Динамическая балансировка роторов: методика

Зачем балансировать ротор в собственных опорах

Динамическая балансировка механизмов роторного типа — необходимая и завершающая фаза ремонтных работ. Специалисты ПОЛИГОНАЛЬ в кратчайшие сроки выполнят динамическую балансировку роторов, валов, вентиляторов, барабанов, колёс и дробилок.

Изготовление ротора на машиностроительном предприятии не всегда гарантирует качество уравновешивания: часто производители ограничиваются статическим. Балансировка на станке — необходимая операция при изготовлении и после ремонта, но приблизить условия станка к условиям эксплуатации (анизотропность опор, демпфирование, влияние технологических параметров, качество сборки и монтажа и т. д.) невозможно. Практика показывает, что тщательно уравновешенный на станке ротор нужно дополнительно уравновешивать в собственных опорах. Неудовлетворительное вибрационное состояние агрегатов после монтажа или ремонта приводит к преждевременному износу оборудования и потере достигнутых качеств, а транспортировка ротора на станок за много километров от предприятия не оправдана по времени и затратам; дополнительная разборка и риск повреждения при перевозке также доказывают целесообразность балансировки на месте. Современная виброизмерительная аппаратура позволяет выполнять её на месте и снижать вибрационную нагрузку опор до допустимых пределов.

Этапы работы

Балансировка в собственных опорах включает три основных этапа: подготовительный, уравновешивание ротора и анализ результатов.

Подготовительный этап. Перед балансировкой нужно выявить и устранить все причины вибрации, кроме неуравновешенности ротора: выполняют внешний осмотр, изучают «историю» вибрации, выясняют, появляется ли она на холостом ходу или под нагрузкой, постоянна ли она или периодична. Основные причины механической вибрации: ослабление крепления узлов; плохая соосность валов; повреждение соединительных муфт и подшипников; износ посадочных мест; неправильная смазка; искривление валов; совпадение частоты вращения с собственной частотой колебаний фундамента; овальность шеек вала. Перед балансировкой очищают рабочее колесо, затягивают резьбовые соединения, проверяют центровку валов, выявляют незакреплённые детали и соединения с зазорами.

Уравновешивание. Балансировку выполняют на рабочей частоте вращения (при регулируемом приводе — на наивысшей рабочей). Роторы с большим дисбалансом сначала балансируют на низкой частоте, затем на более высокой. Частота не должна попадать в резонансные диапазоны машины, а при отдельных пусках должна достигаться одна и та же частота; установка должна обеспечивать воспроизводимость измерений вибрации и угла сдвига фаз (отклонение не более 10–20 %). Точки и направления измерения отмечают и используют одинаково при каждом пуске. Массу пробного груза удобно рассчитывать из условия, что центробежная сила на рабочей частоте не превышает 20 % веса ротора, приходящегося на ближайший подшипник. Балансировочную чувствительность подшипников устанавливают по предыдущим балансировкам машин данного типа. Установить дополнительные массы на роторе проще, чем удалить их сверлением или шлифовкой; съём материала применяют, только когда установить массы невозможно.

Рекомендуется анализировать характер изменения параметров вибрации при пуске и остановке механизма: это позволяет оценить не только режим работы ротора и его стабильность, но и состояние фундамента.

Анализ результатов

Анализ балансировки предполагает оценку эффективности работ: снижение уровня вибрации, увеличение ресурса деталей, сокращение объёма ремонтов. Повышенная вибрация ускоряет износ валов, подшипников и муфт, разрушает фундамент, нарушает центровку и работу приборов и автоматики. По статистике около 80 % поломок и аварий в машинах — следствие недопустимой вибрации, вызывающей усталостные разрушения узлов и деталей.

Лишь около половины случаев вибрации вызвано неуравновешенностью: примерно 30 % — плохой центровкой валов, около 17 % — различными механическими дефектами, 3 % — электрическими неисправностями. Поэтому борьба с вибрацией ведётся в основном балансировкой, а при высокой частоте вращения она становится первоочередной технической проблемой. Для однотипных роторов наблюдается существенный разброс динамических коэффициентов влияния (более 10 %): его вызывают погрешности измерения вибрации, нестабильность динамических характеристик роторов (температурные деформации, погрешности сборки, проскальзывание дисков на валу), отклонения от линейности и погрешности установки пробных и балансировочных грузов.

После балансировки уровень вибрации опор часто снижается в 10–12 раз. Увеличение срока службы подшипников можно рассчитать по снижению нагрузки на подшипниковые узлы, определяемому значением уравновешенной центробежной силы: например, расчёт показал увеличение расчётной долговечности подшипника в 1,5 раза при компенсации дисбаланса грузом 30 г на радиусе 0,45 м при частоте вращения ротора 2850 мин⁻¹ и массе ротора 600 кг.