Динамічне балансування роторів: методика

Навіщо балансувати ротор у власних опорах

Динамічне балансування механізмів роторного типу — необхідна й завершальна фаза ремонтних робіт. Спеціалісти ПОЛІГОНАЛЬ у стислі строки виконають динамічне балансування роторів, валів, вентиляторів, барабанів, коліс і подрібнювачів.

Виготовлення ротора на машинобудівному підприємстві не завжди гарантує якість зрівноважування: часто виробники обмежуються статичним. Балансування на верстаті — необхідна операція під час виготовлення й після ремонту, але наблизити умови верстата до умов експлуатації (анізотропність опор, демпфірування, вплив технологічних параметрів, якість складання й монтажу тощо) неможливо. Практика показує, що ретельно врівноважений на верстаті ротор потрібно додатково врівноважувати у власних опорах. Незадовільний вібраційний стан агрегатів після монтажу чи ремонту призводить до передчасного зношування обладнання й втрати досягнутих якостей, а транспортування ротора на верстат за багато кілометрів від підприємства не виправдане за часом і коштами; додаткове розбирання й ризик пошкодження під час перевезення теж доводять доцільність балансування на місці. Сучасна віброзмірювальна апаратура дає змогу виконувати його на місці й знижувати вібраційне навантаження опор до допустимих меж.

Етапи роботи

Балансування у власних опорах містить три основні етапи: підготовчий, зрівноважування ротора й аналіз результатів.

Підготовчий етап. Перед балансуванням треба виявити й усунути всі причини вібрації, крім неврівноваженості ротора: виконують зовнішній огляд, вивчають «історію» вібрації, з’ясовують, чи з’являється вона на холостому ході або під навантаженням, чи постійна вона чи періодична. Основні причини механічної вібрації: ослаблення кріплення вузлів; погана співвісність валів; пошкодження сполучних муфт і підшипників; зношення посадкових місць; неправильне змащення; скривлення валів; збіг частоти обертання з власною частотою коливань фундаменту; овальність шийок вала. Перед балансуванням очищають робоче колесо, затягують різьбові з’єднання, перевіряють центрування валів, виявляють незакріплені деталі й з’єднання із зазорами.

Зрівноважування. Балансування виконують на робочій частоті обертання (за регульованого приводу — на найвищій робочій). Ротори з великим дисбалансом спершу балансують на низькій частоті, потім на вищій. Частота не повинна потрапляти в резонансні діапазони машини, а під час окремих пусків має досягатися та сама частота; установка має забезпечувати відтворюваність вимірів вібрації й кута зсуву фаз (відхилення не більше 10–20 %). Точки й напрямки вимірювання позначають і використовують однаково під час кожного пуску. Масу пробного вантажу зручно розраховувати за умови, що відцентрова сила на робочій частоті не перевищує 20 % ваги ротора, що припадає на найближчий підшипник. Балансувальну чутливість підшипників встановлюють за попередніми балансуваннями машин цього типу. Додавати маси на ротор простіше, ніж знімати їх свердлінням чи шліфуванням; зняття матеріалу застосовують, лише коли додати маси неможливо.

Рекомендується аналізувати характер змін параметрів вібрації під час пуску й зупинки механізму: це дає змогу оцінити не лише режим роботи ротора й його стабільність, а й стан фундаменту.

Аналіз результатів

Аналіз балансування передбачає оцінку ефективності робіт: зниження рівня вібрації, збільшення ресурсу деталей, скорочення обсягу ремонтів. Підвищена вібрація прискорює зношування валів, підшипників і муфт, руйнує фундамент, порушує центрування й роботу приладів та автоматики. За статистикою близько 80 % поломок і аварій у машинах — наслідок неприпустимої вібрації, що викликає втомні руйнування вузлів і деталей.

Лише близько половини випадків вібрації спричинено неврівноваженістю: приблизно 30 % — поганим центруванням валів, близько 17 % — різними механічними дефектами, 3 % — електричними несправностями. Тому боротьба з вібрацією ведеться здебільшого балансуванням, а за високої частоти обертання вона стає першочерговою технічною проблемою. Для однотипних роторів спостерігається суттєвий розкид динамічних коефіцієнтів впливу (понад 10 %): його спричиняють похибки вимірювання вібрації, нестабільність динамічних характеристик роторів (температурні деформації, похибки складання, проковзування дисків на валу), відхилення від лінійності та похибки встановлення пробних і балансувальних вантажів.

Після балансування рівень вібрації опор часто знижується у 10–12 разів. Збільшення терміну служби підшипників можна розрахувати зі зниження навантаження на підшипникові вузли за значенням зрівноваженої відцентрової сили: наприклад, розрахунок показав збільшення розрахункової довговічності підшипника в 1,5 раза за компенсації дисбалансу вантажем 30 г на радіусі 0,45 м за частоти обертання 2850 хв⁻¹ і маси ротора 600 кг.