Балансування роторів

Динамічне балансування — це вимірювання й усунення дисбалансу ротора під час обертання. Після нього ротор обертається з мінімальною вібрацією.

Неврівноважене колесо насамперед дає про себе знати вібрацією опор, але схожі показники дають і ослаблене кріплення, і погане центрування валів, тож одного виміру мало. Які ще бувають ознаки дисбалансу димососа і що виключити до початку робіт, викладено в статті про наслідки несвоєчасного балансування.

Підвищена вібрація не завжди зводиться лише до дисбалансу, але є типові ситуації, коли балансування потрібне насамперед:

• після ремонту чи заміни робочого колеса або лопаток і після монтажу агрегата, як завершальна операція ремонтних робіт;
• коли лопатки зношуються нерівномірно (ерозія) або на них налипає пил чи інший матеріал;
• коли під час періодичного контролю вібрація опор поступово зростає порівняно з попередніми вимірами, а огляд не виявляє інших причин, наприклад ослабленого кріплення чи поганого центрування валів;
• коли після балансування колеса на верстаті й монтажу агрегата вібрація у власних опорах лишається підвищеною, бо умови верстата не відтворюють умов експлуатації.

Орієнтовні рівні віброшвидкості, за якими оцінюють технічний стан, і наслідки роботи з підвищеною вібрацією описано в статті Наслідки несвоєчасного балансування робочих коліс димососів і вентиляторів. Загальні критерії оцінювання вібрації машин, зокрема її змін із часом, викладено в стандарті ISO 20816-1.

Чим повніші початкові дані, тим швидше вдається узгодити обсяг робіт. Корисно зібрати:

• паспортні дані: тип машини, потужність приводу, робоча частота обертання, чи регульований привід, а також тип, розміри й маса ротора;
• опис проблеми: коли з’являється вібрація (на холостому ході чи під навантаженням) і чи вона постійна, чи періодична;
• результати попередніх вимірів вібрації, відомості про ремонти й попередні балансування;
• стан колеса: знос лопаток, налипання, ремонти зварюванням, тріщини, а також фото колеса;
• умови доступу: де розташований агрегат, чи можна підійти до колеса, щоб встановити пробні й коригувальні вантажі, і на який час можна зупинити агрегат.

На час встановлення вантажів агрегат має бути зупинений і відімкнений від усіх джерел енергії, а територія навколо вільна від сторонніх предметів. Колесо перед балансуванням очищають від налипань.

Порядок робіт у загальних рисах такий:

• уточнення даних і обсягу робіт;
• огляд ротора й усунення причин вібрації, не пов’язаних із дисбалансом: очищають колесо, затягують різьбові з’єднання, перевіряють центрування валів, виявляють незакріплені деталі, пошкодження підшипників і муфт; тріщини в лопатках і дисках оцінюють до початку балансування;
• вимір початкової вібрації в позначених точках і напрямках на робочій частоті обертання, яка не потрапляє в резонансні діапазони машини;
• встановлення пробного вантажу й вимір зміни вібрації та кута зсуву фаз;
• встановлення коригувальних мас: масу переважно додають, а зняття матеріалу застосовують, лише коли додати масу неможливо;
• контрольний пуск і порівняння виміряної вібрації до та після балансування.

Результат оцінюють за зниженням вібрації в тих самих точках вимірювання. Досяжний рівень залежить від стану колеса, підшипників і фундаменту, тому судять за фактичними вимірами до й після роботи. Під час пуску й зупинки агрегата також аналізують зміну параметрів вібрації: це допомагає оцінити стабільність роботи ротора й стан фундаменту. Докладніше про етапи, вибір частоти обертання й пробний вантаж — у статті Динамічне балансування роторів у власних опорах: методика й етапи.

Результат балансування залежить від того, наскільки відтворюваними є виміри вібрації, тому режими агрегата варто узгодити до початку робіт:

• балансування виконують на робочій частоті обертання, а за регульованого приводу — на найвищій робочій; ротор із великим дисбалансом спершу балансують на нижчій частоті, потім на вищій;
• під час кожного пуску має досягатися та сама частота, яка не потрапляє в резонансні діапазони машини, тож агрегат слід щоразу виводити на один і той самий режим;
• точки й напрямки вимірювання позначають один раз і використовують однаково під час усіх пусків;
• пусків і зупинок потрібно кілька (початковий вимір, пуск із пробним вантажем, контрольний пуск), тому їх варто передбачити в графіку роботи обладнання.

Динамічні коефіцієнти впливу показують, як вібрація опор реагує на додану масу. За даними статті про методику, навіть для однотипних роторів вони розрізняються суттєво, більш ніж на 10 %: цей розкид спричиняють похибки вимірювання, температурні деформації роторів і похибки встановлення вантажів, тому виміри мають бути максимально відтворюваними. Докладніше про вибір частоти — у статті Динамічне балансування роторів у власних опорах: методика й етапи.

Балансування усуває лише ту частину вібрації, що зумовлена неврівноваженістю ротора. Орієнтири такі:

• у статті про методику зазначено, що після балансування у власних опорах рівень вібрації опор часто знижується в 10–12 разів, а в дослідах на вентиляторах, описаних у статті про наслідки, зниження становило приблизно від 2 до 6 разів;
• менша вібрація означає менше додаткових сил на підшипникові опори, тому ресурс підшипників зростає.

Це орієнтири з описаних випадків, а не гарантія для конкретного агрегата: фактичний ефект оцінюють за вимірами до й після роботи в тих самих точках. Приклади вимірів, вплив на споживання електроенергії приводом і наслідки роботи з підвищеною вібрацією наведено в статті Наслідки несвоєчасного балансування робочих коліс димососів і вентиляторів.

Врівноваженість не зберігається назавжди: нерівномірне зношування лопаток і налипання на них пилу з часом знову порушують баланс, а ремонти колеса можуть його змінити. Тому корисно організувати подальший контроль:

• фіксувати результати: виміри до й після балансування, точки й режим вимірювання, виконані ремонти, наприклад у журналі агрегата;
• періодично вимірювати вібрацію в тих самих точках і порівнювати з попередніми значеннями; поступове зростання вібрації — сигнал перевірити колесо й за потреби повторити балансування;
• після ремонту колеса чи лопаток і після монтажу агрегата контролювати вібрацію одразу, не чекаючи наступного планового огляду.

Про контроль вібрації й обслуговування за фактичним станом — у статті Вібродіагностика й перевірка обладнання на технологічну точність.