Балансировка роторов

Динамическая балансировка — это измерение и устранение дисбаланса ротора во время вращения. После неё ротор вращается с минимальной вибрацией.

Неуравновешенное колесо прежде всего даёт о себе знать вибрацией опор, но похожие показания дают и ослабленное крепление, и плохая центровка валов, так что одного замера мало. Какие ещё бывают признаки дисбаланса дымососа и что исключить до начала работ, изложено в статье о последствиях несвоевременной балансировки.

Повышенная вибрация не всегда сводится только к дисбалансу, но есть типичные ситуации, когда балансировка нужна в первую очередь:

• после ремонта или замены рабочего колеса либо лопаток и после монтажа агрегата, в качестве завершающей операции ремонтных работ;
• когда лопатки изнашиваются неравномерно (эрозия) или на них налипает пыль либо другой материал;
• когда при периодическом контроле вибрация опор постепенно растёт по сравнению с предыдущими замерами, а осмотр не выявляет других причин, например ослабленного крепления или плохой центровки валов;
• когда после балансировки колеса на станке и монтажа агрегата вибрация в собственных опорах остаётся повышенной, потому что условия станка не воспроизводят условий эксплуатации.

Ориентировочные уровни виброскорости, по которым оценивают техническое состояние, и последствия работы с повышенной вибрацией описаны в статье Последствия несвоевременной балансировки рабочих колёс дымососов и вентиляторов. Общие критерии оценки вибрации машин, в том числе её изменения со временем, изложены в стандарте ISO 20816-1.

Чем полнее исходные данные, тем быстрее удаётся согласовать объём работ. Полезно собрать:

• паспортные данные: тип машины, мощность привода, рабочую частоту вращения, является ли привод регулируемым, а также тип, размеры и массу ротора;
• описание проблемы: когда появляется вибрация (на холостом ходу или под нагрузкой) и постоянна ли она, или периодична;
• результаты предыдущих замеров вибрации, сведения о ремонтах и предыдущих балансировках;
• состояние колеса: износ лопаток, налипания, ремонты сваркой, трещины, а также фото колеса;
• условия доступа: где расположен агрегат, можно ли подойти к колесу, чтобы установить пробные и корректирующие грузы, и на какое время можно остановить агрегат.

На время установки грузов агрегат должен быть остановлен и отключён от всех источников энергии, а территория вокруг должна быть свободна от посторонних предметов. Колесо перед балансировкой очищают от налипаний.

Порядок работ в общих чертах такой:

• уточнение данных и объёма работ;
• осмотр ротора и устранение причин вибрации, не связанных с дисбалансом: очищают колесо, затягивают резьбовые соединения, проверяют центровку валов, выявляют незакреплённые детали, повреждения подшипников и муфт; трещины в лопатках и дисках оценивают до начала балансировки;
• замер начальной вибрации в отмеченных точках и направлениях на рабочей частоте вращения, не попадающей в резонансные диапазоны машины;
• установка пробного груза и замер изменения вибрации и угла сдвига фаз;
• установка корректирующих масс: массу преимущественно добавляют, а съём материала применяют, только когда добавить массу невозможно;
• контрольный пуск и сравнение измеренной вибрации до и после балансировки.

Результат оценивают по снижению вибрации в тех же точках измерения. Достижимый уровень зависит от состояния колеса, подшипников и фундамента, поэтому о результате судят по фактическим замерам до и после работы. При пуске и остановке также анализируют изменение параметров вибрации: это помогает оценить стабильность работы ротора и состояние фундамента. Подробнее об этапах, выборе частоты вращения и пробном грузе — в статье Динамическая балансировка роторов в собственных опорах: методика и этапы.

Результат балансировки зависит от того, насколько воспроизводимы измерения вибрации, поэтому режимы агрегата стоит согласовать до начала работ:

• балансировку выполняют на рабочей частоте вращения, а при регулируемом приводе — на самой высокой рабочей; ротор с большим дисбалансом сначала балансируют на более низкой частоте, затем на более высокой;
• при каждом пуске должна достигаться одна и та же частота, не попадающая в резонансные диапазоны машины, поэтому агрегат следует каждый раз выводить на один и тот же режим;
• точки и направления измерения отмечают один раз и используют одинаково при всех пусках;
• пусков и остановок нужно несколько (начальный замер, пуск с пробным грузом, контрольный пуск), поэтому их стоит предусмотреть в графике работы оборудования.

Динамические коэффициенты влияния показывают, как вибрация опор реагирует на добавленную массу. По данным статьи о методике, даже у однотипных роторов они заметно различаются, более чем на 10 %: этот разброс вызывают погрешности измерения, температурные деформации роторов и погрешности установки грузов, поэтому измерения должны быть максимально воспроизводимыми. Подробнее о выборе частоты — в статье Динамическая балансировка роторов в собственных опорах: методика и этапы.

Балансировка устраняет лишь ту часть вибрации, которая вызвана неуравновешенностью ротора. Ориентиры таковы:

• в статье о методике указано, что после балансировки в собственных опорах уровень вибрации опор часто снижается в 10–12 раз, а в опытах на вентиляторах, описанных в статье о последствиях, снижение составило примерно от 2 до 6 раз;
• меньше вибрации — меньше дополнительных сил на подшипниковые опоры, поэтому ресурс подшипников растёт.

Это ориентиры из описанных случаев, а не гарантия для конкретного агрегата: фактический эффект оценивают по замерам до и после работы в тех же точках. Примеры замеров, влияние на потребление электроэнергии приводом и последствия работы с повышенной вибрацией приведены в статье Последствия несвоевременной балансировки рабочих колёс дымососов и вентиляторов.

Уравновешенность не сохраняется навсегда: неравномерный износ лопаток и налипание на них пыли со временем снова нарушают баланс, а ремонты колеса могут его изменить. Поэтому полезно организовать дальнейший контроль:

• фиксировать результаты: замеры до и после балансировки, точки и режим измерения, выполненные ремонты, например в журнале агрегата;
• периодически измерять вибрацию в тех же точках и сравнивать с прежними значениями; постепенный рост вибрации — сигнал проверить колесо и при необходимости повторить балансировку;
• после ремонта колеса или лопаток и после монтажа агрегата проверять вибрацию сразу, не дожидаясь очередного планового осмотра.

О контроле вибрации и обслуживании по фактическому состоянию — в статье Вибродиагностика и проверка оборудования на технологическую точность.