книги / Эксплуатация шахтных вентиляторов

ха определения осевого усилия в вентиляторах двусто­ роннего всасывания в зависимости от режима работы при разных углах рассогласования приведена в § 68. Следует подчеркнуть, что осевое усилие направлено в сторону НА, лопатки которого установлены на больший угол (более прикрыты). Это объясняется тем, что меж­ ду входным отверстием рабочего колеса и НА имеет место тем большее разрежение, чем более прикрыты лопатки последнего.

Усилие, воспринимаемое упорным подшипником ро­ торов осевых машин, с достаточной степенью точности может быть определено с учетом перепада давлений в вентиляторе одноступенчатом

Ш= 9са( и - ^ у

где Я, ц — соответственно полное давление и полный к. п. д. вентилятора на рассматриваемом режиме; D2l D\ — соответственно диаметр рабочего колеса по кон­ цам лопаток и по втулке.

Для вентиляторов типа ВОД, полный к. п. д. кото­ рых равен 0,85, а относительный диаметр втулки D1=

В осевых вентиляторах, таким образом, максималь­ ное осевое усилие имеет место при максимальных дав-

272

лениях, т. е. при работе на «горбе» характеристики; Если к сказанному добавить, что эти режимы близки к зоне неустойчивой работы, характеризующейся значи­ тельными вибрациями, то станет очевидной нежелатель­ ность эксплуатации машин на таких режимах, обуслов­ ленная резким снижением надежности вентиляторов из-за возрастания статических и динамических нагрузок.

Анализ влияния параметров вентилятора на осевую нагрузку удобнее вести, используя безразмерный коэф­ фициент давления л\т Подставляя вместо

"= Ф Рт-.

получаем

(48)

Из этого выражения видно, что с точки зрения на­ грузок на подшипниковые узлы более желательно раз­ рабатывать осевые машины на базе высоконапорных схем, имеющих большие значения 1Е, одновременно на­ сколько возможно снижая рабочую окружную скорость. Действительно, увеличение скорости и приводит, как видно, из (48) к росту PQс в квадратической зави­ симости.

На рис. 89,6 приведен график определения осевого усилия в роторах вентиляторов типа ВОД

Рос==^ОС• ^22*

Причиной возникновения весьма значительных осе­ вых усилий, многократно превышающих рассмотренные выше нормальные эксплуатационные нагрузки, может быть нескомпенсированное температурное расширение вала. Такое явление возможно в тех случаях, когда роликоили шарикоподшипник в радиальной опоре

.лишен возможности перемещаться в осевом направле­ нии из-за пережатия его в расточке корпуса, непра­ вильной установки торцовых крышек, упорных колец и т. д.

Чтобы представить себе возможное усилие, возника­ ющее при зажатом радиальном подшипнике, определим линейное расширение вала ротора вентилятора ВЦД32М (ВЦД31,5М) при изменении температуры воздуха на 20°С (с 10 до 30°С), которое в подавляющем боль-

шинстве случаев характеризует сезонные перепады тем­ ператур в машинном зале вентиляторной установки.

При коэффициенте линейного расширения стали а =

корпуса и неправильной выставки фундаментной плиты подшипниковой опоры, лишенной контакта с железобе­ тоном фундамента под осью вала, роликоподшипник был пережат в корпусе. В результате этого имели место «сезонные» выходы из строя радиально-упорного под­ шипника. Причем роликоподшипник спрессовывало с вала ротора, рвало болты крепления торцовой шайбы.

§ 54. Определение напряжений в вале ротора

Все рассмотренные нагрузки воспринимаются валом ротора и подшипниками, установленными в его опорах. Чтобы определить напряжения в том или ином сечении ротора от действия этих сил, необходимо найти изгиба­ ющий момент от каждой из сил в данном сечении, а за­ тем просуммировать моменты от всех действующих сил. В табл. 21 приведены значения М113Г для разных видов нагружения.

Напряжение изгиба находится из выражения

(49)

где 2М — сумма моментов всех действующих на вал сил, найденных для данного сечения; W = 0,\d3— момент сопротивления рассматриваемого сечения (d — диаметр вала в данном сечении).

Группа нагрузок, относящихся к неподвижным в пространстве (см. § 53), вызывает в сечениях вала зна­ копеременные напряжения. В связи с этим запасы проч-

274

ности, которые обеспечиваются при напряжениях, полу­ ченных по формуле (49), определяют не по допускае­ мым напряжениям, а исходя из предела выносливости (усталости). При этом под пределом выносливости по­ нимают такую величину напряжения, которую в состоя­

при частоте вращения, например, 600 об/мин, составля­ ет 3 -108, а следовательно, за четыре года работы более 109 циклов.

Предел усталости для такого числа циклов опреде­ ляется по методу Беренова. А именно: строится прямо­ угольный треугольник, у которого вертикальный катет равен a'-i, а горизонтальный разделен на семь участков (рис. 90). Затем от вершины прямого угла по горизон­ тали откладывается т делений, где т = п —7, а п — по-

казатель. степени рабочего числа циклов. Для вентиля­ торов главного проветривания можно принимать т = 3. Такой метод базируется на предположении, что при любом, стремящемся к нулю напряжении разрушение наступает при числе циклов 1014. Описанный выше тре­ угольник представляет собой кривую усталости в коор­ динатах напряжение — время, построенную в полулога­ рифмических координатах.

вала.

Коэффициент 0,39 учитывает как соотношение меж­ ду пределами прочности и выносливости, так и масш­ табный фактор для валов с диаметрами свыше 150 мм.

Поскольку, как показано выше, предел выносливости пропорционален временному сопротивлению, казалось бы достаточным применять более прочные, легирован­ ные стали для наиболее нагруженных узлов роторов с целью обеспечения надежной работы при длительной эксплуатации. Однако этот вывод не верен. Дело в том, что легированные стали настолько более чувствительны к концентраторам напряжений, местным сопротивлени­ ям, что приведенный предел выносливости их зачастую оказывается значительно ниже, чем у низкоуглероди­ стых конструкционных ст'алей.

Приведенный метод определения напряжений в се^ чениях вала ротора относится к случаю, когда вал вы­

полнен с чистотой поверхности не ниже у (V 6) и не

имеет концентраторов напряжений в виде галтелей, подрезов, шпоночных пазов и т. д.

Наличие любых концентраторов резко снижает со­ противление усталости, вызывая местные напряжения, с участков которых начинается зарождение усталостной трещины. Так, например, при напрессовке ступицы иа

27G