Способ регулирования вибрационных характеристик системы объект - опора

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для подавления вибрации подтверженных воздействию вибрационной нагрузки объектов. Сущность способа регулирования вибрационных характеристик системы объект-опора заключается в том, что изменяют физические параметры объекта, причем объект нагружают дополнительными силовыми факторами, направления воздействия которых не совпадают с регулируемой вибрацией. Техническим результатом является расширение области применения способа по факторам расширения контингента прикладываемых силовых факторов и расширения собственно количества объектов, к которым эти факторы прикладывают, а также расширение количества управляемых характеристик объектов.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для подавления вибрации подверженных воздействию вибрационной нагрузки объектов, например, роторов энергетических установок транспортных машин.

Известен способ подавления радиальной вибрации роторов турбомашин, заключающийся в изменении частоты собственных колебаний системы ротор-корпус, отличающийся тем, что ступенчато увеличивают давление во внутренней полости ротора перед разгоном ротора и стравливают избыточное давление после достижения ротором оборотов, соответствующих собственной частоте не наддутого ротора [А.с. 1632122 A1 SU, МПК F 16 F 15/16. Способ подавления радиальной вибрации роторов турбомашин/ В.А.Антипов, О.В.Фомин, П.П.Власов. - ДСП. 1988 г.].

Недостатком указанного способа является ограниченность (узость) его применения из-за оговоренной строгой последовательности воздействия силового фактора на ротор при прохождении ротором резонанса. Причем рассматривается только конкретный силовой фактор: наддув ротора.

Известен способ регулирования демпфирующих свойств многослойных элементов, заключающийся в изменении физических параметров элемента, отличающийся тем, что изменение его упругофрикционных характеристик осуществляют путем приложения к элементу продольных растягивающих или сжимающих усилий [А.с. 589483, СССР, МПК F 16 F 15/06. Способ регулирования демпфирующих свойств многослойных элементов/ И.Д.Эскин, Ю.К.Пономарев, В.А.Безводин, В.А.Антипов. - Опубл. 25.01.78., бюлл. №3].

По сравнению с аналогом [А.с. 1632122 A1 SU, МПК F 16 F 15/16. Способ подавления радиальной вибрации роторов турбомашин/ В.А.Антипов, О.В.Фомин, П.П.Власов. - ДСП, 1988 г.] этот способ более универсален, так как в этом способе речь идет об изменении упругофрикционных характеристик объекта путем приложения дополнительного силового фактора: продольных усилий, а не конкретно о прохождении ротором резонансной зоны. Поэтому указанный способ выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Однако область применения этого способа также существенно ограничена. Речь идет только о продольных растягивающих или сжимающих усилиях, а сам способ применим только к многослойным демпфирующим элементам, то есть к системам с сосредоточенным демпфированием для изменения их упругих или диссипативных свойств. Исследования авторов (см., например, Антипов В.А., Дулецкий В.А. Динамическая модель ротора с учетом влияния силовых факторов. // Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: Материалы второго международного научного симпозиума. - Орел: ОрелГТУ, 2003. - С.281...284; Антипов В.А., Дулецкий В.А. Влияние силовых факторов на амплитудно-частотные характеристики быстровращающегося ротора // Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: Материалы второго международного научного симпозиума. - Орел: ОрелГТУ, 2003. - С.453...456) показали, что на практике имеет место более общая зависимость, а именно зависимость вибрационных свойств системы объект-опора от дополнительных силовых факторов, общей характеристикой которых является не совпадение направления их действия с направлением регулируемой вибрации, а работы [А.с. 1632122 A1 SU, МПК F 16 F 15/16. Способ подавления радиальной вибрации роторов турбомашин/ В.А.Антипов, О.В.Фомин, П.П.Власов. - ДСП, 1988 г.] и [А.с. 589483, СССР, МПК F 16 F 15/06. Способ регулирования демпфирующих свойств многослойных элементов/ И.Д.Эскин, Ю.К.Пономарев, В.А.Безводин, В.А.Антипов. - Опубл. 25.01.78., бюлл. №3] являются частными случаями проявления этой зависимости.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание предлагаемого изобретения, является расширение области применения способа по факторам расширения контингента прикладываемых силовых факторов и расширения собственно количества обектов, к которым эти факторы прикладывают, а также расширение количества управляемых характеристик объектов.

Технический результат достигается тем, что регулируют вибрационные характеристики системы объект-опора путем нагружения объекта дополнительными силовыми факторами, направление воздействия которых не совпадает с направлением регулируемой вибрации.

Область применения известного способа значительно расширена за счет того, что, во-первых, рассматривается не какой-то один конкретный силовой фактор, например, продольные усилия или наддув ротора, а комплекс силовых факторов, имеющих общую характеристику: их направление воздействия отлично от направления регулируемой вибрации. Во-вторых, рассматривается не конкретная задача, например прохождение ротором резонансной зоны и не конкретный многослойный элемент системы с сосредоточенным демпфированием, а регулирование вибрационных характеристик системы объект-опора вообще. И наконец, в третьих, как показали наши исследования, речь идет о расширении спектра воздействия указанным способом на вибрационные характеристики, то есть регулируют ширину зон неустойчивости, собственно количество суб- и суперрезонансов, перераспределяют энергию между резонансами и т.п., при этом положительные эффекты способов [А.с. 1632122 A1 SU, МПК F 16 F 15/16. Способ подавления радиальной вибрации роторов турбомашин/ В.А.Антипов, О.В.Фомин, П.П.Власов. - ДСП, 1988 г.] и [А.с. 589483, СССР, МПК F 16 F 15/06. Способ регулирования демпфирующих свойств многослойных элементов/ И.Д.Эскин, Ю.К.Пономарев, В.А.Безводин, В.А.Антипов. - Опубл. 25.01.78., бюлл. №3] являются частными случаями проявления этой зависимости.

В качестве примера конкретного выполнения рассмотрим частный случай из практики судового дизелестроения. При доводке высокооборотного агрегата наддува дизеля оказалось, что несмотря на принятые меры (использование средств виброзащиты объекта), расчетные вибрационные характеристики агрегата наддува не соответствуют реальным. Имеет место повышенная вибрация; рабочие частоты ротора близки к резонансным зонам. При этом решить задачу изменением упругодиссипативных свойств опор ротора не удалось. В этой ситуации задачу удалось решить путем применения предлагаемого способа регулирования вибрационных характеристик системы объект-опора. Приложив дополнительный силовой фактор (организовав наддув полостей дисков ротора) удалось сместить резонансные частоты, перераспределить энергию спектра и снизить уровень вибрации объекта.

Данное конкретное техническое решение не является универсальным. Этим дополнительным силовым фактором мог бы быть и наддув ротора, и продольные усилия, и крутящий момент, и изгибающий, и т.п. Конструктивное исполнение ротора современной турбомашины предусматривает разгрузку от осевых сил. Можно, например, путем изменения величины этого усилия изменить вибрационные характеристики объекта ротор-опора.

Другое техническое решение можно изменить, например, величину передаваемого крутящего момента путем изменения количества ступеней турбины или компрессора, изменить форму газовоздушного тракта и т.п.

Решения могут быть разнообразными.

Исключительной важностью при этом является то, что ранее влияние этих факторов на вибрационные характеристики объекта не учитывались, а, зная суть способа, можно целенаправленно его использовать для изменения вибрационных характеристик объекта и, тем самым, повысить надежность и ресурс энергетической установки, достичь требуемого уровня вибрации при доводке двигателя, исключить использование на практике двигателей с повышенной вибрацией, улучшить эксплуатационную экологию.

Способ регулирования вибрационных характеристик системы объект - опора, заключающийся в изменении физических параметров объекта, отличающийся тем, что объект нагружают дополнительными силовыми факторами, направления воздействия которых не совпадают с регулируемой вибрацией.