Высокочастотная вибрация турбоагрегатов
4.4. Высокочастотная вибрация турбоагрегатов
Высокочастотными вибрациями называются вибрации с частотой, вдвое превышающей частоту вращения ротора. Для турбоагрегатов, имеющих частоту вращения 50 1/с, частота вибрации составляет 100 Гц.
Вибрация двойной оборотной частоты возникает под действием веса при изгибной анизотропии ротора.
Представим себе для простоты однодисковый симметричный ротор, сечение вала которого (рис. 4.20, а) не имеет осевой симметрии (например, имеет форму эллипса). Пусть в некоторый момент времени сечение расположено так, что большая ось эллипса вертикальна (рис. 4.20, б), и под действием силы тяжести ротор имеет прогиб у1 .
При повороте ротора на 90º (рис. 4.20, в) сопротивление сечения ротора изгибу уменьшится, и поэтому прогиб возрастет до значения у2. При дальнейшем повороте ротора на 90º его прогиб опять уменьшится и т.д. Таким образом, если в вертикальной плоскости установить индикатор деформации, то при вращении ротора он зафиксирует вертикальные перемещения вала, т.е. вибрацию, частота которой будет в 2 раза больше частоты вращения ротора, поскольку за один оборот ротор будет совершать два колебания.
Такие колебания никак не связаны с неуравновешенностью ротора, и их поэтому невозможно устранить балансировкой. Необходимым и достаточным условием для их появления является асимметрия сечения вала. При вращении ротора с асимметричным сечением возникает периодическая сила с частотой 2ш. Эта сила воздействует на ротор не статически, а динамически, т.е. эффект от ее воздействия тем больше, чем ближе ее частота, которая зависит от частоты вращения ротора, к какой–либо из критических частот валопровода.
Люди также интересуются этой лекцией: 8. Операционный метод математического описания.
Рис. 4.20. Возникновение высокочастотной вибрации
Основным источником вибрации двойной оборотной частоты является электрический генератор, в частности, для турбин с частотой вращения 50 1/с. Ротор такого генератора имеет два полюса (рис. 4.21), т.е. две обмотки, расположенные на противоположных сторонах ротора, и поэтому его сопротивление изгибу различно в разных плоскостях. Эта разница может доходить в современных мощных генераторах до 30–40 % и вызывать интенсивную вибрацию двойной оборотной частоты, которая создает определенную опасность для электрической части генератора, а также для корпусов подшипников, фундамента и т.д. Особенно интенсивные колебания возникают, если турбогенератор имеет частоту вращения 50 1/с, а какая–либо из критических частот вращения примерно равна 100 1/с. В этом случае возникает резонанс.
Рис. 4.21. Сечение ротора двухполюсного электрического генератора
Для уменьшения вибрации двойной оборотной частоты применяются специальные конструктивные меры, направленные на уменьшение разножесткости сечения ротора генератора: на большом зубе ротора (периферийной части ротора, где отсутствует обмотка) выполняют продольные пазы и поперечные прорези.
Источником высокочастотных возмущающих сил в собственно турбине могут быть шпоночные пазы дисков, колеса насосов и т.д., однако асимметрия, вносимая ими, как правило, невелика.