Последствия несвоевременной балансировки вентиляторов

Почему рабочие колёса балансируют в собственных опорах

Колёса дымососов и вентиляторов довольно часто балансируют в собственных подшипниках: в механизм вносят лишь небольшие изменения, а эффект значителен. Среди работ по обслуживанию механического оборудования это одна из недорогих. Колесо, изготовленное на машиностроительном предприятии, не обязательно хорошо уравновешено, нередко ограничиваются статической балансировкой. Станок тоже не воспроизводит условий работы на месте, поэтому и после станка колесо следует дополнительно сбалансировать в собственных опорах. Везти его на станок за много километров от предприятия долго и дорого.

Одна из аксиом работоспособности оборудования: механизм должен работать с низкой вибрацией. Тогда подшипниковые узлы меньше испытывают разрушающих нагрузок, узлы и сам механизм служат дольше, а технологический процесс идёт стабильно. У дымососов и вентиляторов уровень вибрации во многом зависит от того, насколько уравновешено колесо. Повышенная вибрация разрушает подшипниковые узлы, посадочные места подшипников и фундаменты, а привод расходует больше электроэнергии.

Причины дисбаланса рабочих колёс

• неравномерный (эрозионный) износ лопаток, хотя колесо симметрично и вращается с большой частотой. Износ избирательный и случайный, на него влияют внешние факторы и свойства материала, поэтому приходится считаться с фактическими отклонениями геометрии лопаток от проектного профиля;
• пыль, налипающая на лопатки (например, на дымососах агломерационных фабрик и на паровытяжках);
• ремонт лопаток на месте, в рабочих условиях, и начальные трещины в дисках и лопатках. Поэтому перед балансировкой колесо нужно тщательно осмотреть визуально и убедиться, что все его элементы целы. Найденные трещины можно заварить только как крайнюю меру и ненадолго, пока изготавливают и ставят новое колесо: долгой безотказной работы заварка не даст, потому что сварные швы сами концентрируют напряжения и становятся источниками новых трещин.

Допустимые уровни вибрации

Если придерживаться рекомендаций стандартов по оценке вибрации машин (ISO 20816-1, заменивший ISO 10816-1), дымососы могут работать долго. Техническое состояние предлагают оценивать по таким значениям виброскорости:

• до 1,8 мм/с: работать можно без ограничения сроков; именно до этого уровня желательно довести колесо, когда его балансируют в собственных опорах;
• 1,8–4,5 мм/с: работать можно долго, но вибрацию нужно периодически контролировать;
• свыше 4,5 мм/с в течение длительного времени (1–2 месяца): элементы оборудования могут получить повреждения;
• 4,5–7,1 мм/с: 5–7 дней работы, затем остановка на ремонт;
• 7,1–11,2 мм/с: 1–2 дня работы, потом остановка на ремонт;
• свыше 11,2 мм/с: недопустимо. Состояние считают аварийным, поскольку контроль над техническим состоянием оборудования потерян.

Для приводных электродвигателей в эксплуатации допускают виброскорость 2,8 мм/с. Запас прочности механизма может выдержать и больше, но долговечность элементов тогда резко сократится.

Что даёт балансировка

Балансировка колёс дымососов в собственных опорах снижает вибрацию, продлевает ресурс подшипников, уменьшает потребление электроэнергии и вероятность аварийных остановок.

Неуравновешенный ротор нагружает подшипниковые опоры дополнительными силами. Они увеличивают момент сопротивления вращению вала вентилятора, а вместе с ним и потребление электроэнергии, и в то же время разрушают опоры и другие элементы механизма. Чтобы оценить результат балансировки в эксплуатации, нужны такие данные: установочные параметры (тип механизма, мощность привода, напряжение, частота вращения, масса); начальная виброскорость в контрольных точках (СКЗ в диапазоне 10–1000 Гц); ток и напряжение по фазам; ремонтные работы, которые уже выполнили (пробный груз, затяжка резьбовых соединений, центровка), и значения после них.

Вибрационное обследование вентиляторов показало, что вибрация повышена главным образом из-за динамической неуравновешенности рабочих колёс. После балансировки в собственных опорах общий уровень вибрации снизился в 3–5 раз (до 2,0–3,0 мм/с под нагрузкой), а срок службы подшипников вырос в 5–7 раз.

Эксперимент 1: вентилятор ДН-6, 380 В, 960 мин⁻¹. До балансировки вибрация составляла 9,4 мм/с вертикальная и 5,0 мм/с осевая, после — 2,2 и 1,8 мм/с (меньше в 4,27 и 2,78 раза). Средний ток уменьшился с 3,9 до 3,73 А, то есть на 4,55 %.

Эксперимент 2, тот же вентилятор. В точке 1 (передний подшипник двигателя) радиус-вектор виброскорости упал с 22,9 до 4,2 мм/с (в 5,4 раза), в точке 2 — с 14,9 до 2,7 мм/с (в 6,2 раза). Средняя потребляемая мощность уменьшилась с 2,74 до 2,59 кВт, на 5,8 %.

В производственных условиях на вентиляторе ВДН-12 потребление электроэнергии за 30 минут уменьшилось с 33,0 до 30,24 кВт·ч (на 9,1 %), а виброскорость — с 10,5 до 4,5 мм/с.

О результате балансировки говорит и частота вращения вала. При балансировке дымососа ДН-26 после установки корректирующего груза виброскорость опоры снизилась (вертикальная 4,4 → 2,1 мм/с, горизонтальная 2,9 → 1,1 мм/с), а частота вращения двигателя выросла с 745 до 747 мин⁻¹. По механической характеристике двигателя это соответствует значительному снижению потребляемой мощности. Подобную зависимость между частотой вращения и виброскоростью зафиксировали и на двигателях вентиляторов сушильных агрегатов: при разных уровнях вибрации частота может меняться ступенчато, а это подтверждает значения 1,8 и 4,5 мм/с как границы технических состояний.

Признаки дисбаланса дымососа

Неуравновешенное колесо выдаёт себя вибрацией опор. При дисбалансе она обычно наибольшая на частоте вращения колеса, а её величина и фаза от замера к замеру на одном режиме почти не меняются. Но такую же картину могут дать и другие неисправности, поэтому по одному замеру выводов не делают.

О вибрационном контроле и обслуживании по фактическому состоянию есть отдельная статья: Вибродиагностика и проверка оборудования на технологическую точность.