Расчет на прочность валов ГДТ. Расчет вала турбины. Методика проектировочного расчета, позволяющая определить размеры вала турбины, страница 3

Зависимость между нагрузкой, числом оборотов и долговечностью подшипника выражается эмпирической формулой

                          (23)

где  - коэффициент работоспособности подшипника, значения которого приводятся в каталоге;

 - число оборотов вала в минуту;

 -расчетная долговечность подшипника в часах;

 - постоянная нагрузка, соответствующая расчетной долговечности подшипника.

Приведенная условная нагрузка радиально – упорных подшипников по формуле

(24)

где:  - действующая радиальная нагрузка в кг;

 - действующая осевая нагрузка в кг;

 - коэффициент кольца. При вращении внутреннего кольца

 - коэффициент динамичности. Для роторов ГТД  

 - температурный коэффициент. Его значение определяется по формуле

 - коэффициент проведения осевой нагрузки и условной радиальной:

 

 

 

Последовательность выбора подшипника:

1. Геометрические размеры подшипника легкой серии определяются из каталога по диаметру вала.
2. Для выбранного подшипника по каталогу определяется коэффициент работоспособности -
3. Приведенная условная нагрузка вычисляется по формуле (24).

Для роликового подшипника она равна радиальной силе

4.   Долговечность подшипника вычисляется по формуле (23), разрешенной относительно

                         (25)

где:  - коэффициент работоспособности, определенный в пункте 2;

 - приведенная условная нагрузка, вычисленная в пункте 3;

 - максимальная скорость вращения.

Если долговечность подшипника скажется меньше заданной, то следует выбрать подшипник с большим углом  и повторить расчет. При недостаточности этого, устанавливается два подшипника или же выбирается подшипник большего диаметра.

4. Критическая скорость вращения ротора турбины

Окончательно с работоспособности вала судят после определения критической скорости и сравнение ее с максимальной скоростью вращения ротора двигателя.

Критическая скорость вращения  представляет собой резонансный режим работы, на котором собственная частота колебаний ротора равна или кратна частоте возмущений силы. Такой является центробежная сила от дисбаланса ротора.

На критическом режиме интенсивно растет прогиб вала, сопровождаемый сильной вибрацией всего двигателя. При работе на этом режиме наблюдается касание рабочих лопаток турбины о корпус, выход из строя подшипников, поломка валов. В связи с этим, работа на режимах, близких к критическому, недопустима.

Жесткими называются валы, рабочая скорость которых меньше критической  Гибкие валы работают при  Таким образом один и тот же вал, в зависимости от режима работы может быть жестким или гибким.

Допустимы для жестких валов являются режимы  а для гибких валов -  Следует заметить, что быстрый переход через критический режим протекает спокойно, без сколько – нибудь заметных прогибов и вибраций.

В выполненных конструкциях применяются исключительно жесткие валы. Это диктуется необходимостью исключения касания рабочих лопаток о корпус турбины на всех режимах работы при минимальных радиальных зазорах.

Возмущающей является центробежная сила ротора, возникающая вследствие его статической и динамической неуравновешенности. Для уменьшения дисбаланса роторы в процессе их изготовления подвергаются статической и динамической балансировки. Статическая балансировка выполняется на ножах путем перестановки и замены лопаток. Динамическая балансировка осуществляется на специальных стендах и достигается креплением балансировочных грузов или снятием материала в плоскостях ротора. Так как целью динамической балансировки является уменьшение вращающегося изгибающего момента, то для уменьшения массы балансировочных грузов плоскости и их установки целесообразно возможно больше разносить.

Вращение ротора может сопровождаться прецессионным движением вала. Прецессией называется вращение изогнутого вала. При прямой синхронной прецессии прогиб вращается со скоростью диска в одном с ним направлении. При вращении прогиба со скоростью диска в противоположную сторону прецессия называется обратной синхронной. При несовпадении скоростей вращения прогиба и диска прецессии называются несинхронными.

При прецессионном движении вала с диском возникает гироскопический момент, направленный или прямой прецессии на уменьшение прогиба вала.

Критическая скорость вращения  зависит от многих факторов: жесткости вала , массы диска  массы вала  положения диска относительно опор, жесткости опор  величины крутящего момента  осевой силы  и ее направления, гироскопического момента