вал и производят подбор взаимного положения деталей за счет их разворота на валу. Подбор осуществляют до получения минимальных величин и минимальных изменений величин монтажных деформаций ротора. Измерение монтажных деформаций осуществляют путем замера биений контрольных поверхностей деталей при проворачивании ротора на подшипниках. Чем меньше величина, и изменение величины монтажных деформаций тем меньше изменение нагрузок на опоры и деформаций ротора при балансировке ротора на балансировочном стенде и тем меньшие, величины нагрузок и деформаций обеспечиваются при балансировке. После подбора взаимное положение деталей отмечается метками.

Далее производят сборку и не менее двух переборок ротора. При переборках ротора происходит взаимная приработка посадочных поверхностей деталей, что уменьшает изменение монтажных деформаций при его переборках.

После установки на стенд проводит циклические двукратные испытания ротора. При циклических испытаниях под действием центробежных сил и вибраций происходит смятие микронеровностей и взаимная приработка посадочных поверхностей деталей. Это стабилизирует изменение нагрузок на опоры при циклических испытаниях и при работе ротора в составе ТНА.

После циклических испытаний выполняют высокочастотную балансировку ротора в рабочем диапазоне частот вращения. При балансировке корректируют массы деталей для обеспечения минимальных нагрузок на опоры и деформаций ротора.

После высокочастотной балансировки производят переборку и подтверждающие испытания ротора на балансировочном стенде. При подтверждающих испытаниях измеряют нагрузки на опоры и деформации ротора. Если нагрузки и деформации не превышают допустимые, ротор разбирают и собирают в составе ТНА. При превышении заданных величин нагрузок и деформаций, что свидетельствует о невыявленных в процессе изготовления деталей отклонений от требований технической документации, ротор не используется.

Предлагаемый способ высокочастотной балансировки ротора является эффективным средством повышения ресурса и надежности ТНА. Этот способ является также эффективным методом выявления отклонений при изготовлении деталей от требований технической документации не контролируемых на каждой детали.

Формула изобретения

Способ высокочастотной балансировки гибкого ротора, основанный на корректировке масс ротора для обеспечения минимальных нагрузок на опоры и деформаций ротора во всем диапазоне эксплуатационных частот вращения и последующей разборке ротора и сборке его в составе агрегата, отличающийся тем, что до установки ротора на балансировочный стенд перед сборкой ротора стабилизируют размеры деталей путем их вращения при частоте вращения, превышающей максимальную рабочую, с последующей механической обработкой посадочных поверхностей, обеспечивают минимальные монтажные деформации ротора подбором взаимного положения деталей путем их разворота на валу, стабилизируют посадки деталей и изменение монтажных деформаций ротора путем его переборок, после установки ротора на балансировочный стенд стабилизируют посадки деталей под рабочими нагрузками путем циклических испытаний ротора в рабочем диапазоне частот вращения, а после высокочастотной балансировки проводят подтверждение допустимых величин нагрузок на опоры и деформации ротора путем его переборки и последующих испытаний на балансировочном стенде в рабочем диапазоне частот вращения.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.03.2006        БИ: 07/2006

---