Наслідки несвоєчасного балансування вентиляторів

Чому балансують робочі колеса у власних опорах

Колеса димососів і вентиляторів балансують у власних підшипниках досить часто: у механізм вносять лише невеликі зміни, а ефект значний. Серед робіт з обслуговування механічного обладнання це одна з недорогих. Колесо, виготовлене на машинобудівному підприємстві, не обов’язково добре врівноважене, нерідко обмежуються статичним балансуванням. Верстат теж не відтворює умов роботи на місці, тож і після верстата колесо слід додатково збалансувати у власних опорах. Везти його на верстат за багато кілометрів від підприємства довго й дорого.

Одна з аксіом працездатності обладнання: механізм має працювати з низькою вібрацією. Тоді підшипникові вузли менше зазнають руйнівних навантажень, вузли та сам механізм служать довше, а технологічний процес іде стабільно. У димососів і вентиляторів рівень вібрації значною мірою залежить від того, наскільки врівноважене колесо. Підвищена вібрація руйнує підшипникові вузли, посадкові місця підшипників і фундаменти, а привід витрачає більше електроенергії.

Причини дисбалансу робочих коліс

• нерівномірне (ерозійне) зношування лопаток, хоча колесо симетричне й обертається з великою частотою. Зношування вибіркове й випадкове, на нього діють зовнішні чинники та властивості матеріалу, тож рахуватися доводиться з фактичними відхиленнями геометрії лопаток від проєктного профілю;
• пил, що налипає на лопатки (наприклад, на димососах агломераційних фабрик і на паровідсосах);
• ремонт лопаток на місці, у робочих умовах, і початкові тріщини в дисках та лопатках. Тому перед балансуванням колесо слід ретельно оглянути візуально й переконатися, що всі його елементи цілі. Знайдені тріщини заварювати можна лише як крайній захід і ненадовго, поки виготовляють і ставлять нове колесо: тривалої безвідмовної роботи заварювання не дасть, бо зварні шви самі концентрують напруження й стають джерелами нових тріщин.

Допустимі рівні вібрації

Якщо дотримуватися рекомендацій стандартів з оцінювання вібрації машин (ISO 20816-1, який замінив ISO 10816-1), димососи можуть працювати тривало. Технічний стан пропонують оцінювати за такими значеннями віброшвидкості:

• до 1,8 мм/с: працювати можна без обмеження строків; саме до цього рівня бажано довести колесо, коли його балансують у власних опорах;
• 1,8–4,5 мм/с: працювати можна тривалий час, але вібрацію слід періодично контролювати;
• понад 4,5 мм/с протягом тривалого часу (1–2 місяці): елементи обладнання можуть пошкодитися;
• 4,5–7,1 мм/с: 5–7 днів роботи, далі зупинка на ремонт;
• 7,1–11,2 мм/с: 1–2 дні роботи, потім зупинка на ремонт;
• понад 11,2 мм/с: неприпустимо. Стан вважають аварійним, бо контроль над технічним станом обладнання втрачено.

Для приводних електродвигунів в експлуатації допускають віброшвидкість 2,8 мм/с. Запас міцності механізму може витримати й більше, але довговічність елементів тоді різко скоротиться.

Що дає балансування

Балансування коліс димососів у власних опорах знижує вібрацію, подовжує ресурс підшипників, зменшує споживання електроенергії та ймовірність аварійних зупинок.

Неврівноважений ротор навантажує підшипникові опори додатковими силами. Вони збільшують момент опору обертанню вала вентилятора, а разом з ним і споживання електроенергії, і водночас руйнують опори та інші елементи механізму. Щоб оцінити результат балансування в експлуатації, потрібні такі дані: настановні параметри (тип механізму, потужність приводу, напруга, частота обертання, маса); початкова віброшвидкість у контрольних точках (СКЗ у діапазоні 10–1000 Гц); струм і напруга за фазами; ремонтні дії, які вже виконано (пробний вантаж, затягування різьбових з’єднань, центрування), та значення після них.

Вібраційне обстеження вентиляторів показало, що вібрація підвищена переважно через динамічну неврівноваженість робочих коліс. Після балансування у власних опорах загальний рівень вібрації знизився у 3–5 разів (до 2,0–3,0 мм/с під навантаженням), а строк служби підшипників зріс у 5–7 разів.

Експеримент 1: вентилятор ДН-6, 380 В, 960 хв⁻¹. До балансування вібрація становила 9,4 мм/с вертикальна й 5,0 мм/с осьова, після — 2,2 і 1,8 мм/с (менше в 4,27 і 2,78 раза). Середній струм зменшився з 3,9 до 3,73 А, тобто на 4,55 %.

Експеримент 2, той самий вентилятор. У точці 1 (передній підшипник двигуна) радіус-вектор віброшвидкості впав з 22,9 до 4,2 мм/с (у 5,4 раза), у точці 2 — з 14,9 до 2,7 мм/с (у 6,2 раза). Середня споживана потужність зменшилася з 2,74 до 2,59 кВт, на 5,8 %.

У виробничих умовах на вентиляторі ВДН-12 споживання електроенергії за 30 хвилин зменшилося з 33,0 до 30,24 кВт·год (на 9,1 %), а віброшвидкість — з 10,5 до 4,5 мм/с.

Про результат балансування свідчить і частота обертання вала. Під час балансування димососа ДН-26 після встановлення коригувального вантажу віброшвидкість опори знизилася (вертикальна 4,4 → 2,1 мм/с, горизонтальна 2,9 → 1,1 мм/с), а частота обертання двигуна зросла з 745 до 747 хв⁻¹. За механічною характеристикою двигуна це відповідає значному зниженню споживаної потужності. Подібну залежність між частотою обертання й віброшвидкістю зафіксовано й на двигунах вентиляторів сушильних агрегатів: за різних рівнів вібрації частота може змінюватися ступінчасто, а це підтверджує значення 1,8 та 4,5 мм/с як границі технічних станів.

Ознаки дисбалансу димососа

Неврівноважене колесо видає себе вібрацією опор. Для дисбалансу типово, що вона найсильніша на частоті обертання колеса, а її величина й фаза від виміру до виміру на одному режимі майже не змінюються. Проте таку саму картину можуть дати й інші несправності, тому за одним виміром висновку не роблять.

Про вібраційний контроль і обслуговування за фактичним станом є окрема стаття: Вібродіагностика й перевірка обладнання на технологічну точність.