Оптимизация низкочастотной балансировки ротора ГД-40

Abstract

Для борьбы с роторной вибрацией малоразмерных роторов массой до трёх килограмм в России широко используются низкочастотные балансировочные станки серии ВМ «Морион», осуществляющие их статическую и моментную балансировку. Однако, как показала практика на предприятии, низкочастотная двухплоскостная балансировка (НЧБ) роторов ГД-40, используемых в системе наддува дизелей, в 15–20 % случаев приводит не к уменьшению, а к увеличению вибрации ротора. В предлагаемой работе исследуется причина этого явления и способы её устранения. Построена дискретно-континуальная модель ротора и определены его критические частоты вращения и собственные формы. Разработана вероятностно-статистическая модель исходного дисбаланса ротора ГД-40 с насадными деталями. Показано, что две плоскости коррекции, используемые при балансировке, расположены вблизи пучностей I и II форм ротора, так что корректирующие массы, уравновешивающие статический и моментный дисбалансы, создают достаточно большие обобщённые вынуждающие силы на его I и, особенно, на II собственных формах. Это и приводит к увеличению вибронагруженности ротора после двухплоскостной НЧБ. Предложено проводить балансировку не в двух, а в трёх плоскостях коррекции, используя в качестве исходных данных результаты предварительного экспериментального определения статического и моментного дисбаланса ротора на станке «Морион», что позволяет ортогонализовать силы инерции корректирующих масс к более опасной второй собственной форме. На основании расчёта амплитуд вынужденных колебаний ротора при 50 вариантах распределения случайных дисбалансов показано, что трёхплоскостная балансировка позволяет значительно уменьшить вибронагруженность ротора во всей зоне рабочих частот, полностью ис- ключив случаи её увеличения. Problem solutions connected with rotary vibration decrease issues are based upon a linear vibration theory. The theory also points out main vibration control measures: vibration isolations, damping, dynamic damping, decreasing the amount of driving force. One of the examples of the last mentioned is rotor balancing, particularly low-speed balancing. A lowspeed rotary balancing is a fulfillment of a condition of a rotation axis passing through its centre of mass and compliance of a rotation axis of a rotary with one of its main inertial axes. Recently rather compact low frequency balancing machines of BM series, named “Morion”, allowing static and instant balancing of rotary mass up to 3 kilos have appeared in Russia. The machine is placed on the table. Such machines have found use during rotary balancing of turbines of internalcombustion engines and gas-turbine engines, as the production of such rotors is large and each item is needed to be balanced The aim is to determine the extent to which the introduction of a third plane correction in a given cross- section increases the efficiency of the available low-frequency balancing on the balancer “Morion”. The project addressed the following questions: • Building a computational model of the rotor GD-40; • Determination of natural frequencies and forms of the spinning rotor; • Develop and probabilistic reasoning – a statistical model of the rotor unbalance shaftmounted design; • Study the effectiveness of balancing systems using different corrective masses; • Use a 3-plane balancing in practice; • Analysis of influence of the correction planes.